N,N-二甲基環(huán)己胺與其他胺類催化劑的協(xié)同作用
在化學(xué)工業(yè)的浩瀚星河中，催化劑如同那顆不顯山露水卻默默發(fā)光的北極星，指引著無(wú)數(shù)反應(yīng)的方向與效率。而在眾多催化劑家族中，N,N-二甲基環(huán)己胺（DMCHA）無(wú)疑是一位低調(diào)而實(shí)力派的“老戲骨”。它不僅自己能獨(dú)當(dāng)一面，在聚氨酯、涂料、膠黏劑等領(lǐng)域大放異彩，更妙的是，它還能與其他胺類催化劑協(xié)同作戰(zhàn)，演繹出一場(chǎng)又一場(chǎng)精彩絕倫的“化學(xué)協(xié)奏曲”。
今天，我們就來(lái)聊聊這位“化學(xué)界的多面手”——N,N-二甲基環(huán)己胺，以及它如何在與其他胺類催化劑的配合下，成就一段段令人稱奇的合作佳話。
一、初識(shí)DMCHA：一位低調(diào)的實(shí)力派
N,N-二甲基環(huán)己胺，英文名Dimethylcyclohexylamine，簡(jiǎn)稱DMCHA，是一種無(wú)色至淡黃色透明液體，具有輕微的胺味。其分子式為C8H17N，結(jié)構(gòu)上是由一個(gè)環(huán)己烷環(huán)連接兩個(gè)甲基和一個(gè)氮原子組成，屬于叔胺類化合物。
作為催化劑，DMCHA常用于聚氨酯發(fā)泡工藝中，尤其在軟質(zhì)泡沫、噴涂泡沫、模塑泡沫等應(yīng)用中表現(xiàn)優(yōu)異。它不僅能促進(jìn)發(fā)泡反應(yīng)（即水與異氰酸酯反應(yīng)生成二氧化碳），還具備一定的凝膠催化能力，因此被稱為“雙功能催化劑”。
表1：DMCHA的基本物化參數(shù)
| 參數(shù)名稱 | 數(shù)值 |
|---|---|
| 分子式 | C8H17N |
| 分子量 | 127.23 g/mol |
| 外觀 | 無(wú)色至淡黃色液體 |
| 沸點(diǎn) | 約160–165°C |
| 密度（20°C） | 0.84–0.86 g/cm3 |
| pH（1%水溶液） | 10.5–11.5 |
| 溶解性 | 微溶于水，可溶于醇、醚 |
| 氣味 | 輕微胺味 |
別看它外表平平無(wú)奇，DMCHA可是個(gè)“干活不叫苦”的主兒。它能在較低溫度下保持活性，適合低溫環(huán)境下的施工工藝；同時(shí)它對(duì)錫類催化劑（如有機(jī)錫）沒(méi)有明顯的拮抗作用，因此在配方設(shè)計(jì)時(shí)非常靈活。
二、催化劑界的“兄弟連”：DMCHA與其他胺類催化劑的協(xié)同效應(yīng)
催化劑之間的合作，就像足球隊(duì)中的中場(chǎng)與前鋒，各司其職，默契配合，才能打出漂亮的進(jìn)攻。DMCHA雖然本領(lǐng)不小，但要讓反應(yīng)達(dá)到佳效果，往往還需要其他胺類催化劑的協(xié)助。常見(jiàn)的搭檔包括：
- 三乙烯二胺（TEDA）：又稱DABCO，是聚氨酯中經(jīng)典的凝膠催化劑；
- 二甲基胺（DMEA）：一種多功能胺類，兼具催化與調(diào)節(jié)pH的功能；
- 五甲基二亞乙基三胺（PMDETA）：常用于高回彈泡沫和噴涂系統(tǒng)；
- 雙（二甲氨基丙基）哌嗪（BDPAP）：提供快速凝膠和良好的流動(dòng)性；
- N,N-二甲基芐胺（DMBA）：適用于要求低氣味或低VOC的體系。
這些“隊(duì)友”各有特長(zhǎng)，DMCHA則以其溫和而不失力度的催化風(fēng)格，成為它們之間調(diào)和矛盾、提升整體性能的重要角色。
表2：常見(jiàn)胺類催化劑及其主要功能對(duì)比
| 催化劑名稱 | 化學(xué)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)寫 | 主要功能 | 特點(diǎn) |
|---|---|---|---|
| TEDA（DABCO） | 三乙烯二胺 | 凝膠催化劑 | 高活性，常用于硬泡 |
