雙-(2-二甲氨基乙基)醚（ZF-20）與其他胺類(lèi)催化劑性能對(duì)比分析

在聚氨酯工業(yè)中，催化劑的作用就像是樂(lè)隊(duì)的指揮，它不發(fā)聲，卻決定了整個(gè)反應(yīng)的節(jié)奏與和諧。作為一類(lèi)重要的叔胺催化劑，雙-(2-二甲氨基乙基)醚，俗稱(chēng)ZF-20，在泡沫塑料、膠黏劑、涂料等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。那么，它和其他常見(jiàn)的胺類(lèi)催化劑相比，到底有哪些優(yōu)勢(shì)和不足？本文就帶你走進(jìn)這些“化學(xué)指揮官”的世界，看看誰(shuí)才是真正的“佳拍檔”。

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一、從分子結(jié)構(gòu)說(shuō)起：Z F-20 長(zhǎng)什么樣？

首先，我們得先認(rèn)識(shí)一下主角——ZF-20。

它的化學(xué)名稱(chēng)是 雙-(2-二甲氨基乙基)醚，英文名 Bis(2-dimethylaminoethyl) ether，簡(jiǎn)稱(chēng) ZF-20 或者 BDMAEE。其分子式為 C8H20N2O，是一種無(wú)色至淡黃色液體，具有較強(qiáng)的堿性和催化活性。

我們可以把它想象成一個(gè)“雙臂機(jī)器人”，每個(gè)手臂末端都帶著一個(gè)強(qiáng)力的“吸電子”工具（即二甲氨基），中間通過(guò)一個(gè)氧橋連接起來(lái)。這種結(jié)構(gòu)使得它既能促進(jìn)發(fā)泡反應(yīng)，又能適度延緩凝膠過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)速度的良好控制。

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二、常見(jiàn)的胺類(lèi)催化劑有哪些？

在聚氨酯領(lǐng)域，常用的胺類(lèi)催化劑包括：

催化劑名稱(chēng)	化學(xué)結(jié)構(gòu)	簡(jiǎn)稱(chēng)	特點(diǎn)
三乙烯二胺	1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octane	DABCO、TEDA	強(qiáng)凝膠催化劑，用于硬泡
N-甲基嗎啉	N-Methylmorpholine	NMM	中等活性，廣泛用于軟泡
N,N-二甲基環(huán)己胺	N,N-Dimethylcyclohexylamine	DMCHA	平衡型催化劑，適用于多種體系
雙-(2-二甲氨基乙基)醚	Bis(2-dimethylaminoethyl) ether	ZF-20	發(fā)泡優(yōu)先，延遲凝膠，適合慢反應(yīng)體系
五甲基二乙烯三胺	Pentamethyldiethylenetriamine	PMDETA	高活性，常用于模塑泡沫

每種催化劑都有自己的“性格”，有的急躁（反應(yīng)快），有的沉穩(wěn)（反應(yīng)慢但可控），而ZF-20則更像是一位懂得節(jié)奏的指揮家，既不會(huì)讓交響樂(lè)突然加速，也不會(huì)讓它陷入停滯。

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三、性能對(duì)比：誰(shuí)更適合你的配方？

為了讓大家更直觀(guān)地了解不同催化劑之間的差異，我整理了一張性能對(duì)比表，涵蓋幾個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)：

性能參數(shù)	ZF-20	TEDA (DABCO)	NMM	DMCHA	PMDETA
分子量	160.25	142.21	115.17	142.25	187.30
外觀(guān)	淡黃透明液體	白色結(jié)晶固體	無(wú)色液體	無(wú)色至淺黃色液體	無(wú)色至淺黃色液體
pH值（1%水溶液）	11.5~12.5	11.0~12.0	10.5~11.5	11.0~12.0	11.5~12.5
催化類(lèi)型	發(fā)泡為主，凝膠較弱	凝膠強(qiáng)，發(fā)泡適中	發(fā)泡偏強(qiáng)，凝膠適中	發(fā)泡/凝膠平衡	發(fā)泡強(qiáng)，凝膠快
反應(yīng)速度	中等偏慢	快速	中等	中等偏快	快
泡沫開(kāi)孔性	良好	一般	一般	良好	良好
存儲(chǔ)穩(wěn)定性	良好	易潮解，需密封保存	一般	良好	一般
成本	中等偏高	中等偏低	低	中等	中等偏高

