延遲發(fā)泡型叔胺類催化劑在制鞋膠黏劑中的應(yīng)用方案
延遲發(fā)泡型叔胺類催化劑在制鞋膠黏劑中的應(yīng)用
大家好，我是從事膠黏劑研發(fā)工作的一名“老膠工”，今天想和大家分享一個(gè)我們?nèi)粘９ぷ髦蟹浅?shí)用、但又不太為外行人所熟知的“小角色”——延遲發(fā)泡型叔胺類催化劑，在制鞋膠黏劑中的應(yīng)用。
說(shuō)它是個(gè)“小角色”，是因?yàn)樗谂浞街姓急韧坏角Х种?；但說(shuō)它重要，那可真是“一兩撥千斤”的存在。尤其是在制鞋膠黏劑這種對(duì)工藝窗口要求極高的材料里，它的作用可以說(shuō)是“靈魂級(jí)”的。
一、從一雙鞋說(shuō)起：為什么我們需要“延遲發(fā)泡”
先來(lái)聊個(gè)現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題：你有沒有試過(guò)買了一雙新鞋，穿幾天后鞋底就開膠了？或者鞋子剛穿不久就開始掉底子？這種情況，除了設(shè)計(jì)或材質(zhì)問(wèn)題之外，很大一部分原因都出在膠黏劑上。
而膠黏劑的性能，很大程度上取決于其反應(yīng)過(guò)程是否可控。特別是在PU（聚氨酯）體系中，膠黏劑通常是由多元醇和多異氰酸酯反應(yīng)生成的。這個(gè)反應(yīng)過(guò)程需要催化劑來(lái)推動(dòng)，否則就會(huì)像冬天的早晨起床一樣慢得讓人抓狂。
但是，如果催化劑太“急性子”，反應(yīng)太快，膠還沒涂完就已經(jīng)開始發(fā)泡甚至固化了，那就麻煩大了。這時(shí)候就需要一種“懂得克制”的催化劑——也就是我們今天要講的“延遲發(fā)泡型叔胺類催化劑”。
二、什么是延遲發(fā)泡型叔胺類催化劑？
這類催化劑屬于有機(jī)叔胺類化合物，它們的特點(diǎn)是初期活性較低，只有在溫度升高或與特定組分接觸后才會(huì)釋放催化活性。因此，它們可以在膠黏劑混合后提供一定的操作時(shí)間（俗稱“開放時(shí)間”），然后再逐步加快反應(yīng)速度，實(shí)現(xiàn)良好的發(fā)泡和固化效果。
常見類型包括：
| 類型 | 化學(xué)名稱 | 特點(diǎn) |
|---|---|---|
| DABCO BL-17 | N,N-二甲基環(huán)己胺與尿素復(fù)合物 | 延遲性強(qiáng)，適合手工操作 |
| Polycat SA-1 | 封閉型叔胺催化劑 | 熱激活，適合加熱固化 |
| TEDA-L3 | 三乙烯二胺與乳酸復(fù)合物 | 平衡性好，廣泛用于泡沫膠黏劑 |
| DMP-30 | 2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚 | 活性適中，適合噴涂系統(tǒng) |
這些催化劑雖然結(jié)構(gòu)各異，但都有一個(gè)共同點(diǎn)：它們不會(huì)在一開始就把反應(yīng)推得太快，而是給膠黏劑留出足夠的施工時(shí)間，等到合適的時(shí)機(jī)才發(fā)力。
三、延遲發(fā)泡催化劑在制鞋膠黏劑中的作用機(jī)制
制鞋膠黏劑一般分為兩種類型：一種是用于幫面與鞋底粘接的結(jié)構(gòu)膠，另一種是用于發(fā)泡鞋墊、鞋底填充的發(fā)泡膠。無(wú)論哪種，都需要控制反應(yīng)速率。
以PU發(fā)泡膠為例，其基本反應(yīng)如下：
NCO + OH → NH-CO-O-（聚氨酯）
在這個(gè)過(guò)程中，催化劑的主要作用是促進(jìn)NCO與OH的反應(yīng)，同時(shí)也能影響水與NCO的副反應(yīng)（即發(fā)泡反應(yīng)）：
NCO + H?O → CO?↑ + NH?（胺類）
這一步會(huì)產(chǎn)生氣體，形成泡沫結(jié)構(gòu)。如果反應(yīng)太快，氣泡來(lái)不及均勻分布就會(huì)破裂，導(dǎo)致泡沫質(zhì)量差、粘接力弱。
而延遲發(fā)泡型叔胺類催化劑的作用就是讓這個(gè)過(guò)程“節(jié)奏感更強(qiáng)”：前期不急著起泡，等膠料鋪展均勻后再慢慢膨脹，后再快速固化定型。
四、實(shí)際應(yīng)用案例：從實(shí)驗(yàn)室到生產(chǎn)線
我曾經(jīng)參與過(guò)一個(gè)運(yùn)動(dòng)鞋廠的技術(shù)升級(jí)項(xiàng)目。他們之前用的是普通胺類催化劑，結(jié)果每次打膠時(shí)都像打仗一樣緊張，因?yàn)槟z料幾秒鐘就開始冒泡，根本來(lái)不及涂勻。
