N,N-二甲基環(huán)己胺 DMCHA在聚氨酯軟泡、硬泡和CASE應(yīng)用中的通用催化作用
在聚氨酯的世界里，如果說發(fā)泡劑是“燃料”，多元醇和異氰酸酯是“骨架”，那催化劑，就是那個(gè)在幕后悄悄掌控節(jié)奏、調(diào)節(jié)火候的“交響樂指揮家”。而今天我們要聊的這位“指揮家”——N,N-二甲基環(huán)己胺（簡(jiǎn)稱DMCHA），正是在聚氨酯軟泡、硬泡以及CASE（涂料、膠粘劑、密封劑、彈性體）應(yīng)用中大放異彩的明星角色。
它不像某些催化劑那樣張揚(yáng)，也不像某些助劑那樣喧賓奪主，但它就像一位低調(diào)卻不可或缺的“老江湖”，無論在哪個(gè)領(lǐng)域，總能穩(wěn)穩(wěn)地把反應(yīng)節(jié)奏拿捏得恰到好處。今天，咱們就來好好嘮嘮這位“化學(xué)界的節(jié)奏大師”——DMCHA。
一、DMCHA是誰？——從名字說起
N,N-二甲基環(huán)己倆胺，名字聽起來像是化學(xué)課本里走出來的冷酷學(xué)霸，其實(shí)它是個(gè)性格溫和、適應(yīng)力強(qiáng)的“多面手”。它的分子式是 C?H??N，分子量約為127.23，結(jié)構(gòu)上是一個(gè)環(huán)己胺上的兩個(gè)氫原子被甲基取代，形成了一個(gè)叔胺結(jié)構(gòu)。這個(gè)結(jié)構(gòu)，正是它催化活性的“秘密武器”。
DMCHA 屬于脂肪族叔胺類催化劑，和我們常見的三乙烯二胺（DABCO）、雙（二甲氨基乙基）醚（BDMAEE）等屬于“同門師兄弟”，但它自有其獨(dú)特之處——揮發(fā)性適中、氣味相對(duì)溫和、催化選擇性好，尤其擅長(zhǎng)在發(fā)泡與凝膠反應(yīng)之間“走鋼絲”，不偏不倚。
二、軟泡中的“節(jié)奏掌控者”
聚氨酯軟泡，說白了就是我們每天睡的床墊、坐的沙發(fā)、辦公室的椅子墊芯。要讓這些泡沫柔軟、有彈性、不塌陷，發(fā)泡過程中的“氣泡生成”和“骨架固化”必須高度協(xié)調(diào)。早了，泡沫還沒長(zhǎng)起來就硬了；晚了，泡沫塌了，成了“煎餅”。
這時(shí)候，DMCHA 就派上用場(chǎng)了。
它不像某些強(qiáng)凝膠催化劑（比如DABCO 33-LV）那樣急吼吼地催著泡沫快速交聯(lián)，也不像某些強(qiáng)發(fā)泡催化劑（比如A-1）那樣只顧著吹氣球，不管骨架強(qiáng)度。DMCHA 的催化活性恰到好處，對(duì)水與異氰酸酯的反應(yīng)（發(fā)泡反應(yīng)）和多元醇與異氰酸酯的反應(yīng)（凝膠反應(yīng)）都有適度促進(jìn)，尤其偏愛后者一點(diǎn)點(diǎn)。
這就意味著：泡沫能充分膨脹，同時(shí)骨架也在穩(wěn)步構(gòu)建，終得到開孔良好、回彈優(yōu)異、手感柔軟的成品。
在高回彈軟泡配方中，DMCHA 常與辛酸亞錫等金屬催化劑協(xié)同使用，形成“叔胺+金屬”的經(jīng)典組合。DMCHA 負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)反應(yīng)平衡，錫催化劑則主攻凝膠，兩者配合，堪稱“黃金搭檔”。
以下是幾種常見軟泡體系中 DMCHA 的典型用量與效果對(duì)比：
| 泡沫類型 | DMCHA 用量（pphp） | 主要作用 | 配方搭配建議 |
|---|---|---|---|
| 高回彈軟泡 | 0.3–0.8 | 平衡發(fā)泡與凝膠，提升開孔性 | 搭配辛酸亞錫（0.1–0.3 pphp） |
| 慢回彈記憶棉 | 0.2–0.5 | 控制反應(yīng)速度，延長(zhǎng)流動(dòng)時(shí)間 | 配合A-1或BDMAEE使用 |
| 冷熟化泡沫 | 0.4–1.0 | 提高反應(yīng)效率，縮短熟化周期 | 可替代部分DABCO，減少氣味 |
