催化劑是一種可以改變化學(xué)反應(yīng)速率的化學(xué)物質(zhì)，在聚氨酯合成過(guò)程中使用的催化劑大體可以分為叔胺類(lèi)催化劑、有機(jī)錫化合物、非錫的有機(jī)金屬化合物、其它新型催化劑。

2.各類(lèi)催化劑的特性

胺類(lèi)催化劑是NCO和水反應(yīng)的良催化劑；有機(jī)錫、有機(jī)汞對(duì)NCO和OH反應(yīng)具有高效選擇性，且對(duì)水和NCO反應(yīng)不敏感；一些新型的催化劑比如溫敏催化劑，不同溫度具有不同的催化效率，廣泛用于一些雙組份聚氨酯制品中。

3.使用催化劑目的

通常我們使用催化劑的目的主要有兩個(gè)目的：1、讓反應(yīng)向著我們預(yù)期的方向進(jìn)行；2、調(diào)節(jié)反應(yīng)速率，縮短反應(yīng)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。

4.不同聚氨酯產(chǎn)品催化劑選擇原則

聚氨酯制品大體可以分為泡沫、彈性體、聚氨酯樹(shù)脂。下面我們分別對(duì)這三種類(lèi)型的產(chǎn)品所用催化劑選擇進(jìn)行淺析。

4.1聚氨酯泡沫催化劑選擇

聚氨酯泡沫制品主要由聚醚、異氰酸酯、發(fā)泡劑、催化劑等合成。泡沫形成的主要過(guò)程一般認(rèn)為如下：1、通過(guò)物理方法和化學(xué)方法在聚氨酯反應(yīng)體系中產(chǎn)生泡沫，并讓泡沫均勻的分散在反應(yīng)體系中，其中主要發(fā)泡方法是利用水和異氰酸酯生產(chǎn)二氧化碳來(lái)起泡。2、泡沫的產(chǎn)生過(guò)程要求反應(yīng)體系的粘度隨著增大以便穩(wěn)定泡沫不被逸出。3、泡沫形成達(dá)到所需數(shù)目和大小時(shí)，需要反應(yīng)體系粘度持續(xù)增大甚至形成交聯(lián)體系穩(wěn)定泡沫并定型成產(chǎn)品。

在這種情況下，我們就需要至少兩種催化劑來(lái)調(diào)節(jié)反應(yīng)的進(jìn)行，一種催化劑是促進(jìn)異氰酸酯和水的反應(yīng)，也就是促進(jìn)發(fā)泡反應(yīng)，通常情況下選擇胺類(lèi)催化劑；另一種是需要促進(jìn)異氰酸酯和聚醚或醇的反應(yīng)，也就是聚氨酯分子鏈增長(zhǎng)和交聯(lián)的反應(yīng)，一般選用金屬類(lèi)催化劑。所以在聚氨酯泡沫合成過(guò)程中我們一般選用胺類(lèi)催化劑和有機(jī)金屬催化劑來(lái)配合使用，以便產(chǎn)生協(xié)同作用來(lái)完成佳效果。具體胺類(lèi)催化劑和有機(jī)金屬催化劑的種類(lèi)和比例需要實(shí)驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)根據(jù)不同制品來(lái)調(diào)節(jié)選取，這里就不做過(guò)多陳述。

4.2聚氨酯彈性體催化劑選擇

聚氨酯彈性體對(duì)NCO和水的反應(yīng)要嚴(yán)格避免，所以這時(shí)一般選用金屬類(lèi)催化劑，比如，有機(jī)錫、有機(jī)鉍、甚至被淘汰的有機(jī)汞等。

4.3聚氨酯樹(shù)脂催化劑選擇

聚氨酯樹(shù)脂合成過(guò)程中也要盡量避免NCO和水的反應(yīng)，所以一般選用有機(jī)鉍、有機(jī)錫較多。

5.分類(lèi)

