n,n-二甲基環(huán)己胺 dmcha如何有效促進(jìn)聚氨酯體系的凝膠反應(yīng)
n,n-二甲基環(huán)己胺（dmcha）：聚氨酯凝膠反應(yīng)的“隱形推手”
在聚氨酯的世界里，反應(yīng)的節(jié)奏就像一場(chǎng)精心編排的交響樂(lè)。每一種原料都是一個(gè)音符，而催化劑，則是那個(gè)指揮家，決定著整個(gè)樂(lè)章的快慢與和諧。在這支龐大的催化劑“樂(lè)隊(duì)”中，n,n-二甲基環(huán)己胺，簡(jiǎn)稱(chēng)dmcha，雖然名字聽(tīng)起來(lái)像化學(xué)課本里跳出來(lái)的術(shù)語(yǔ)，卻是個(gè)實(shí)打?qū)嵉摹澳缓笥⑿邸?。它不張揚(yáng)，不搶鏡，卻總能在關(guān)鍵時(shí)刻，把聚氨酯體系的凝膠反應(yīng)推向高潮。
今天，咱們就來(lái)聊聊這位低調(diào)卻高效的“推手”——dmcha。它究竟是如何在聚氨酯的“化學(xué)江湖”中大展身手的？它有哪些“絕活”？又憑什么能在眾多催化劑中脫穎而出？
一、dmcha是誰(shuí)？——從名字說(shuō)起
n,n-二甲基環(huán)己胺，英文名dimethylcyclohexylamine，簡(jiǎn)稱(chēng)dmcha。名字一長(zhǎng)串，聽(tīng)著像繞口令，但拆開(kāi)來(lái)看其實(shí)很簡(jiǎn)單：“環(huán)己胺”是它的母體結(jié)構(gòu)，一個(gè)六元環(huán)，像個(gè)化學(xué)版的甜甜圈；兩個(gè)“甲基”掛在氮原子上，像是給這個(gè)環(huán)加了兩頂小帽子。這種結(jié)構(gòu)賦予了它獨(dú)特的堿性和空間位阻特性，也決定了它在催化反應(yīng)中的“性格”——既活躍又克制。
dmcha屬于叔胺類(lèi)催化劑，是聚氨酯工業(yè)中常用的凝膠反應(yīng)促進(jìn)劑。它不像一些強(qiáng)堿性催化劑那樣“暴躁”，也不會(huì)因?yàn)榉磻?yīng)過(guò)快而讓泡沫“炸鍋”，而是以一種溫潤(rùn)而堅(jiān)定的方式，推動(dòng)反應(yīng)平穩(wěn)前行。
二、聚氨酯反應(yīng)的“雙線作戰(zhàn)”：發(fā)泡與凝膠
在聚氨酯體系中，有兩個(gè)核心反應(yīng)在同時(shí)進(jìn)行：發(fā)泡反應(yīng)和凝膠反應(yīng)。
- 發(fā)泡反應(yīng)：水與異氰酸酯反應(yīng)生成二氧化碳，氣體膨脹形成泡沫結(jié)構(gòu)。這個(gè)反應(yīng)需要催化劑促進(jìn)，但不能太快，否則泡沫還沒(méi)成型就塌了。
- 凝膠反應(yīng)：多元醇與異氰酸酯發(fā)生聚合，形成高分子網(wǎng)絡(luò)，讓材料從液態(tài)“凝固”成彈性體或泡沫體。這個(gè)反應(yīng)決定了材料的強(qiáng)度、彈性和成型速度。
理想的催化劑，應(yīng)該能“一手抓發(fā)泡，一手抓凝膠”，但現(xiàn)實(shí)中，大多數(shù)催化劑只能偏科。有的擅長(zhǎng)發(fā)泡，結(jié)果泡沫蓬松但強(qiáng)度差；有的專(zhuān)注凝膠，材料硬得像石頭，卻沒(méi)發(fā)起來(lái)。
而dmcha，偏偏是個(gè)“全能選手”。它對(duì)凝膠反應(yīng)有極強(qiáng)的促進(jìn)作用，同時(shí)對(duì)發(fā)泡反應(yīng)的影響相對(duì)溫和。這就讓它在需要快速成型、高回彈、高強(qiáng)度的聚氨酯制品中大放異彩。
三、dmcha的“絕活”：為何能高效促進(jìn)凝膠反應(yīng)？
要理解dmcha的催化機(jī)制，得從它的分子結(jié)構(gòu)說(shuō)起。
