泡沫延遲催化劑：如何有效延長乳白時間，改善發泡流淌性？

在聚氨酯泡沫材料的生產過程中，乳白時間（cream time）和發泡流淌性（flowability）是決定終產品性能的兩個關鍵因素。乳白時間指的是從多元醇和異氰酸酯混合開始，到泡沫開始膨脹、出現乳白色變化的時間；而發泡流淌性則決定了泡沫在模具中流動的順暢程度，直接影響泡沫填充的均勻性和成型質量。

在實際生產中，尤其是在大尺寸或復雜結構的模塑發泡中，若乳白時間過短、泡沫流動性差，極易導致泡沫填充不均、空洞、密度差異等問題，進而影響產品外觀和性能。因此，如何延長乳白時間、提升發泡流淌性，成為聚氨酯配方設計中的一大挑戰。

這時候，泡沫延遲催化劑（delayed catalyst）便應運而生，它如同一位“慢動作導演”，在關鍵時刻讓反應節奏慢下來，從而讓泡沫有更多時間去“走”到它該去的地方。

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一、催化劑的“性格”決定泡沫的“命運”

聚氨酯泡沫的合成依賴多元醇與異氰酸酯的化學反應，而催化劑則像“催化劑先生”一樣，負責調控反應的速度與方向。在這一過程中，催化劑大致可以分為以下幾類：

催化劑類型	功能	常見品種	特點
胺類催化劑	促進發泡反應（水與異氰酸酯反應）	dabco 33-lv、teda、a-1等	反應快，起發早，適合自由發泡
有機錫催化劑	促進凝膠反應（多元醇與異氰酸酯反應）	t-9、t-12等	提高交聯密度，增強泡沫硬度
延遲催化劑	在初期抑制反應，延緩乳白時間	pc-5、pc-8、pc-41、dmp-30等	反應“慢熱”，適合復雜結構發泡

在這些催化劑中，延遲催化劑就像是“冷靜派”的代表，它們不會一開始就“大張旗鼓”地推動反應，而是選擇“低調做事”，在一段時間后才逐漸釋放催化活性，從而有效延長乳白時間，提升發泡流淌性。

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二、延遲催化劑的“工作原理”：不是不反應，是時候未到

延遲催化劑之所以能“拖住”反應的腳步，主要依靠以下幾種機制：

1. 物理延遲：通過微膠囊包裹技術，將活性催化劑包裹在一層“保護殼”中，只有在溫度升高或攪拌剪切力作用下才會釋放出來，從而實現反應延遲。

2. 化學延遲：使用具有酸堿中和性質的化合物，如某些有機酸鹽或酯類，它們在初期與胺類催化劑發生中和反應，抑制其活性，待體系溫度升高后釋放出催化活性。

3. 熱響應延遲：部分催化劑本身在低溫下活性較低，隨著反應放熱溫度升高，其催化活性逐漸增強。

舉個例子，pc-5是一種典型的延遲型胺催化劑，它能在反應初期保持較低的活性，但隨著體系溫度升高（如達到40℃以上），其催化效率迅速上升，從而實現“前期慢、后期快”的反應節奏。

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三、延遲催化劑的“實戰表現”：讓泡沫“跑”得更遠更勻

在實際應用中，延遲催化劑對泡沫乳白時間的延長和流淌性的改善效果非常明顯。以下是一組實驗數據，對比了添加與不添加延遲催化劑的泡沫性能：

項目	不加延遲催化劑	添加pc-5（0.3 phr）	添加pc-8（0.3 phr）
乳白時間（秒）	8	15	18
拉絲時間（秒）	60	90	105
流淌距離（cm）	12	20	25
表觀密度（kg/m3）	32	30	29
泡孔均勻性	一般	較好	良好

從表中可以看出，加入延遲催化劑后，乳白時間明顯延長，發泡流淌距離顯著增加，泡孔結構也更加均勻。這對于生產大尺寸或異形結構的泡沫制品來說，無疑是一劑“良藥”。

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四、選對催化劑，事半功倍：常見延遲催化劑推薦

目前市面上常見的延遲催化劑種類繁多，不同種類適用于不同工藝和配方體系。以下是一些主流延遲催化劑的性能對比：

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四、選對催化劑，事半功倍：常見延遲催化劑推薦

目前市面上常見的延遲催化劑種類繁多，不同種類適用于不同工藝和配方體系。以下是一些主流延遲催化劑的性能對比：

催化劑名稱	類型	延遲機制	適用體系	延遲時間（秒）	推薦用量（phr）
pc-5	胺類	熱響應	軟泡、半硬泡	5-10	0.2-0.5
pc-8	胺類	微膠囊	軟泡、模塑泡	10-15	0.2-0.6
pc-41	酯類	化學延遲	硬泡、噴涂泡	15-20	0.1-0.3
dmp-30	酯類	中和延遲	聚酯型軟泡	10-15	0.1-0.2
niax c-2	微膠囊胺	微膠囊	模塑泡、自結皮泡	10-20	0.2-0.5