在聚氨酯及其原料合成中常用的催化劑主要有叔胺催化劑和有機(jī)金屬化合物兩大類(lèi)。叔胺和有機(jī)金屬化合物品種非常多，考慮到各種因素，在聚氨酯生產(chǎn)中常用的僅二十多種。

胺類(lèi)催化劑

胺類(lèi)催化劑一般使用在聚氨酯泡沫塑料的生產(chǎn)中，主要分為以下幾類(lèi)：

脂肪族胺類(lèi)催化劑有N,N-二甲基環(huán)己胺、雙(2-二甲氨基乙基)醚、N,N,N’,N’-四甲基亞烷基二胺、三乙胺、N,N-二甲基芐胺等。

脂環(huán)族胺類(lèi)催化劑有固胺、N-乙基嗎啉、N-甲基嗎啉、N,N‘-二乙基哌嗪等。

醇類(lèi)化合物催化劑有三乙醇胺、DMEA等。

芳香族胺類(lèi)有吡啶，N,N’-二甲基吡啶等。

有機(jī)金屬催化劑

在聚氨酯彈性體以及膠黏劑、涂料、密封膠、防水涂料、鋪裝材料等配方中，二丁基錫二月桂酸酯（DY-12）等有機(jī)金屬催化劑為常用，它對(duì)促進(jìn)異氰酸酯基與羥基反映很有效，但在有水分的配方中對(duì)水與異氰酸酯的反應(yīng)也有一定的加速作用；在塑膠跑道等配方中可采用有機(jī)鉛等特殊催化劑。

有機(jī)金屬化合物包括羧酸鹽、金屬烷基化合物等，所含的金屬元素主要有錫、鉀、鉛、汞、鋅等，常用的是有機(jī)錫化合物。

聚氨酯催化劑發(fā)展簡(jiǎn)史

有關(guān)的聚氨酯的首次報(bào)道，源于1849年伍爾茨與霍夫曼的一種異氰酸酯與一種烴基化合物之間的反應(yīng)。但直到1937年奧托·拜耳才把上述反應(yīng)物開(kāi)始工業(yè)化用途，于是工業(yè)界便開(kāi)始研究以聚酯為基礎(chǔ)的聚氨酯，與尼龍競(jìng)爭(zhēng)。直至今日，已用聚氨酯生產(chǎn)纖維，涂料，泡沫塑料，被廣泛應(yīng)用與家居，鞋材，建筑，汽車(chē)等行業(yè)，并在不斷拓展應(yīng)用領(lǐng)域。

什么是聚氨酯？

聚氨酯基本上是聚醚多元醇之類(lèi)的羥基聚合物和異氰酸酯的聚合反應(yīng)產(chǎn)物，是含有氨基甲酸酯鍵的聚合物。聚氨酯不同于其它聚合物，如：聚乙烯、聚苯乙烯和聚氯乙烯，分別為乙烯、苯乙烯和氯乙烯鏈接的聚合物，而聚氨酯卻不是有多個(gè)相同的氨基甲酸酯單元以普通方式聚合而成的，通常不能用一個(gè)通用的經(jīng)驗(yàn)式來(lái)代表所有的聚氨酯。

聚氨酯化學(xué)概論

膠化反應(yīng)：異氰酸酯與醇的反應(yīng)生成氨基甲酸酯。若將此種簡(jiǎn)單的加成反應(yīng)擴(kuò)大應(yīng)用至雙官能度或多官能度反應(yīng)劑，則可獲得一般稱(chēng)為聚氨酯的復(fù)雜化合物。

發(fā)泡反應(yīng)：要制造泡沫塑料，必須在膠化化合物內(nèi)部產(chǎn)生出泡核，可用一種或兩種方法獲得發(fā)泡作用。

物理發(fā)泡劑：通常用一種低沸點(diǎn)的溶劑，利用反應(yīng)熱使之蒸發(fā)。如：二氯甲烷。

化學(xué)發(fā)泡劑：它與異氰酸酯發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生產(chǎn)氣態(tài)產(chǎn)物。如：水。