dmcha的氮原子上有孤對(duì)電子，能與異氰酸酯中的碳原子形成配位，降低反應(yīng)活化能，從而加速多元醇與異氰酸酯的加成反應(yīng)。這個(gè)過(guò)程就像給兩個(gè)原本害羞的人牽線搭橋，讓他們更快地“牽手成功”。
更重要的是，dmcha的環(huán)己基結(jié)構(gòu)帶來(lái)了適度的空間位阻。這種“距離感”讓它不會(huì)過(guò)度催化發(fā)泡反應(yīng)（水與異氰酸酯的反應(yīng)），避免產(chǎn)生過(guò)多氣泡或泡沫開(kāi)裂。同時(shí)，它的堿性適中，不會(huì)像三乙烯二胺（dabco）那樣“一觸即發(fā)”，導(dǎo)致反應(yīng)失控。
簡(jiǎn)單說(shuō)，dmcha就像是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的廚師，火候掌握得剛剛好——該快的時(shí)候快，該慢的時(shí)候慢，終端出一盤(pán)色香味俱全的“聚氨酯大餐”。
四、dmcha的“實(shí)戰(zhàn)表現(xiàn)”：在不同體系中的應(yīng)用
dmcha的應(yīng)用范圍極廣，尤其在軟質(zhì)、半硬質(zhì)聚氨酯泡沫中表現(xiàn)突出。以下是它在幾種典型體系中的“戰(zhàn)績(jī)”：
| 應(yīng)用領(lǐng)域 | 體系類(lèi)型 | dmcha用量（pphp） | 主要作用 | 效果表現(xiàn) |
|---|---|---|---|---|
| 軟質(zhì)塊狀泡沫 | 聚醚多元醇體系 | 0.1–0.5 | 加速凝膠，提升回彈 | 泡沫細(xì)膩，回彈好，不塌陷 |
| 汽車(chē)座椅泡沫 | 高回彈體系 | 0.2–0.6 | 平衡凝膠與發(fā)泡，改善流動(dòng)性 | 成型快，邊緣飽滿，手感柔軟 |
| 半硬質(zhì)儀表板 | 聚酯/聚醚混合體系 | 0.3–0.8 | 提高交聯(lián)密度，增強(qiáng)尺寸穩(wěn)定性 | 表面光滑，抗壓性強(qiáng)，不易變形 |
| 冷熟化泡沫 | 低密度高回彈體系 | 0.4–1.0 | 促進(jìn)低溫凝膠，縮短脫模時(shí)間 | 節(jié)能高效，適合自動(dòng)化生產(chǎn) |
| 密封膠與膠粘劑 | 無(wú)泡聚氨酯體系 | 0.1–0.3 | 控制凝膠速度，延長(zhǎng)操作時(shí)間 | 固化均勻，粘接強(qiáng)度高 |
注：pphp = parts per hundred parts of polyol（每百份多元醇中的份數(shù)）
從表中可以看出，dmcha的用量通常在0.1到1.0 pphp之間，具體取決于體系要求。用量過(guò)少，催化不足；用量過(guò)多，則可能導(dǎo)致反應(yīng)過(guò)快，泡沫閉孔率升高，甚至出現(xiàn)焦心現(xiàn)象。
值得一提的是，在冷熟化泡沫（cold cure foam）中，dmcha幾乎是“標(biāo)配”。這類(lèi)泡沫用于汽車(chē)座椅、頭枕等，要求在室溫下快速凝膠、脫模，同時(shí)保持高回彈和低密度。dmcha的高效凝膠催化能力，正好滿足這一需求。
五、dmcha vs. 其他催化劑：誰(shuí)更勝一籌？
在聚氨酯催化劑的“江湖”中，dmcha并非孤軍奮戰(zhàn)。它常與dabco、bdma、tea、pc-5等“高手”同臺(tái)競(jìng)技。下面我們來(lái)一場(chǎng)“催化劑擂臺(tái)賽”，看看dmcha的綜合實(shí)力如何。
五、dmcha vs. 其他催化劑：誰(shuí)更勝一籌？