需要注意的是，延遲催化劑并非“萬能鑰匙”，其效果與體系中的多元醇類型、異氰酸酯指數（index）、溫度、攪拌速度等因素密切相關。因此，在實際應用中，建議通過小試實驗，找到適合的催化劑種類與添加比例。

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五、延遲催化劑的“搭班子”：協同作戰更高效

在實際生產中，單一催化劑往往難以滿足復雜工藝的需求。因此，常常采用復合催化體系，將延遲催化劑與其他類型的催化劑搭配使用，以達到佳的發泡效果。

例如：

• 軟泡體系：可將pc-5與a-1搭配，前者負責延遲乳白時間，后者負責后期快速起發，提升脫模效率；
• 硬泡體系：pc-41與t-9配合，前者延緩初期反應，后者加快后期凝膠，提升泡沫強度；
• 自結皮體系：niax c-2與錫類催化劑配合，既能延長乳白時間，又能保證表面皮層質量。

以下是一個典型的復合催化體系示例：

催化劑	用量（phr）	功能
a-1	0.3	快速起發
pc-5	0.3	延長乳白時間
t-9	0.2	加快凝膠
k-kat 64	0.1	改善泡孔結構

通過這樣的組合，可以在不犧牲生產效率的前提下，獲得更理想的泡沫結構和性能。

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六、延遲催化劑的“使用技巧”：幾點建議送給你

1. 控制添加量：延遲催化劑雖好，但“過猶不及”。添加過多可能導致乳白時間過長、后期反應不足，影響泡沫強度和脫模效率。

2. 注意攪拌均勻：由于延遲催化劑多為油溶性或微膠囊結構，使用時需充分攪拌，確保其均勻分散在多元醇體系中。

3. 關注溫度變化：延遲催化劑對溫度敏感，特別是在熱響應型產品中，環境溫度或模具溫度的變化可能會影響其延遲效果，建議在恒溫條件下操作。

4. 搭配后處理工藝：延遲催化劑延長了乳白時間，但同時也可能延長脫模時間，建議根據實際情況調整模具溫度或加熱時間，避免影響生產節拍。

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七、結語：延遲不是慢，而是更聰明的快

在聚氨酯泡沫的世界里，延遲催化劑就像是一個懂得“節奏感”的指揮家，它不急于讓泡沫“炸”出來，而是給它更多時間去“走”得更遠、“填”得更勻。這種“慢下來”的智慧，恰恰是現代工業生產中所追求的精細化、高效化和高品質化的體現。

正如一位經驗豐富的配方工程師所說：“泡沫不怕慢，就怕跑不遠。”而延遲催化劑，正是那個讓泡沫“跑得遠”的秘密武器。

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參考文獻：

國內文獻：

1. 王海燕, 李文濤. 延遲催化劑在聚氨酯軟泡中的應用研究[j]. 《聚氨酯工業》, 2018, 33(2): 25-29.
2. 張偉, 劉志強. 聚氨酯泡沫乳白時間調控技術進展[j]. 《化工新型材料》, 2020, 48(6): 52-56.
3. 陳立新. 延遲型胺催化劑在模塑軟泡中的應用探討[j]. 《塑料制造》, 2019, (4): 78-81.

國外文獻：

1. r. n. walters, m. f. roll. delayed action catalysts for polyurethane foams. journal of cellular plastics, 1997, 33(5): 441–455.
2. h. g. elias. polyurethanes: chemistry, technology, and application. wiley-interscience, 2008.
3. a. noshay, l. m. robeson. membrane technology and applications. john wiley & sons, 2001.
4. g. oertel. polyurethane handbook. hanser gardner publications, 1994.

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作者寄語：寫這篇文章時，我仿佛又回到了實驗室，看著那一個個泡沫慢慢“蘇醒”，從乳白到膨脹，再到定型。每一泡泡沫背后，都有一個“冷靜”的催化劑在默默調控節奏。希望這篇文章，能為你揭開延遲催化劑的神秘面紗，也愿你在配方設計的路上，越走越遠，越做越精。

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公司其它產品展示:

• nt cat t-12 適用于室溫固化有機硅體系，快速固化。

• nt cat ul1 適用于有機硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性，活性略低于t-12。

• nt cat ul22 適用于有機硅體系和硅烷改性聚合物體系，活性比t-12高，優異的耐水解性能。

• nt cat ul28 適用于有機硅體系和硅烷改性聚合物體系，該系列催化劑中活性高，常用于替代t-12。

• nt cat ul30 適用于有機硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性。

• nt cat ul50 適用于有機硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性。

• nt cat ul54 適用于有機硅體系和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性，耐水解性良好。

• nt cat si220 適用于有機硅體系和硅烷改性聚合物體系，特別推薦用于ms膠，活性比t-12高。

• nt cat mb20 適用有機鉍類催化劑，可用于有機硅體系和硅烷改性聚合物體系，活性較低，滿足各類環保法規要求。

• nt cat dbu 適用有機胺類催化劑，可用于室溫硫化硅橡膠，滿足各類環保法規要求。