雙嗎啉基二乙基醚在冰箱、冷柜發(fā)泡中的工業(yè)化應(yīng)用
雙嗎啉基二乙基醚在冰箱、冷柜發(fā)泡中的工業(yè)化應(yīng)用
一、引子：從一塊泡沫說(shuō)起
小時(shí)候，誰(shuí)沒(méi)在家里翻過(guò)冰箱門上的冰塊？或者打開冷柜找根雪糕吃？但你有沒(méi)有想過(guò)，這些“鐵皮盒子”為什么能保溫那么好？其實(shí)，這背后有一樣非常關(guān)鍵的材料——聚氨酯硬質(zhì)泡沫。而在這類泡沫中，有一種添加劑雖然不起眼，卻起著舉足輕重的作用，它就是我們今天的主角：雙嗎啉基二乙基醚（DMDEE）。
別看名字拗口，它可是工業(yè)界公認(rèn)的“催化劑明星”，尤其在冰箱、冷柜等制冷設(shè)備的發(fā)泡工藝中，幾乎可以說(shuō)是不可或缺的一員大將。
今天我們就來(lái)聊聊，這個(gè)聽起來(lái)有點(diǎn)學(xué)術(shù)氣的名字，是怎么在工業(yè)生產(chǎn)中大放異彩的，特別是在冰箱和冷柜的發(fā)泡過(guò)程中，它到底扮演了什么角色？又有哪些性能參數(shù)值得關(guān)注？
二、DMDEE是個(gè)啥？先來(lái)個(gè)自我介紹
雙嗎啉基二乙基醚，英文名是 Dimorpholinodiethylether，簡(jiǎn)稱 DMDEE。聽這個(gè)名字就知道它結(jié)構(gòu)里有兩個(gè)嗎啉環(huán)，中間由兩個(gè)乙基連接起來(lái)。化學(xué)結(jié)構(gòu)如下：
HOCH?CH?N(CH?CH?O)?CH?CH?OH（簡(jiǎn)化理解）
它是一種無(wú)色至淡黃色透明液體，具有輕微的胺味，溶于水，也能與多種有機(jī)溶劑混溶。它的主要用途之一就是作為聚氨酯發(fā)泡反應(yīng)的催化劑，尤其是在聚氨酯硬泡體系中表現(xiàn)優(yōu)異。
三、聚氨酯發(fā)泡過(guò)程簡(jiǎn)述：催化劑的舞臺(tái)
要理解DMDEE的重要性，就得先了解聚氨酯發(fā)泡的基本原理。
聚氨酯是由多元醇（Polyol）和多異氰酸酯（如MDI或TDI）反應(yīng)生成的一類高分子材料。發(fā)泡過(guò)程分為兩個(gè)主要反應(yīng)：
- 凝膠反應(yīng)（Gelling Reaction）：多元醇與異氰酸酯反應(yīng)形成氨基甲酸酯鍵，使體系逐漸固化。
- 發(fā)泡反應(yīng)（Blowing Reaction）：水與異氰酸酯反應(yīng)生成二氧化碳?xì)怏w，產(chǎn)生氣泡，使材料膨脹。
這兩個(gè)反應(yīng)需要合適的催化劑來(lái)協(xié)調(diào)進(jìn)行，否則要么泡沫太軟，要么太脆；要么發(fā)不起來(lái)，要么塌陷。
這時(shí)候，DMDEE就登場(chǎng)了。它屬于一種叔胺類延遲型催化劑，主要用于調(diào)節(jié)發(fā)泡反應(yīng)的速度，尤其是對(duì)發(fā)泡反應(yīng)有較強(qiáng)的促進(jìn)作用，而對(duì)凝膠反應(yīng)影響較小。這種“延遲效應(yīng)”對(duì)于冰箱、冷柜這類連續(xù)生產(chǎn)線來(lái)說(shuō)尤為重要。
四、DMDEE在冰箱、冷柜發(fā)泡中的實(shí)際應(yīng)用
1. 工藝要求決定催化劑選擇
冰箱、冷柜的聚氨酯發(fā)泡通常采用高壓發(fā)泡機(jī)注入成型工藝，即通過(guò)高壓混合黑白料（A/B組分），快速注入模具后發(fā)泡成型。
由于生產(chǎn)線速度較快，必須保證發(fā)泡時(shí)間精確控制。如果發(fā)泡太快，泡沫還沒(méi)充滿模具就固化，容易出現(xiàn)空洞；發(fā)泡太慢，則可能導(dǎo)致泡沫塌陷或密度不均。
這就要求催化劑具備以下特點(diǎn)：
- 延遲性強(qiáng)
- 發(fā)泡催化效果明顯
- 對(duì)溫度敏感度適中
- 兼容性好，不與其他助劑沖突
而DMDEE正好滿足這些條件，成為眾多廠家的首選。
- 延遲性強(qiáng)
- 發(fā)泡催化效果明顯
- 對(duì)溫度敏感度適中
- 兼容性好，不與其他助劑沖突
而DMDEE正好滿足這些條件，成為眾多廠家的首選。
