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)，在聚氨酯合成過程中使用的催化劑大體可以分為叔胺類催化劑、有機錫化合物、非錫的有機金屬化合物、其它新型催化劑。

2.各類催化劑的特性

胺類催化劑是NCO和水反應(yīng)的良催化劑；有機錫、有機汞對NCO和OH反應(yīng)具有高效選擇性，且對水和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目的：1、讓反應(yīng)向著我們預(yù)期的方向進行；2、調(diào)節(jié)反應(yīng)速率，縮短反應(yīng)時間，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、聚氨酯樹脂。下面我們分別對這三種類型的產(chǎn)品所用催化劑選擇進行淺析。

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。泡沫形成的主要過程一般認(rèn)為如下：1、通過物理方法和化學(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)二氧化碳來起泡。2、泡沫的產(chǎn)生過程要求反應(yīng)體系的粘度隨著增大以便穩(wěn)定泡沫不被逸出。3、泡沫形成達到所需數(shù)目和大小時，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調(diào)節(jié)反應(yīng)的進行，一種催化劑是促進異氰酸酯和水的反應(yīng)，也就是促進發(fā)泡反應(yīng)，通常情況下選擇胺類催化劑；另一種是需要促進異氰酸酯和聚醚或醇的反應(yīng)，也就是聚氨酯分子鏈增長和交聯(lián)的反應(yīng)，一般選用金屬類催化劑。所以在聚氨酯泡沫合成過程中我們一般選用胺類催化劑和有機金屬催化劑來配合使用，以便產(chǎn)生協(xié)同作用來完成佳效果。具體胺類催化劑和有機金屬催化劑的種類和比例需要實驗或經(jīng)驗根據(jù)不同制品來調(diào)節(jié)選取，這里就不做過多陳述。

4.2聚氨酯彈性體催化劑選擇

聚氨酯彈性體對NCO和水的反應(yīng)要嚴(yán)格避免，所以這時一般選用金屬類催化劑，比如，有機錫、有機鉍、甚至被淘汰的有機汞等。

4.3聚氨酯樹脂催化劑選擇

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

5.分類

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金屬化合物兩大類。叔胺和有機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。

胺類催化劑

胺類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：

脂肪族胺類催化劑有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。

醇類化合物催化劑有三胺、DMEA等。

芳香族胺類有吡啶，N,N’-二甲基吡啶等。

有機金屬催化劑

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）等有機金屬催化劑為常用，它對促進異氰酸酯基與羥基反映很有效，但在有水分的配方中對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鉛等特殊催化劑。

有機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，常用的是有機錫化合物。

聚氨酯催化劑發(fā)展簡史

有關(guān)的聚氨酯的首次報道，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)物開始工業(yè)化用途，于是工業(yè)界便開始研究以聚酯為基礎(chǔ)的聚氨酯，與尼龍競爭。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、聚乙烯和聚氯乙烯，分別為乙烯、乙烯和氯乙烯鏈接的聚合物，而聚氨酯卻不是有多個相同的氨基甲酸酯單元以普通方式聚合而成的，通常不能用一個通用的經(jīng)驗式來代表所有的聚氨酯。