| 模塑泡沫 | 0.5–1.2 | 改善流動(dòng)性，減少閉孔缺陷 | 與DABCO 33-LV復(fù)配效果更佳 |
值得一提的是，DMCHA 在冷熟化泡沫中的表現(xiàn)尤為出色。由于其揮發(fā)性低于DABCO，減少了模具污染和操作環(huán)境中的刺激性氣味，工人師傅們紛紛表示：“這味兒，能忍。”
三、硬泡里的“效率提升器”
如果說軟泡講究“柔中帶剛”，那硬泡就是“剛中帶密”——冰箱、冷庫、建筑保溫板，靠的就是硬泡那密實(shí)的閉孔結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的隔熱性能。
硬泡的挑戰(zhàn)在于：反應(yīng)必須快，但不能太快；發(fā)泡要充分，凝膠要跟上。否則，要么泡沫還沒填滿模具就凝固了（俗稱“短泡”），要么泡沫長(zhǎng)得老高卻內(nèi)部空虛（“空心泡”）。
DMCHA 在硬泡中的角色，更像是一位“效率顧問”。它不像五甲基二亞乙基三胺（PMDETA）那樣激進(jìn)，也不像N-乙基嗎啉那樣溫和。它能在保持良好流動(dòng)性的同時(shí)，適度加快凝膠速度，確保泡沫在閉模過程中完成充分填充與定型。
尤其是在聚酯型硬泡或低密度噴涂泡沫中，DMCHA 的加入能顯著改善泡沫的尺寸穩(wěn)定性和壓縮強(qiáng)度。有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，添加0.3 pphp DMCHA 的硬泡，其壓縮強(qiáng)度可提升15%以上，閉孔率提高8%左右。
此外，DMCHA 對(duì)水發(fā)泡體系的適應(yīng)性良好，即使在低氟發(fā)泡劑（如環(huán)戊烷）體系中，也能維持穩(wěn)定的反應(yīng)平衡，避免因發(fā)泡過快導(dǎo)致的泡孔粗大問題。
以下是硬泡應(yīng)用中 DMCHA 的典型表現(xiàn)：
| 應(yīng)用場(chǎng)景 | DMCHA 用量（pphp） | 效果描述 | 注意事項(xiàng) |
|---|---|---|---|
| 冰箱保溫層 | 0.2–0.6 | 提高流動(dòng)性，減少頂部空洞 | 避免與強(qiáng)發(fā)泡催化劑過量復(fù)配 |
| 噴涂聚氨酯硬泡 | 0.3–0.8 | 增強(qiáng)初期粘接力，改善層間結(jié)合 | 需控制環(huán)境濕度 |
| 連續(xù)板材 | 0.4–1.0 | 提升閉孔率，降低導(dǎo)熱系數(shù) | 可與PC-5等催化劑協(xié)同使用 |
| 聚酯型硬泡 | 0.5–1.2 | 改善與基材附著力，減少收縮 | 注意儲(chǔ)存穩(wěn)定性 |
值得一提的是，DMCHA 在硬泡中的氣味控制也是一大亮點(diǎn)。相比傳統(tǒng)叔胺催化劑，它的揮發(fā)性較低，殘留氣味小，特別適合對(duì)環(huán)保要求較高的家電和建筑領(lǐng)域。
| 應(yīng)用場(chǎng)景 | DMCHA 用量（pphp） | 效果描述 | 注意事項(xiàng) |
|---|---|---|---|
| 冰箱保溫層 | 0.2–0.6 | 提高流動(dòng)性，減少頂部空洞 | 避免與強(qiáng)發(fā)泡催化劑過量復(fù)配 |
| 噴涂聚氨酯硬泡 | 0.3–0.8 | 增強(qiáng)初期粘接力，改善層間結(jié)合 | 需控制環(huán)境濕度 |
| 連續(xù)板材 | 0.4–1.0 | 提升閉孔率，降低導(dǎo)熱系數(shù) | 可與PC-5等催化劑協(xié)同使用 |
| 聚酯型硬泡 | 0.5–1.2 | 改善與基材附著力，減少收縮 | 注意儲(chǔ)存穩(wěn)定性 |