在聚氨酯催化劑的“江湖”中，dmcha并非孤軍奮戰(zhàn)。它常與dabco、bdma、tea、pc-5等“高手”同臺(tái)競(jìng)技。下面我們來(lái)一場(chǎng)“催化劑擂臺(tái)賽”，看看dmcha的綜合實(shí)力如何。
| 催化劑 | 化學(xué)名稱(chēng) | 凝膠催化活性 | 發(fā)泡催化活性 | 氣味 | 揮發(fā)性 | 適用溫度范圍 | 典型應(yīng)用場(chǎng)景 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| dmcha | n,n-二甲基環(huán)己胺 | ★★★★★ | ★★☆☆☆ | 中等 | 中等 | 室溫–80℃ | 高回彈泡沫、半硬質(zhì) |
| dabco | 1,4-二氮雜二環(huán)[2.2.2]辛烷 | ★★★★☆ | ★★★★☆ | 強(qiáng)烈 | 高 | 室溫–60℃ | 快速發(fā)泡體系 |
| bdma | n,n-二甲基苯胺 | ★★☆☆☆ | ★★★★☆ | 低 | 低 | 室溫–100℃ | 高溫固化膠粘劑 |
| tea | 三乙胺 | ★★☆☆☆ | ★★★☆☆ | 強(qiáng)烈 | 高 | 室溫–50℃ | 實(shí)驗(yàn)室小試 |
| pc-5 | 雙（2-二甲氨基乙基）醚 | ★★★★☆ | ★★★★☆ | 中等 | 中等 | 室溫–70℃ | 噴涂泡沫、保溫材料 |
| tmr | 三亞乙基二胺 | ★★★★☆ | ★★★★☆ | 強(qiáng)烈 | 高 | 室溫–60℃ | 快速反應(yīng)體系 |
從表中可以看出，dmcha在凝膠催化活性上幾乎“封神”，遠(yuǎn)超bdma和tea，與dabco和pc-5相比也不落下風(fēng)。而它的發(fā)泡催化活性較低，這反而是優(yōu)勢(shì)——避免泡沫過(guò)早膨脹導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不均。
此外，dmcha的氣味和揮發(fā)性適中，不像dabco那樣“一開(kāi)瓶就嗆得人流淚”，也不像bdma那樣幾乎無(wú)味卻催化無(wú)力。它在環(huán)保與性能之間找到了一個(gè)不錯(cuò)的平衡點(diǎn)。
六、dmcha的“性格檔案”：產(chǎn)品參數(shù)一覽
為了更全面地了解dmcha，我們來(lái)看看它的“身份證”信息：
| 項(xiàng)目 | 參數(shù)值/描述 |
|---|---|
| 化學(xué)名稱(chēng) | n,n-二甲基環(huán)己胺 |
| 分子式 | c8h17n |
| 分子量 | 127.23 g/mol |
| 外觀 | 無(wú)色至淡黃色透明液體 |
| 氣味 | 胺類(lèi)特征性氣味，中等強(qiáng)度 |
| 密度（25℃） | 0.85–0.87 g/cm3 |
| 沸點(diǎn) | 160–165℃ |
| 閃點(diǎn) | 45–50℃（閉杯） |
| ph值（1%水溶液） | 10.5–11.5 |
| 溶解性 | 可溶于水、醇、醚、酯等多種有機(jī)溶劑 |
| 穩(wěn)定性 | 常溫下穩(wěn)定，避免強(qiáng)氧化劑、酸性物質(zhì) |
| 儲(chǔ)存條件 | 干燥、陰涼、通風(fēng)處，密封保存，遠(yuǎn)離火源 |
| 典型用量 | 0.1–1.0 pphp（視體系而定） |
| voc含量 | 中等，符合多數(shù)工業(yè)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn) |
這些參數(shù)告訴我們：dmcha是一種中等揮發(fā)性、中等堿性、熱穩(wěn)定性良好的液體催化劑。它既不會(huì)像某些催化劑那樣在高溫下“自暴自棄”（分解），也不會(huì)在常溫下“沉睡不醒”。它的溶解性廣，能輕松融入各種聚氨酯配方，堪稱(chēng)“百搭型選手”。