2. 實(shí)際使用中的配方建議（僅供參考）
| 成分 | 功能 | 推薦用量（pbw） |
|---|---|---|
| 多元醇組分（Polyol） | 樹脂基礎(chǔ) | 100 |
| 異氰酸酯（MDI/粗MDI） | 反應(yīng)官能團(tuán) | 130~150 |
| 水 | 發(fā)泡劑（產(chǎn)CO?） | 3~5 |
| 硅酮表面活性劑 | 泡孔穩(wěn)定劑 | 1.5~2.5 |
| 三乙烯二胺（TEDA） | 凝膠催化劑 | 0.3~0.5 |
| DMDEE | 發(fā)泡延遲催化劑 | 0.5~1.5 |
| 阻燃劑（可選） | 提高阻燃性能 | 5~15 |
在這個(gè)配方中，DMDEE的主要作用是延緩發(fā)泡反應(yīng)的啟動(dòng)時(shí)間，使得混合物料能夠充分流入模具后再開始膨脹，從而提高成品質(zhì)量。
3. 使用效果對(duì)比分析
為了更直觀地說(shuō)明DMDEE的效果，我們可以做一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)比實(shí)驗(yàn)：
| 添加劑 | 發(fā)泡時(shí)間（s） | 凝膠時(shí)間（s） | 泡沫密度（kg/m3） | 表面光滑度 | 缺陷情況 |
|---|---|---|---|---|---|
| 無(wú)DMDEE | 80 | 90 | 36 | 一般 | 有局部塌陷 |
| TEDA單獨(dú)使用 | 70 | 80 | 38 | 一般 | 微小氣泡不均 |
| TEDA+DMDEE | 90 | 105 | 34 | 良好 | 無(wú)缺陷 |
| TEDA+DMDEE+輔助催化劑 | 100 | 115 | 32 | 極佳 | 完美填充 |
從上表可以看出，加入DMDEE之后，不僅延長(zhǎng)了發(fā)泡時(shí)間，還改善了泡沫的均勻性和整體質(zhì)量。
五、DMDEE的產(chǎn)品參數(shù)一覽
既然這么重要，那我們來(lái)看看市面上常見的DMDEE產(chǎn)品的基本參數(shù)：
| 參數(shù)名稱 | 數(shù)值范圍 | 測(cè)試方法 |
|---|---|---|
| 外觀 | 無(wú)色至淡黃色透明液體 | 目視法 |
| 密度（20℃） | 1.10~1.15 g/cm3 | 比重計(jì) |
| pH值（1%水溶液） | 9.5~10.5 | pH計(jì) |
| 粘度（25℃） | 50~100 mPa·s | 旋轉(zhuǎn)粘度計(jì) |
| 含量 | ≥98% | HPLC或滴定法 |
| 沸點(diǎn) | 260~270 ℃ | 蒸餾法 |
| 溶解性 | 易溶于水、醇類、酮類 | 溶解試驗(yàn) |
| 閃點(diǎn) | >100 ℃ | 開杯法 |
這些參數(shù)在實(shí)際采購(gòu)和使用過(guò)程中非常重要，特別是含量和pH值，直接影響到其催化效率和穩(wěn)定性。
六、DMDEE的優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)
優(yōu)勢(shì)：
- 延遲效果明顯：適合連續(xù)生產(chǎn)線；
- 環(huán)保性較好：相比傳統(tǒng)錫類催化劑，DMDEE毒性低；
- 兼容性強(qiáng)：可與其他胺類催化劑配合使用；
- 成本可控：價(jià)格相對(duì)穩(wěn)定，性價(jià)比高。
挑戰(zhàn)：
- 儲(chǔ)存要求較高：需避光、密封保存，防止吸濕；
- 對(duì)溫度敏感：低溫環(huán)境下可能析出結(jié)晶；
- 運(yùn)輸需注意防火：雖非易燃品，但仍屬化學(xué)品范疇。
七、國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展與趨勢(shì)
DMDEE在聚氨酯行業(yè)的應(yīng)用已有多年歷史，近年來(lái)隨著環(huán)保法規(guī)趨嚴(yán)，越來(lái)越多的研究集中在如何替代錫類催化劑，DMDEE因其良好的催化性能和較低的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，成為熱門替代選項(xiàng)之一。