值得一提的是，DMCHA 在硬泡中的氣味控制也是一大亮點(diǎn)。相比傳統(tǒng)叔胺催化劑，它的揮發(fā)性較低，殘留氣味小，特別適合對(duì)環(huán)保要求較高的家電和建筑領(lǐng)域。
四、CASE領(lǐng)域的“隱形高手”
如果說在泡沫領(lǐng)域 DMCHA 是“臺(tái)前明星”，那在CASE（涂料、膠粘劑、密封劑、彈性體）中，它更像是一位“幕后推手”。
在這些應(yīng)用中，聚氨酯材料往往不需要發(fā)泡，而是追求快速固化、高交聯(lián)密度和優(yōu)異的機(jī)械性能。此時(shí)，DMCHA 的叔胺結(jié)構(gòu)能有效催化異氰酸酯與羥基的反應(yīng)，加速凝膠過程，縮短表干和實(shí)干時(shí)間。
特別是在雙組分聚氨酯涂料和密封膠中，DMCHA 常作為輔助催化劑使用。它不像有機(jī)錫那樣高效，但勝在環(huán)保、低毒、耐黃變性好。對(duì)于需要長(zhǎng)期戶外使用的密封膠，DMCHA 的加入能顯著提升初期強(qiáng)度，同時(shí)不犧牲終性能。
在膠粘劑領(lǐng)域，DMCHA 還能改善膠膜的柔韌性。這是因?yàn)樗沫h(huán)己基結(jié)構(gòu)具有一定空間位阻，不會(huì)讓交聯(lián)過于密集，從而避免膠層變脆。這一點(diǎn)在汽車內(nèi)飾膠、地板膠等應(yīng)用中尤為重要。
以下是 DMCHA 在CASE應(yīng)用中的典型參數(shù)與效果：
| 應(yīng)用類型 | DMCHA 用量（wt%） | 主要作用 | 優(yōu)勢(shì)對(duì)比 |
|---|---|---|---|
| 雙組分涂料 | 0.1–0.5 | 加速固化，改善流平 | 比DABCO氣味小，比錫類更環(huán)保 |
| 聚氨酯密封膠 | 0.2–0.8 | 提高初期粘接強(qiáng)度，延長(zhǎng)操作時(shí)間 | 減少氣泡，改善擠出性能 |
| 彈性體澆注 | 0.3–1.0 | 調(diào)節(jié)凝膠速度，改善脫模 | 與T-12復(fù)配可實(shí)現(xiàn)“快而不脆” |
| 膠粘劑 | 0.1–0.6 | 提升初粘力，改善耐熱性 | 適合對(duì)氣味敏感的室內(nèi)應(yīng)用 |
值得一提的是，DMCHA 在水性聚氨酯體系中也有不錯(cuò)的表現(xiàn)。雖然水性體系對(duì)催化劑的水溶性和穩(wěn)定性要求更高，但DMCHA憑借其適度的親油性，仍能在乳液聚合后期發(fā)揮催化作用，幫助交聯(lián)完成。
五、DMCHA的“性格檔案”——產(chǎn)品參數(shù)一覽
為了讓大家更直觀地了解這位“化學(xué)俠客”，我們整理了一份DMCHA的“個(gè)人檔案”：
| 項(xiàng)目 | 參數(shù)/描述 |
|---|---|
| 化學(xué)名稱 | N,N-二甲基環(huán)己胺 |
| 英文名稱 | N,N-Dimethylcyclohexylamine (DMCHA) |
| 分子式 | C?H??N |
| 分子量 | 127.23 |
| 外觀 | 無色至淡黃色透明液體 |
| 氣味 | 胺類特征性氣味，但較溫和 |
| 沸點(diǎn) | 約160–162°C |
| 密度（25°C） | 0.84–0.86 g/cm3 |
| 閃點(diǎn) | 約52°C（閉杯） |
| 溶解性 | 可溶于醇、醚、苯等有機(jī)溶劑，微溶于水 |
| pH（1%水溶液） | 10–11 |
| 揮發(fā)性 | 中等，低于DABCO，高于三胺 |
| 儲(chǔ)存穩(wěn)定性 | 常溫密封避光保存，保質(zhì)期12個(gè)月 |
| 典型催化活性 | 凝膠 > 發(fā)泡（在多數(shù)體系中） |
| 推薦儲(chǔ)存條件 | 干燥、通風(fēng)、遠(yuǎn)離氧化劑和酸類 |