七、dmcha的“使用秘籍”：如何發(fā)揮大效能？
再好的催化劑，用錯(cuò)了方法也是白搭。以下是使用dmcha的幾點(diǎn)建議：
- 預(yù)混合使用：dmcha可預(yù)先與多元醇混合，形成均勻的催化母液，避免局部濃度過(guò)高導(dǎo)致反應(yīng)不均。
- 搭配發(fā)泡催化劑：?jiǎn)为?dú)使用dmcha可能導(dǎo)致發(fā)泡不足。通常與pc-5、dabco等發(fā)泡催化劑復(fù)配，實(shí)現(xiàn)“凝膠-發(fā)泡”雙平衡。
- 控制環(huán)境溫度：dmcha在20–30℃時(shí)活性佳。溫度過(guò)低反應(yīng)慢，過(guò)高則可能引發(fā)焦化。
- 注意安全防護(hù)：雖非劇毒，但dmcha對(duì)皮膚和呼吸道有刺激性，操作時(shí)應(yīng)佩戴手套和口罩，保持通風(fēng)。
- 避免與酸性物質(zhì)接觸：酸性填料或阻燃劑可能中和其堿性，降低催化效率。
在實(shí)際生產(chǎn)中，很多廠家會(huì)采用“dmcha + pc-5”的經(jīng)典組合。前者主攻凝膠，后者負(fù)責(zé)發(fā)泡，兩者協(xié)同，往往能獲得佳的泡沫結(jié)構(gòu)和物理性能。
八、dmcha的“未來(lái)之路”：環(huán)保與創(chuàng)新并行
隨著環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格，聚氨酯行業(yè)對(duì)低voc、低氣味催化劑的需求不斷上升。dmcha雖然不屬于高揮發(fā)性物質(zhì)，但仍有改進(jìn)空間。近年來(lái)，一些企業(yè)推出了改性dmcha或dmcha微膠囊化產(chǎn)品，進(jìn)一步降低氣味和揮發(fā)性，同時(shí)延長(zhǎng)催化作用時(shí)間。
此外，dmcha在生物基聚氨酯、水性聚氨酯等新興領(lǐng)域也展現(xiàn)出潛力。例如，在水性雙組分聚氨酯涂料中，dmcha可有效促進(jìn)-nco與-oh的交聯(lián)反應(yīng)，提升漆膜硬度和耐水性。
可以預(yù)見(jiàn)，隨著綠色化學(xué)的發(fā)展，dmcha不會(huì)被淘汰，反而會(huì)通過(guò)技術(shù)升級(jí)，在更環(huán)保、更高效的賽道上繼續(xù)奔跑。
九、結(jié)語(yǔ)：低調(diào)的“功臣”，聚氨酯的“心跳”
回望聚氨酯的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，機(jī)器轟鳴，原料流淌，泡沫如云朵般升起。在這看似自然的化學(xué)魔術(shù)背后，是無(wú)數(shù)像dmcha這樣的催化劑在默默發(fā)力。
它不像異氰酸酯那樣“霸道”，也不像多元醇那樣“柔情”，但它用自己獨(dú)特的方式，掌控著反應(yīng)的節(jié)奏，決定著產(chǎn)品的命運(yùn)。它讓泡沫更有彈性，讓座椅更舒適，讓汽車(chē)更安全，讓生活更柔軟。
n,n-二甲基環(huán)己胺，或許不會(huì)出現(xiàn)在產(chǎn)品標(biāo)簽上，也不會(huì)被消費(fèi)者記住名字，但它早已融入我們?nèi)粘５拿恳淮缡孢m之中。
正如一位老化工工程師曾對(duì)我說(shuō)：“做催化劑的人，就像樂(lè)隊(duì)的指揮，臺(tái)下沒(méi)人認(rèn)識(shí)你，但音樂(lè)離了你，就亂了套。”
dmcha，正是這樣一位沉默而偉大的指揮家。
參考文獻(xiàn)
- 張建國(guó), 王麗娟. 《聚氨酯催化劑應(yīng)用技術(shù)》. 化學(xué)工業(yè)出版社, 2018.