不同的聚氨酯催化劑系列，在聚氨酯泡沫配方中有助于提高工藝效率和泡沫性能。

需求總是促進(jìn)科學(xué)研究的發(fā)展。就以聚氨酯發(fā)泡劑硬泡為例，在所有保溫材料中雖然聚氨酯發(fā)泡劑泡沫塑料各方面的性能好，而成本也高，其中一個(gè)原因是制品整體密度 高;在生產(chǎn)工藝上雖然靈活方便但物料在反應(yīng)過(guò)程中對(duì)操作工藝條件的敏感性使制品質(zhì)量波動(dòng)，需要經(jīng)常地調(diào)整配方，對(duì)于制品生產(chǎn)廠造成損失，當(dāng)然有些問(wèn)題增加 投料量也是解決問(wèn)題的一種方法，其結(jié)果以增加成本為代價(jià);聚氨酯發(fā)泡劑耐溫不能超過(guò)120度;在阻燃性上加了阻燃劑效果阻燃性達(dá)到B2級(jí)。在應(yīng)用上想說(shuō)愛(ài)你，都 難。正是這些弱點(diǎn)成為聚氨酯發(fā)泡劑泡沫塑料發(fā)展的瓶頸。要解決這一瓶頸的問(wèn)題就要先了解目前影響質(zhì)量波動(dòng)和高密度等問(wèn)題的因素。從模塑泡沫成型特征看，發(fā)泡時(shí)是注料操作，泡沫就有流動(dòng)的問(wèn)題，如果泡沫流動(dòng)的不好在制品中泡沫的密度就不一致，這時(shí)就要用多投料的方法使密度低處也能 達(dá)到合格的強(qiáng)度和表皮。怎樣達(dá)到密度一致，在發(fā)泡反應(yīng)的過(guò)程中控制泡沫的流動(dòng)性是一個(gè)途徑，為什么環(huán)境工藝條件對(duì)制品質(zhì)量影響那么大。催化劑在其中的作用 是什么。

從聚氨酯發(fā)泡劑化學(xué)特征看顧名思義聚氨酯發(fā)泡劑即聚氨基甲酸酯，是異氰酸酯與羥基化合物反應(yīng)的產(chǎn)物，加入水可以生成脲基和二氧化碳而發(fā)泡生成泡沫塑料，催化劑起著重 要的作用，催化劑不僅能加速反應(yīng)速度，而且是發(fā)泡工藝的重要的控制手段。選擇恰當(dāng)?shù)拇呋瘎w系能使在鏈增長(zhǎng)反應(yīng)(異氰酸酯-羥基反應(yīng))和發(fā)泡反應(yīng)(異氰酸 酯-水反應(yīng))二者之間建立較好的平衡，使聚合物的形成和氣體產(chǎn)生的速率相互平衡，在發(fā)氣反應(yīng)的同時(shí)泡沫壁具有足夠的強(qiáng)度，將氣體有效的包囊在泡沫體內(nèi)，發(fā) 泡完成后凝固成型。目前有兩大類(lèi)催化劑：叔胺類(lèi)和有機(jī)金 屬鹽類(lèi)催化劑，叔胺類(lèi)催化劑以三乙烯二胺，NN-二甲基環(huán)己胺為代表，有機(jī)金屬有有機(jī)錫類(lèi)和羧酸鹽類(lèi)。雖然目前已有很多上述類(lèi)型催化劑可用，人們也在根據(jù) 催化活性的強(qiáng)弱反復(fù)地試驗(yàn)，以澆注成型為例人們要根據(jù)制品的形狀大小控制發(fā)泡和固化的時(shí)間，要在這兩類(lèi)催化劑中反復(fù)的調(diào)節(jié)尋找發(fā)泡和凝膠的平衡以期增加泡 沫的流動(dòng)性和成型。然而因聚氨基甲酸酯所顧有的彈性韌性，使泡沫在發(fā)泡中后期泡沫被拉長(zhǎng)，這就是所謂的拉絲現(xiàn)象，使所得制品在澆注料之處泡沫密度大，拉絲 處密度小，雖然也可固化成型，但受外界影響仍有變形的可能，如果為了增加交聯(lián)多加水，和異氰酸酯生成脲低聚物，又會(huì)使泡沫酥脆。人們?yōu)榉乐棺冃?，除了增?密度就是 加熱模具增加熟化時(shí)間。