從這張表格可以看出，ZF-20在發(fā)泡方面表現(xiàn)突出，尤其是在需要較長(zhǎng)操作時(shí)間的體系中非常合適。例如在冷熟化泡沫、自結(jié)皮泡沫或者某些澆注型聚氨酯制品中，使用ZF-20可以有效延長(zhǎng)乳白時(shí)間和起發(fā)時(shí)間，避免過(guò)早凝膠導(dǎo)致氣泡不均或塌泡的問(wèn)題。

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四、實(shí)際應(yīng)用中的表現(xiàn)

1. 軟泡中的應(yīng)用

在軟質(zhì)聚氨酯泡沫中，ZF-20通常作為主發(fā)泡催化劑使用，尤其適用于TDI體系。它能夠很好地控制乳白時(shí)間與上升時(shí)間之間的平衡，使得泡沫結(jié)構(gòu)更加均勻細(xì)膩。

舉個(gè)例子，某廠(chǎng)家生產(chǎn)汽車(chē)座椅泡沫時(shí)發(fā)現(xiàn)，使用傳統(tǒng)DABCO會(huì)導(dǎo)致泡沫表面出現(xiàn)“橘皮紋”現(xiàn)象，后來(lái)改用ZF-20后，問(wèn)題得到了明顯改善。這主要是因?yàn)閆F-20延緩了凝膠速度，給了泡沫更多的時(shí)間進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整。

2. 自結(jié)皮泡沫中的表現(xiàn)

自結(jié)皮泡沫要求外層致密光滑，內(nèi)部疏松多孔。這時(shí)候如果催化劑選擇不當(dāng)，很容易造成內(nèi)外層固化速率不一致，出現(xiàn)“脫殼”或“鼓包”。在這種情況下，ZF-20配合DMCHA使用效果佳，前者負(fù)責(zé)發(fā)泡，后者負(fù)責(zé)凝膠，二者協(xié)同作用，使成品質(zhì)量顯著提升。

3. 在噴涂聚氨酯中的應(yīng)用

在噴涂聚氨酯系統(tǒng)中，反應(yīng)速度必須足夠快以保證快速成型，但也不能太快以至于無(wú)法充分混合。此時(shí)，PMDETA可能反應(yīng)過(guò)快，而ZF-20則能提供一個(gè)更為溫和的反應(yīng)曲線(xiàn)，適合用于低溫環(huán)境施工。

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五、環(huán)保與安全性比較

隨著環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格，催化劑的安全性也成為選材的重要考量之一。

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五、環(huán)保與安全性比較

隨著環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格，催化劑的安全性也成為選材的重要考量之一。

安全性指標(biāo)	ZF-20	TEDA	NMM	DMCHA	PMDETA
揮發(fā)性	中等	高	高	中等	高
刺激性氣味	有輕微胺味	強(qiáng)烈刺激性	較強(qiáng)	中等	較強(qiáng)
LD50（大鼠口服）	>2000 mg/kg	~1000 mg/kg	~1500 mg/kg	~1800 mg/kg	~1200 mg/kg
對(duì)皮膚刺激性	輕微	強(qiáng)	中等	中等	中等
VOC排放	中等	高	高	中等	高

從上表可以看出，ZF-20在毒理數(shù)據(jù)和揮發(fā)性方面相對(duì)較好，屬于較為安全的一類(lèi)催化劑。不過(guò)，任何化學(xué)品都需要規(guī)范操作和防護(hù)措施，不能掉以輕心。

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六、價(jià)格與性?xún)r(jià)比分析

項(xiàng)目	ZF-20	TEDA	NMM	DMCHA	PMDETA
單價(jià)（元/kg）	60~80	40~60	30~45	50~70	70~90
推薦添加量（份）	0.3~0.8	0.2~0.5	0.5~1.0	0.3~0.7	0.2~0.5
綜合成本	中等偏高	中等偏低	低	中等	中等偏高
推薦場(chǎng)景	高品質(zhì)軟泡、慢反應(yīng)體系	快速固化體系	普通軟泡	通用型	高性能泡沫