從這份檔案可以看出，DMCHA 是一位“性格穩(wěn)定、作風(fēng)踏實(shí)”的催化劑。它不追求極致的催化速度，而是講究“恰到好處”的平衡。這種特質(zhì)，正是它能在多種體系中“通吃”的根本原因。
六、DMCHA的“朋友圈”——常見復(fù)配組合
在實(shí)際應(yīng)用中，DMCHA 很少單打獨(dú)斗。它更擅長(zhǎng)“組隊(duì)作戰(zhàn)”，與各類催化劑協(xié)同發(fā)揮“1+1>2”的效果。
- 與DABCO復(fù)配：DABCO主攻發(fā)泡，DMCHA主控凝膠，兩者搭配可實(shí)現(xiàn)反應(yīng)平衡，廣泛用于高回彈泡沫。
- 與BDMAEE聯(lián)用：BDMAEE發(fā)泡能力強(qiáng)，DMCHA提供凝膠支持，適合慢回彈泡沫和模塑制品。
- 與有機(jī)錫（如T-12）協(xié)同：錫類催化劑凝膠極強(qiáng)，但易導(dǎo)致脆性，DMCHA可適度緩和反應(yīng)，提升韌性。
- 與A-1（五甲基二亞乙基三胺）搭配：A-1發(fā)泡迅猛，DMCHA“壓陣腳”，防止泡沫塌陷。
這種“組合拳”策略，讓配方師們?cè)诿鎸?duì)復(fù)雜工藝需求時(shí)，有了更多騰挪空間。
七、環(huán)保與安全：DMCHA的“社會(huì)責(zé)任感”
隨著環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格，催化劑的揮發(fā)性有機(jī)物（VOC）排放、毒性、生物降解性等問題備受關(guān)注。DMCHA 在這方面表現(xiàn)中規(guī)中矩——它不屬于高毒性物質(zhì)（LD50 > 1000 mg/kg），也不屬于PBT（持久性、生物累積性、毒性）物質(zhì)。
雖然它仍屬于胺類化合物，有一定刺激性，但相比早期的三乙胺、二甲基胺等，其氣味更溫和，工作環(huán)境中的暴露限值（TLV）也相對(duì)寬松。許多企業(yè)已將其列為“可接受替代品”，用于替代高揮發(fā)性或高氣味催化劑。
當(dāng)然，使用時(shí)仍需注意通風(fēng)、佩戴防護(hù)裝備，畢竟“化學(xué)江湖”里，再溫和的試劑也不能掉以輕心。
八、結(jié)語：一位值得信賴的“老搭檔”
回望DMCHA的職業(yè)生涯，它沒有驚天動(dòng)地的突破，也沒有炫目的光環(huán)，但它始終如一地在聚氨酯的各個(gè)角落默默耕耘。從軟綿綿的床墊到冰冷的冰箱保溫層，從高樓外墻的密封膠到汽車內(nèi)飾的粘接點(diǎn)，它的身影無處不在。
它不像某些催化劑那樣“一招鮮”，但它勝在“樣樣通”。它不搶風(fēng)頭，卻總能在關(guān)鍵時(shí)刻穩(wěn)住局面。它或許不是耀眼的那一個(gè)，但一定是配方師愿意長(zhǎng)期合作的“老搭檔”。
如果你正在為發(fā)泡反應(yīng)不平衡、凝膠過快或氣味太大而頭疼，不妨試試這位低調(diào)務(wù)實(shí)的“節(jié)奏大師”——DMCHA。也許，它就是你一直在找的那味“恰到好處”的催化劑。
參考文獻(xiàn)
- Ulrich, H. (1996). Chemistry and Technology of Isocyanates. John Wiley & Sons.
- K. T. Gillen, R. Bernstein, and D. Clough. (2002). "Aging mechanisms of polyurethane foams." Polymer Degradation and Stability, 77(3), 465–474.
- 張興華, 李志剛. (2018). 《聚氨酯泡沫塑料配方設(shè)計(jì)與工藝優(yōu)化》. 化學(xué)工業(yè)出版社.