從聚氨酯發(fā)泡劑化學(xué)特征看顧名思義聚氨酯發(fā)泡劑即聚氨基甲酸酯，是異氰酸酯與羥基化合物反應(yīng)的產(chǎn)物，加入水可以生成脲基和二氧化碳而發(fā)泡生成泡沫塑料，催化劑起著重 要的作用，催化劑不僅能加速反應(yīng)速度，而且是發(fā)泡工藝的重要的控制手段。選擇恰當(dāng)?shù)拇呋瘎w系能使在鏈增長(zhǎng)反應(yīng)(異氰酸酯-羥基反應(yīng))和發(fā)泡反應(yīng)(異氰酸 酯-水反應(yīng))二者之間建立較好的平衡，使聚合物的形成和氣體產(chǎn)生的速率相互平衡，在發(fā)氣反應(yīng)的同時(shí)泡沫壁具有足夠的強(qiáng)度，將氣體有效的包囊在泡沫體內(nèi)，發(fā) 泡完成后凝固成型。目前有兩大類(lèi)催化劑：叔胺類(lèi)和有機(jī)金 屬鹽類(lèi)催化劑，叔胺類(lèi)催化劑以三乙烯二胺，NN-二甲基環(huán)己胺為代表，有機(jī)金屬有有機(jī)錫類(lèi)和羧酸鹽類(lèi)。雖然目前已有很多上述類(lèi)型催化劑可用，人們也在根據(jù) 催化活性的強(qiáng)弱反復(fù)地試驗(yàn)，以澆注成型為例人們要根據(jù)制品的形狀大小控制發(fā)泡和固化的時(shí)間，要在這兩類(lèi)催化劑中反復(fù)的調(diào)節(jié)尋找發(fā)泡和凝膠的平衡以期增加泡 沫的流動(dòng)性和成型。然而因聚氨基甲酸酯所顧有的彈性韌性，使泡沫在發(fā)泡中后期泡沫被拉長(zhǎng)，這就是所謂的拉絲現(xiàn)象，使所得制品在澆注料之處泡沫密度大，拉絲 處密度小，雖然也可固化成型，但受外界影響仍有變形的可能，如果為了增加交聯(lián)多加水，和異氰酸酯生成脲低聚物，又會(huì)使泡沫酥脆。人們?yōu)榉乐棺冃?，除了增?密度就是 加熱模具增加熟化時(shí)間。