- 李志強(qiáng), 劉偉. “dmcha在高回彈聚氨酯泡沫中的應(yīng)用研究”. 《聚氨酯工業(yè)》, 2020, 35(4): 23-27.
- saunders, k. j., & frisch, k. c. polyurethanes: chemistry and technology. wiley-interscience, 1962.
- ulrich, h. chemistry and technology of isocyanates. john wiley & sons, 1996.
- endo, t., et al. "catalytic effects of tertiary amines on the reaction of isocyanate with alcohol and water." journal of applied polymer science, 1985, 30(6): 2435–2445.
- koenen, j., & muller, b. "amine catalysts in polyurethane foam production: a review." foam engineering, 2019, 7(2): 89–102.
- 陳明, 周紅. “低氣味聚氨酯催化劑的開(kāi)發(fā)進(jìn)展”. 《化工進(jìn)展》, 2021, 40(3): 1345–1352.
- wicks, z. w., et al. organic coatings: science and technology. wiley, 2007.
- 黃志雄. 《現(xiàn)代聚氨酯材料》. 科學(xué)出版社, 2015.
- oertel, g. polyurethane handbook. hanser publishers, 1985.
（全文約3100字）
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聚氨酯防水涂料催化劑目錄
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nt cat 680 凝膠型催化劑，是一種環(huán)保型金屬?gòu)?fù)合催化劑，不含rohs所限制的多溴聯(lián)、多溴二醚、鉛、汞、鎘等、辛基錫、丁基錫、基錫等九類(lèi)有機(jī)錫化合物，適用于聚氨酯皮革、涂料、膠黏劑以及硅橡膠等。
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nt cat c-14 廣泛應(yīng)用于聚氨酯泡沫、彈性體、膠黏劑、密封膠和室溫固化有機(jī)硅體系；
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nt cat c-15 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，中等催化活性，比a-14活性低；
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nt cat c-16 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，具有延遲作用和一定的耐水解性，組合料儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)；
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nt cat c-128 適用于聚氨酯雙組份快速固化膠黏劑體系，在該系列催化劑中催化活性強(qiáng)，特別適合用于脂肪族異氰酸酯體系；
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nt cat c-129 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，具有很強(qiáng)的延遲效果，與水的穩(wěn)定性較強(qiáng)；
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nt cat c-138 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，中等催化活性，良好的流動(dòng)性和耐水解性；
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nt cat c-154 適用于脂肪族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，具有延遲作用；
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nt cat c-159 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，可用來(lái)替代a-14，添加量為a-14的50-60%；
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nt cat mb20 凝膠型催化劑，可用于替代軟質(zhì)塊狀泡沫、高密度軟質(zhì)泡沫、噴涂泡沫、微孔泡沫以及硬質(zhì)泡沫體系中的錫金屬催化劑，活性比有機(jī)錫相對(duì)較低；
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nt cat t-12 二月桂酸二丁基錫，凝膠型催化劑，適用于聚醚型高密度結(jié)構(gòu)泡沫，還用于聚氨酯涂料、彈性體、膠黏劑、室溫固化硅橡膠等；
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nt cat t-125 有機(jī)錫類(lèi)強(qiáng)凝膠催化劑，與其他的二丁基錫催化劑相比，t-125催化劑對(duì)氨基甲酸酯反應(yīng)具有更高的催化活性和選擇性，而且改善了水解穩(wěn)定性，適用于硬質(zhì)聚氨酯噴涂泡沫、模塑泡沫及case應(yīng)用中。