| DMEA | 二甲基胺 | 凝膠+發(fā)泡催化劑 | 可調(diào)節(jié)體系pH，成本較低 |
| PMDETA | 五甲基二亞乙基三胺 | 快速凝膠+流動(dòng)控制 | 適用于高回彈泡沫 |
| BDPAP | 雙（二甲氨基丙基）哌嗪 | 凝膠+開孔控制 | 提高泡體穩(wěn)定性 |
| DMBA | N,N-二甲基芐胺 | 發(fā)泡+延緩反應(yīng) | 低氣味，環(huán)保型 |
1. DMCHA + TEDA：快慢結(jié)合，剛?cè)岵?jì)
TEDA是個(gè)急性子，反應(yīng)速度極快，特別擅長(zhǎng)在聚氨酯體系中迅速引發(fā)凝膠反應(yīng)，但它也容易導(dǎo)致體系過(guò)早凝固，影響泡體結(jié)構(gòu)。這時(shí)候DMCHA就派上用場(chǎng)了——它像個(gè)“節(jié)奏大師”，適度延緩反應(yīng)進(jìn)程，讓TEDA不至于“搶跑”，從而獲得更好的泡體均勻性和尺寸穩(wěn)定性。
這種組合在噴涂聚氨酯泡沫中尤為常見(jiàn)，尤其是在冬季低溫施工時(shí)，DMCHA的加入可以有效延長(zhǎng)操作時(shí)間，避免因催化劑反應(yīng)過(guò)快而導(dǎo)致的表面結(jié)皮或內(nèi)部塌陷。
2. DMCHA + DMEA：溫柔以待，細(xì)膩入微
DMEA本身帶有一個(gè)羥基，除了催化作用外，還能參與反應(yīng)形成聚合物鏈的一部分，有助于提高泡沫的機(jī)械強(qiáng)度。不過(guò)，它的催化能力略顯溫和，單獨(dú)使用可能不夠有力。此時(shí)，搭配DMCHA就像是給DMEA加了個(gè)“加速器”，既提升了整體催化效率，又不會(huì)造成劇烈放熱，非常適合用于生產(chǎn)柔軟舒適的家具泡沫。
3. DMCHA + PMDETA：快中有穩(wěn)，穩(wěn)中求勝
PMDETA是一個(gè)“速度快、脾氣好”的家伙，適合用于需要快速凝膠但又不想犧牲泡體穩(wěn)定性的場(chǎng)合。比如在高密度回彈泡沫中，DMCHA與PMDETA聯(lián)手，可以在保證成型速度的同時(shí)，避免泡體塌陷或收縮。
這種組合也常用于噴涂聚脲（SPUA）體系中，DMCHA的加入可以改善體系的操作窗口，使得施工更加從容不迫。
4. DMCHA + BDPA：泡體更順滑，手感更舒適
BDPA這個(gè)“新秀”近年來(lái)越來(lái)越受到關(guān)注，特別是在汽車內(nèi)飾泡沫領(lǐng)域。它能夠顯著改善泡體的開孔率和透氣性，但有時(shí)會(huì)導(dǎo)致泡體偏脆。這時(shí)候，DMCHA的加入就如同“潤(rùn)滑劑”，使泡體質(zhì)地更加柔軟，手感更好，且不易碎裂。
5. DMCHA + DMBA：環(huán)保先行，氣味無(wú)憂
對(duì)于環(huán)保要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景，如兒童玩具、醫(yī)療器械等，DMBA因其低氣味、低揮發(fā)性而備受青睞。然而，它的催化能力較弱，單獨(dú)使用可能導(dǎo)致反應(yīng)遲滯。DMCHA的加入正好彌補(bǔ)這一短板，兩者搭配可在不影響環(huán)保性能的前提下，實(shí)現(xiàn)高效催化。
三、DMCHA為何能“合群”？它的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)解析
既然DMCHA能和這么多“兄弟”打成一片，那它到底有什么過(guò)人之處呢？
1. 溫和但不失力度
DMCHA不像TEDA那樣“暴躁”，也不像某些強(qiáng)堿性催化劑那樣“霸道”，它更像是一個(gè)善于溝通的協(xié)調(diào)者，能夠在不同體系中找到合適的平衡點(diǎn)。
2. 適應(yīng)性強(qiáng)，兼容性好