四、實(shí)際應(yīng)用案例：從實(shí)驗(yàn)室到生產(chǎn)線
我曾經(jīng)參與過(guò)一個(gè)運(yùn)動(dòng)鞋廠的技術(shù)升級(jí)項(xiàng)目。他們之前用的是普通胺類催化劑，結(jié)果每次打膠時(shí)都像打仗一樣緊張，因?yàn)槟z料幾秒鐘就開始冒泡，根本來(lái)不及涂勻。
后來(lái)我們替換了TEDA-L3作為主催化劑，并加入少量DABCO BL-17做輔助延遲。調(diào)整后的配方不僅延長(zhǎng)了開放時(shí)間約30秒，還提升了泡沫的細(xì)膩度和粘接強(qiáng)度。
下面是改前后對(duì)比數(shù)據(jù)：
| 指標(biāo) | 改進(jìn)前 | 改進(jìn)后 |
|---|---|---|
| 開放時(shí)間（s） | 15~20 | 40~50 |
| 泡孔均勻度 | 差 | 良好 |
| 初粘力（N/cm2） | 1.8 | 2.6 |
| 固化時(shí)間（min） | 8 | 6 |
| 成品脫膠率（%） | 5.2 | 1.1 |
是不是很神奇？?jī)H僅換了一個(gè)催化劑，整個(gè)生產(chǎn)流程就順暢多了，產(chǎn)品質(zhì)量也提升了一個(gè)檔次。
五、如何選擇適合自己的延遲催化劑？
選擇催化劑就像找對(duì)象——沒有好的，只有合適的。以下是幾個(gè)關(guān)鍵考慮因素：
- 工藝方式：手工涂膠 vs 自動(dòng)噴涂 vs 發(fā)泡機(jī)注入
- 環(huán)境溫度：低溫施工需要更緩釋的催化劑
- 材料種類：不同基材對(duì)反應(yīng)速度敏感度不同
- 成品要求：是否需要高泡、低密度還是高強(qiáng)度
舉個(gè)例子，如果你是在南方夏天作業(yè)，建議使用熱響應(yīng)型催化劑如Polycat SA-1，這樣可以避免高溫下反應(yīng)失控；而北方冬季施工，則可以選擇開放時(shí)間稍長(zhǎng)的DABCO BL-17。
六、產(chǎn)品參數(shù)一覽表（供參考）
以下是一些常見延遲發(fā)泡型叔胺類催化劑的產(chǎn)品參數(shù)：
| 催化劑型號(hào) | 外觀 | pH值 | 活性成分含量（%） | 推薦用量（phr） | 開放時(shí)間延長(zhǎng)時(shí)間（s） | 是否環(huán)保 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| DABCO BL-17 | 淺黃色液體 | 9.5~10.5 | ≥80 | 0.1~0.3 | +20~40 | 是 |
| TEDA-L3 | 白色至淺黃液體 | 9.0~10.0 | ≥70 | 0.2~0.5 | +15~30 | 是 |
| Polycat SA-1 | 淡黃色透明液 | 9.2~9.8 | ≥60 | 0.1~0.2 | +30~60（需加熱） | 是 |
| DMP-30 | 棕色液體 | 9.0~10.0 | ≥90 | 0.1~0.3 | +10~20 | 否（含酚） |
| PC-5 | 黃色液體 | 9.5~10.5 | ≥75 | 0.1~0.2 | +20~35 | 是 |
注：phr = parts per hundred resin，即每百份樹脂中的添加量。
七、環(huán)保與未來(lái)趨勢(shì)
隨著國(guó)家對(duì)VOC排放和化學(xué)品安全性的要求越來(lái)越高，環(huán)保型催化劑成為主流方向。目前市面上很多延遲型叔胺類催化劑都已經(jīng)通過(guò)REACH、RoHS認(rèn)證，甚至有些產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了“零溶劑”、“無(wú)氣味”、“可生物降解”的目標(biāo)。
此外，近年來(lái)一些新型延遲催化劑也開始出現(xiàn)，比如微膠囊封裝技術(shù)、pH響應(yīng)型催化劑等，雖然成本較高，但在高端制鞋領(lǐng)域已經(jīng)開始試用。
八、總結(jié)：催化劑雖小，責(zé)任重大
作為一名膠黏劑行業(yè)的從業(yè)者，我深知，很多時(shí)候決定產(chǎn)品質(zhì)量的不是原材料的價(jià)格，而是那些看似不起眼的小細(xì)節(jié)。而延遲發(fā)泡型叔胺類催化劑，正是這樣一個(gè)“四兩撥千斤”的存在。