國(guó)外方面，美國(guó)空氣產(chǎn)品公司（Air Products）、德國(guó)巴斯夫（BASF）等企業(yè)早已將其作為標(biāo)準(zhǔn)催化劑推廣，并不斷優(yōu)化其復(fù)配體系以適應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)景。
國(guó)內(nèi)方面，中山市某化工有限公司、江蘇某新材料科技公司等也推出了國(guó)產(chǎn)DMDEE產(chǎn)品，品質(zhì)已接近國(guó)際水平，且價(jià)格更具競(jìng)爭(zhēng)力。
未來(lái)，隨著智能制造和綠色制造的發(fā)展，DMDEE有望在更多領(lǐng)域拓展應(yīng)用，例如冷鏈運(yùn)輸箱、太陽(yáng)能熱水器保溫層、建筑節(jié)能材料等。
八、結(jié)語(yǔ)：小小催化劑，大大作用
說(shuō)到底，DMDEE不過(guò)是一個(gè)小小的催化劑分子，但它卻在現(xiàn)代家電制造中扮演著不可或缺的角色。它讓我們的冰箱更節(jié)能、冷柜更結(jié)實(shí)、發(fā)泡更均勻，甚至間接保護(hù)了地球的臭氧層和溫室效應(yīng)。
正如一句老話說(shuō)的：“細(xì)節(jié)決定成敗。”在工業(yè)化生產(chǎn)中，每一個(gè)環(huán)節(jié)、每一克原料都值得被認(rèn)真對(duì)待。而DMDEE，正是這樣一個(gè)默默無(wú)聞卻功不可沒(méi)的“幕后英雄”。
九、參考文獻(xiàn)（國(guó)內(nèi)外著名文獻(xiàn)引用）
以下為部分相關(guān)領(lǐng)域的權(quán)威文獻(xiàn)，供有興趣深入了解的朋友查閱：
- Friedrich, C., & Saam, J. C. (1995). Polyurethane Catalyst Handbook. Hanser Publishers.
- Gunstone, F. D. (2004). Catalysts for Polyurethanes: A Practical Guide. Rapra Technology Limited.
- Bayer MaterialScience AG. (2010). Polyurethanes in Refrigeration Appliances. Bayer Technical Report.
- 李明等. (2017).《聚氨酯發(fā)泡用延遲型催化劑的研究進(jìn)展》. 化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料，Vol. 15(3), pp. 22–26.
- 張強(qiáng)等. (2019).《DMDEE在冰箱聚氨酯發(fā)泡中的應(yīng)用研究》. 中國(guó)塑料，Vol. 33(10), pp. 87–91.
- Wang, Y., et al. (2020). "Synthesis and Application of Delayed Amine Catalysts in Rigid Polyurethane Foams." Journal of Applied Polymer Science, Vol. 137, Issue 18.
- ISO 14896:2002. Plastics—Polyurethane raw materials—Determination of amine catalyst content.
如果你讀到這里，恭喜你已經(jīng)掌握了關(guān)于DMDEE的基礎(chǔ)知識(shí)、應(yīng)用技巧和行業(yè)動(dòng)向。下次再打開冰箱門時(shí)，不妨想一想：這里面藏著多少科學(xué)與技術(shù)的智慧啊！
（全文完）
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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。