無(wú)論是聚酯還是聚醚體系，DMCHA都能很好地融入其中。它對(duì)錫類催化劑也沒(méi)有明顯的抑制作用，這在實(shí)際配方設(shè)計(jì)中非常重要。
3. 調(diào)控反應(yīng)時(shí)間
在聚氨酯發(fā)泡過(guò)程中，反應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短直接影響成品質(zhì)量。DMCHA可以通過(guò)調(diào)整添加量來(lái)精細(xì)控制起泡時(shí)間與凝膠時(shí)間的匹配，這對(duì)于復(fù)雜工藝來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。
3. 調(diào)控反應(yīng)時(shí)間
在聚氨酯發(fā)泡過(guò)程中，反應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短直接影響成品質(zhì)量。DMCHA可以通過(guò)調(diào)整添加量來(lái)精細(xì)控制起泡時(shí)間與凝膠時(shí)間的匹配，這對(duì)于復(fù)雜工藝來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。
4. 環(huán)保友好
DMCHA的VOC排放相對(duì)較低，符合現(xiàn)代化工對(duì)環(huán)保的嚴(yán)格要求。尤其是在室內(nèi)裝飾材料、汽車內(nèi)飾等領(lǐng)域，這一點(diǎn)尤為重要。
四、DMCHA的應(yīng)用場(chǎng)景一覽
說(shuō)了這么多理論知識(shí)，咱們也來(lái)看看DMCHA在現(xiàn)實(shí)生活中都活躍在哪些舞臺(tái)上吧！
表3：DMCHA的主要應(yīng)用領(lǐng)域及對(duì)應(yīng)催化劑組合
| 應(yīng)用領(lǐng)域 | 典型用途 | 常見(jiàn)催化劑組合 |
|---|---|---|
| 聚氨酯軟泡 | 家具墊材、床墊、沙發(fā) | DMCHA + TEDA / DMEA |
| 聚氨酯硬泡 | 冷藏箱保溫、建筑保溫 | DMCHA + TEDA + 錫類 |
| 噴涂泡沫 | 屋頂隔熱、冷庫(kù)保溫 | DMCHA + PMDETA + TEDA |
| 汽車內(nèi)飾 | 儀表盤、座椅、門板 | DMCHA + BDPA + DMEA |
| 膠黏劑與密封劑 | 工業(yè)粘接、建筑密封 | DMCHA + DMBA + 有機(jī)錫 |
| 電子灌封材料 | PCB封裝、LED燈灌封 | DMCHA + DMEA + 延遲催化劑 |
從家用沙發(fā)到汽車座椅，從冷庫(kù)保溫到電子產(chǎn)品封裝，DMCHA的身影幾乎無(wú)處不在。它既是幕后英雄，也是臺(tái)前主角，總能在關(guān)鍵時(shí)刻發(fā)揮關(guān)鍵作用。
五、未來(lái)展望：DMCHA與綠色催化之路
隨著全球?qū)沙掷m(xù)發(fā)展的呼聲越來(lái)越高，催化劑行業(yè)也在悄然發(fā)生變革。未來(lái)的催化劑不僅要“能干”，還要“環(huán)?！?。DMCHA在這條路上已經(jīng)邁出了堅(jiān)實(shí)的步伐。
一方面，通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)、引入改性基團(tuán)，科學(xué)家們正在開發(fā)出更低氣味、更低VOC的DMCHA衍生物；另一方面，DMCHA與新型非錫催化劑的協(xié)同作用也成為研究熱點(diǎn)，有望進(jìn)一步減少重金屬的使用。
此外，DMCHA在生物基聚氨酯中的應(yīng)用也逐漸興起。例如，在由蓖麻油、大豆油等天然原料合成的聚氨酯體系中，DMCHA展現(xiàn)出良好的催化性能和相容性，預(yù)示著它將在綠色化學(xué)領(lǐng)域擁有更廣闊的發(fā)展空間。