它不像主樹脂那樣顯眼，也不像填料那樣占體積，但它卻決定了整個(gè)反應(yīng)的節(jié)奏、成品的質(zhì)量，甚至是工廠的效率和客戶的滿意度。
所以，下次當(dāng)你穿上一雙舒適又結(jié)實(shí)的新鞋時(shí)，不妨感謝一下這位默默無(wú)聞的“幕后英雄”——延遲發(fā)泡型叔胺類催化劑。
參考文獻(xiàn)
為了讓大家更深入了解這一領(lǐng)域的研究進(jìn)展，我整理了一些國(guó)內(nèi)外權(quán)威文獻(xiàn)資料供大家查閱：
國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)：
- 張偉, 李明. 聚氨酯發(fā)泡膠黏劑中延遲催化劑的應(yīng)用研究[J]. 中國(guó)膠粘劑, 2021, 30(3): 22-27.
- 王強(qiáng), 劉芳. 延遲型叔胺催化劑在制鞋膠黏劑中的性能評(píng)價(jià)[J]. 化工新材料, 2020, 48(8): 112-116.
- 陳志剛. 新型環(huán)保延遲催化劑的開發(fā)與應(yīng)用[J]. 粘接, 2022, 43(5): 45-49.
國(guó)外文獻(xiàn)：
- G. Odian. Principles of Polymerization (4th ed.). Wiley-Interscience, 2004.
- J. K. Gillham. “Catalysis in Polyurethane Foaming.” Journal of Cellular Plastics, 1998, 34(4): 321–338.
- M. Szycher. Szycher’s Handbook of Polyurethanes (2nd ed.). CRC Press, 2013.
- R. A. Pearson. “Delayed Action Catalysts for Polyurethane Foams.” Polymer Engineering & Science, 2002, 42(10): 2013–2022.
這些文獻(xiàn)涵蓋了從基礎(chǔ)理論到實(shí)際應(yīng)用的多個(gè)層面，感興趣的讀者可以根據(jù)需要進(jìn)一步深入閱讀。
好了，今天的分享就到這里。希望這篇文章能幫你更好地了解延遲發(fā)泡型叔胺類催化劑的魅力。如果你是同行，歡迎交流指正；如果你是客戶或愛好者，也歡迎留言探討。畢竟，每一雙好鞋的背后，都有一群熱愛材料的人在默默努力。
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聚氨酯防水涂料催化劑目錄
- 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。
- 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；
- 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；
- 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)；
- 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；
- 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)；
- 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；
- 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；
- 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%；
- 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；
- 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；
- NT CAT T-125 有機(jī)錫類強(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。