雖然ZF-20的價(jià)格略高于部分其他催化劑，但其在某些高端應(yīng)用場(chǎng)景中表現(xiàn)出的優(yōu)異性能，往往能讓整體配方更具競(jìng)爭(zhēng)力。

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七、國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展與文獻(xiàn)引用

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)ZF-20及其相關(guān)催化劑進(jìn)行了深入研究，以下是一些代表性成果：

• 國(guó)外研究：

  • 《Journal of Cellular Plastics》中的一項(xiàng)研究表明，ZF-20在控制TDI體系泡沫結(jié)構(gòu)方面優(yōu)于傳統(tǒng)TEDA，特別是在提高泡孔均勻性方面。
  • 來(lái)自德國(guó)巴斯夫公司的技術(shù)報(bào)告指出，將ZF-20與錫催化劑配合使用，可顯著提升泡沫的回彈性和壓縮永久變形性能。

• 國(guó)內(nèi)研究：

  • 清華大學(xué)材料學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)在《聚氨酯工業(yè)》期刊上發(fā)表論文，指出在冷熟化泡沫中使用ZF-20可以有效延長(zhǎng)乳白時(shí)間至60秒以上，大大提高了工藝適應(yīng)性。
  • 中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)所的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)表明，ZF-20在低密度高回彈泡沫中展現(xiàn)出良好的協(xié)同效應(yīng)，尤其適合與DMCHA搭配使用。

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八、總結(jié)：誰(shuí)才是真正的“全能選手”？

回到開(kāi)頭的那個(gè)問(wèn)題：ZF-20和其他胺類(lèi)催化劑相比，到底怎么樣？

如果你追求的是快速反應(yīng)，那TEDA和PMDETA可能是更好的選擇；
如果你注重經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，NMM是個(gè)不錯(cuò)的選擇；
但如果你希望獲得更長(zhǎng)的操作時(shí)間、更穩(wěn)定的泡孔結(jié)構(gòu)以及更環(huán)保的配方設(shè)計(jì)，那么ZF-20無(wú)疑是那個(gè)值得你信賴(lài)的“老朋友”。

當(dāng)然，催化劑從來(lái)不是單打獨(dú)斗的角色，它們往往需要相互配合才能發(fā)揮大效能。正如交響樂(lè)團(tuán)需要不同樂(lè)器的協(xié)作一樣，ZF-20也常常需要與其他催化劑如DMCHA、T9（辛酸亞錫）等協(xié)同使用，才能奏出動(dòng)聽(tīng)的“化學(xué)交響曲”。

所以，選對(duì)催化劑，就像找對(duì)合作伙伴——不僅要看能力，還要看默契。而ZF-20，正是那個(gè)既懂節(jié)奏、又講配合的好搭檔。

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參考文獻(xiàn)：

國(guó)外文獻(xiàn)：

1. J. Cell. Plast., 2019, Vol. 55(4), pp. 345–360.
2. BASF Technical Report on Foam Catalysts, 2021.
3. Journal of Applied Polymer Science, 2020, DOI: 10.1002/app.48972.

國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)：

1. 《聚氨酯工業(yè)》，2022年第3期，“ZF-20在冷熟化泡沫中的應(yīng)用研究”，清華大學(xué)材料學(xué)院。
2. 《化工新型材料》，2021年，“胺類(lèi)催化劑在軟泡聚氨酯中的協(xié)同效應(yīng)分析”，中科院上海有機(jī)所。
3. 《精細(xì)化工》，2020年，“環(huán)保型聚氨酯催化劑的發(fā)展現(xiàn)狀”，華東理工大學(xué)。

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作者語(yǔ)：
這篇文章寫(xiě)得有點(diǎn)像科普小品，也有點(diǎn)像技術(shù)筆記。其實(shí)，催化劑的世界遠(yuǎn)比我們想象的精彩，它不僅僅是冷冰冰的化學(xué)符號(hào)，更是無(wú)數(shù)工程師智慧的結(jié)晶。希望通過(guò)這篇文字，能讓大家對(duì)ZF-20有一個(gè)更全面的認(rèn)識(shí)，也能在今后的工作中多一份選擇的從容與自信。

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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(lèi)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(lèi)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。