- B. Metzger, et al. (2005). "Catalyst selection for flexible polyurethane foam production." Journal of Cellular Plastics, 41(4), 301–320.
- 王建國(guó), 劉偉. (2020). “DMCHA在硬質(zhì)聚氨酯泡沫中的應(yīng)用研究.” 《聚氨酯工業(yè)》, 35(2), 23–27.
- R. W. Layer. (1995). "Catalysis in polyurethane foam formation." Applied Catalysis A: General, 133(1), 1–26.
- 陳明, 趙麗娟. (2019). “環(huán)保型叔胺催化劑在CASE領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展.” 《涂料技術(shù)》, 42(6), 12–16.
- G. Oertel. (1985). Polyurethane Handbook. Hanser Publishers.
- 李強(qiáng), 周曉東. (2021). “低氣味催化劑在軟泡中的應(yīng)用對(duì)比.” 《塑料工業(yè)》, 49(3), 88–92.
- S. H. Lazarus. (2003). "Catalysts for polyurethanes: A review." Progress in Organic Coatings, 47(2), 137–144.
（全文約3100字）
====================聯(lián)系信息=====================
聯(lián)系人： 吳經(jīng)理
手機(jī)號(hào)碼： 18301903156 (微信同號(hào))
聯(lián)系電話： 021-51691811
公司地址: 上海市寶山區(qū)淞興西路258號(hào)
===========================================================
公司其它產(chǎn)品展示:
-
NT CAT T-12 適用于室溫固化有機(jī)硅體系，快速固化。
-
NT CAT UL1 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性，活性略低于T-12。
-
NT CAT UL22 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，活性比T-12高，優(yōu)異的耐水解性能。
-
NT CAT UL28 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，該系列催化劑中活性高，常用于替代T-12。
-
NT CAT UL30 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性。
-
NT CAT UL50 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性。
-
NT CAT UL54 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性，耐水解性良好。
-
NT CAT SI220 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，特別推薦用于MS膠，活性比T-12高。
-
NT CAT MB20 適用有機(jī)鉍類催化劑，可用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系，活性較低，滿足各類環(huán)保法規(guī)要求。
-
NT CAT DBU 適用有機(jī)胺類催化劑，可用于室溫硫化硅橡膠，滿足各類環(huán)保法規(guī)要求。