異氰酸酯的三聚體是六節(jié)環(huán)的異氰脲酸酯也是提高制品強(qiáng)度耐熱性的結(jié)構(gòu)，生成聚異氰脲酸酯需要大于150度。傳統(tǒng)催化劑中因無(wú)對(duì)以上二級(jí)反應(yīng)三聚反應(yīng)的有 效的催化劑，所以在聚氨酯發(fā)泡劑泡沫塑料的產(chǎn)品時(shí)常需在中后期經(jīng)高溫停放過(guò)程就是為了形成交聯(lián)，即熟化以便改善制品的強(qiáng)度和永久變形等性能。實(shí)際上異氰酸酯的二級(jí)反應(yīng)需要一類(lèi)能給異氰酸酯更高的能量的催化劑使其配合一級(jí)反應(yīng)催化劑與一級(jí)反應(yīng)同步或協(xié)調(diào)進(jìn)行并能與生成的一級(jí)產(chǎn)物相容而利于二級(jí) 反應(yīng)的進(jìn)行，催化劑既要有高的反應(yīng)選擇性，能將所有的二級(jí)反應(yīng)和三聚反應(yīng)進(jìn)行到底，生成聚氨酯發(fā)泡劑聚脲基甲酸酯聚異氰脲酸酯聚脲。若能研發(fā)這類(lèi)催化劑，將是聚 氨酯的一場(chǎng)革命，聚氨酯發(fā)泡劑就可以改名為聚脲氨酯即聚異氰脲酸基聚脲基氨基甲酸酯，它的發(fā)泡路線就不是那種改性的路線，即生成氨基甲酸酯后生成聚異氰脲基或 脲酸酯，而是同步接續(xù)的反應(yīng)所以更利于泡沫的形成和獨(dú)立性因?yàn)殒溤鲩L(zhǎng)和網(wǎng)絡(luò)的形成是同時(shí)進(jìn)行，異氰酸酯永遠(yuǎn)是跑在多元醇合物的前面，所以不論在哪里注料， 泡沫總是均勻地向四周分布，只要異氰酸酯足夠和這樣的催化劑是足夠的，反應(yīng)到完成泡沫也不會(huì)有拔絲現(xiàn)象。所以所得的泡沫制品總體密度就可以降低，強(qiáng)度可大 幅度提高，其反應(yīng)完成就是固化之時(shí)熟化也隨即完成。所得產(chǎn)物泡沫制品可以不用后期的高溫停放，表皮自然不脆，而且強(qiáng)度高，泡沫尺寸穩(wěn)定性好。而且能耐高溫 可超過(guò)150度，異氰酸酯的指數(shù)足夠的話可提高阻燃等級(jí)。開(kāi)發(fā)這類(lèi)反應(yīng)的催化劑將有望突破聚氨酯發(fā)泡劑發(fā)展的瓶頸。找到了目標(biāo)產(chǎn)物和所要進(jìn)行的反應(yīng)了，尋找什么樣的化合物作為催化劑將是艱巨的任務(wù)，這類(lèi)催化劑的問(wèn)世將是聚氨酯發(fā)泡劑泡沫塑料行業(yè)的福音。

泡沫形成的主要過(guò)程一般認(rèn)為如下：

1、通過(guò)物理方法和化學(xué)方法在聚氨酯反應(yīng)體系中產(chǎn)生泡沫，并讓泡沫均勻的分散在反應(yīng)體系中，其中主要發(fā)泡方法是利用水和異氰酸酯生產(chǎn)二氧化碳來(lái)起泡。

2、泡沫的產(chǎn)生過(guò)程要求反應(yīng)體系的粘度隨著增大以便穩(wěn)定泡沫不被逸出。

3、泡沫形成達(dá)到所需數(shù)目和大小時(shí)，需要反應(yīng)體系粘度持續(xù)增大甚至形成交聯(lián)體系穩(wěn)定泡沫并定型成產(chǎn)品。

在這種情況下，我們就需要至少兩種催化劑來(lái)調(diào)節(jié)反應(yīng)的進(jìn)行，一種催化劑是促進(jìn)異氰酸酯和水的反應(yīng)，也就是促進(jìn)發(fā)泡反應(yīng)，通常情況下選擇胺類(lèi)催化劑;另一種是需要促進(jìn)異氰酸酯和聚醚或醇的反應(yīng)，也就是聚氨酯分子鏈增長(zhǎng)和交聯(lián)的反應(yīng)，一般選用金屬類(lèi)催化劑。所以在聚氨酯泡沫合成過(guò)程中我們一般選用胺類(lèi)催化劑和有機(jī)金屬催化劑來(lái)配合使用，以便產(chǎn)生協(xié)同作用來(lái)完成佳效果。具體胺類(lèi)催化劑和有機(jī)金屬催化劑的種類(lèi)和比例需要實(shí)驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)根據(jù)不同制品來(lái)調(diào)節(jié)選取，這里就不做過(guò)多陳述。