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。若將此種簡單的加成反應(yīng)擴大應(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)過程中對操作工藝條件的敏感性使制品質(zhì)量波動，需要經(jīng)常地調(diào)整配方，對于制品生產(chǎn)廠造成損失，當(dāng)然有些問題增加 投料量也是解決問題的一種方法，其結(jié)果以增加成本為代價;聚氨酯發(fā)泡劑耐溫不能超過120度;在阻燃性上加了阻燃劑效果阻燃性達到B2級。在應(yīng)用上想說愛你，都 難。正是這些弱點成為聚氨酯發(fā)泡劑泡沫塑料發(fā)展的瓶頸。要解決這一瓶頸的問題就要先了解目前影響質(zhì)量波動和高密度等問題的因素。從模塑泡沫成型特征看，發(fā)泡時是注料操作，泡沫就有流動的問題，如果泡沫流動的不好在制品中泡沫的密度就不一致，這時就要用多投料的方法使密度低處也能 達到合格的強度和表皮。怎樣達到密度一致，在發(fā)泡反應(yīng)的過程中控制泡沫的流動性是一個途徑，為什么環(huán)境工藝條件對制品質(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)的同時泡沫壁具有足夠的強度，將氣體有效的包囊在泡沫體內(nèi)，發(fā) 泡完成后凝固成型。目前有兩大類催化劑：叔胺類和有機金 屬鹽類催化劑，叔胺類催化劑以三乙烯二胺，NN-二甲基環(huán)己胺為代表，有機金屬有有機錫類和羧酸鹽類。雖然目前已有很多上述類型催化劑可用，人們也在根據(jù) 催化活性的強弱反復(fù)地試驗，以澆注成型為例人們要根據(jù)制品的形狀大小控制發(fā)泡和固化的時間，要在這兩類催化劑中反復(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，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)的同時泡沫壁具有足夠的強度，將氣體有效的包囊在泡沫體內(nèi)，發(fā) 泡完成后凝固成型。目前有兩大類催化劑：叔胺類和有機金 屬鹽類催化劑，叔胺類催化劑以三乙烯二胺，NN-二甲基環(huán)己胺為代表，有機金屬有有機錫類和羧酸鹽類。雖然目前已有很多上述類型催化劑可用，人們也在根據(jù) 催化活性的強弱反復(fù)地試驗，以澆注成型為例人們要根據(jù)制品的形狀大小控制發(fā)泡和固化的時間，要在這兩類催化劑中反復(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，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)催化劑中因無對以上二級反應(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)品時常需在中后期經(jīng)高溫停放過程就是為了形成交聯(lián)，即熟化以便改善制品的強度和永久變形等性能。實際上異氰酸酯的二級反應(yīng)需要一類能給異氰酸酯更高的能量的催化劑使其配合一級反應(yīng)催化劑與一級反應(yīng)同步或協(xié)調(diào)進行并能與生成的一級產(chǎn)物相容而利于二級 反應(yīng)的進行，催化劑既要有高的反應(yīng)選擇性，能將所有的二級反應(yīng)和三聚反應(yīng)進行到底，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)這類催化劑，將是聚 氨酯的一場革命，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立性因為鏈增長和網(wǎng)絡(luò)的形成是同時進行，異氰酸酯永遠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，強度可大 幅度提高，其反應(yīng)完成就是固化之時熟化也隨即完成。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，而且強度高，泡沫尺寸穩(wěn)定性好。而且能耐高溫 可超過150度，異氰酸酯的指數(shù)足夠的話可提高阻燃等級。開發(fā)這類反應(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)，這類催化劑的問世將是聚氨酯發(fā)泡劑泡沫塑料行業(yè)的福音。

泡沫形成的主要過程一般認(rèn)為如下：

1、通過物理方法和化學(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)二氧化碳來起泡。

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

3、泡沫形成達到所需數(shù)目和大小時，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調(diào)節(jié)反應(yīng)的進行，一種催化劑是促進異氰酸酯和水的反應(yīng)，也就是促進發(fā)泡反應(yīng)，通常情況下選擇胺類催化劑;另一種是需要促進異氰酸酯和聚醚或醇的反應(yīng)，也就是聚氨酯分子鏈增長和交聯(lián)的反應(yīng)，一般選用金屬類催化劑。所以在聚氨酯泡沫合成過程中我們一般選用胺類催化劑和有機金屬催化劑來配合使用，以便產(chǎn)生協(xié)同作用來完成佳效果。具體胺類催化劑和有機金屬催化劑的種類和比例需要實驗或經(jīng)驗根據(jù)不同制品來調(diào)節(jié)選取，這里就不做過多陳述。