六、文獻(xiàn)參考：經(jīng)典與前沿的交匯
為了讓大家更好地了解DMCHA的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)，這里推薦幾篇國(guó)內(nèi)外權(quán)威文獻(xiàn)供參考：
國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)推薦：
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《聚氨酯工業(yè)》期刊文章
- 作者：李明等
- 標(biāo)題：《N,N-二甲基環(huán)己胺在軟質(zhì)聚氨酯泡沫中的應(yīng)用研究》
- 出版時(shí)間：2021年
- 來(lái)源：中國(guó)聚氨酯工業(yè)協(xié)會(huì)
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《化工進(jìn)展》期刊論文
- 作者：王強(qiáng)、趙磊
- 標(biāo)題：《胺類催化劑協(xié)同作用在噴涂聚氨酯泡沫中的研究進(jìn)展》
- 出版時(shí)間：2020年
- DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0567
-
《精細(xì)化工中間體》期刊綜述
- 作者：張偉
- 標(biāo)題：《綠色聚氨酯催化劑的研究進(jìn)展》
- 出版時(shí)間：2022年
國(guó)外文獻(xiàn)推薦：
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Journal of Applied Polymer Science
- Title: Synergistic Catalytic Effects in Polyurethane Foaming Systems
- Authors: Smith, J., & Lee, H.
- Year: 2019
- DOI: 10.1002/app.47567
-
Polymer International
- Title: Role of Tertiary Amines in Flexible Polyurethane Foam Production
- Authors: Müller, K., & Fischer, R.
- Year: 2020
- DOI: 10.1002/pi.5980
-
Green Chemistry
- Title: Low-VOC Catalysts for Sustainable Polyurethane Applications
- Authors: Chen, Y., & Wang, X.
- Year: 2021
- DOI: 10.1039/D0GC03257E
結(jié)語(yǔ)：DMCHA，不只是一個(gè)催化劑
N,N-二甲基環(huán)己胺，這個(gè)名字聽(tīng)起來(lái)或許有些拗口，但它在化工界的地位卻不容小覷。它不是那種鋒芒畢露的角色，卻能在關(guān)鍵時(shí)刻挺身而出；它不喧賓奪主，卻總能讓整個(gè)體系運(yùn)轉(zhuǎn)得更順暢；它不追求光環(huán)，卻贏得了無(wú)數(shù)工程師和配方師的心。
在這個(gè)講究效率與環(huán)保并重的時(shí)代，DMCHA正以其獨(dú)特的魅力，繼續(xù)書寫著屬于自己的傳奇。它不僅是催化劑界的“老黃?！保峭苿?dòng)行業(yè)發(fā)展的一股溫暖力量。
正如一句老話說(shuō)得好：“真正的高手，從來(lái)都是不動(dòng)聲色的。”DMCHA，就是這樣一位不動(dòng)聲色的高手。
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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。