新典化学产品介绍：聚氨酯涂料催化剂

聚氨酯涂料催化剂概述

1. 引言

聚氨酯（Polyurethane，简称PU）材料因其优异的物理性能、耐化学性和良好的粘附性，广泛应用于建筑、汽车、家具、电子等多个领域。在聚氨酯涂料的合成过程中，催化剂起着至关重要的作用，它能够有效调控反应速率，提高交联效率，并改善涂层的机械性能和固化速度。随着环保法规日益严格，低VOC（挥发性有机化合物）排放的聚氨酯涂料成为市场主流，而高效、环保的聚氨酯涂料催化剂也成为研究重点。本文将详细介绍聚氨酯涂料催化剂的种类、作用机制及其在工业中的应用，并结合国内外研究成果探讨其发展趋势。

2. 聚氨酯涂料催化剂的基本概念

2.1 催化剂的定义与分类

催化剂是一种能够降低化学反应活化能、加速反应速率但本身不参与消耗的物质。在聚氨酯涂料体系中，催化剂主要促进异氰酸酯基团（—NCO）与多元醇（—OH）之间的反应，即氨基甲酸酯键的形成。根据催化机理的不同，聚氨酯涂料催化剂可分为以下几类：

分类 类型 特点

金属催化剂 有机锡类（如二月桂酸二丁基锡）、胺类配合物 催化活性高，但部分含有重金属，存在环境风险

胺类催化剂 叔胺类（如三乙胺、DABCO等） 活性强，适用于泡沫和喷涂体系，易引起副反应

环保型催化剂 非锡催化剂（如铋、锌、锆类配合物） 符合环保要求，但成本较高

功能性催化剂 温度敏感型、延迟型催化剂 用于控制反应时间，适应复杂施工条件

2.2 催化剂的作用机制

聚氨酯的合成反应主要包括羟基与异氰酸酯基的加成反应，生成氨基甲酸酯结构。该反应属于亲核加成反应，催化剂通过提供碱性中心或配位作用促进反应进行。例如，叔胺类催化剂通过提供孤对电子激活异氰酸酯基团，从而增强其亲电性，使其更容易与羟基发生反应；而有机锡类催化剂则通过配位作用稳定过渡态，降低反应活化能，提高反应速率。

3. 聚氨酯涂料催化剂的主要类型及特性

3.1 有机锡类催化剂

有机锡类催化剂是最早应用于聚氨酯体系的催化剂之一，具有较高的催化活性，尤其在双组分聚氨酯涂料中表现优异。常见的有机锡催化剂包括二月桂酸二丁基锡（DBTDL）、辛酸亚锡等。这类催化剂在促进羟基与异氰酸酯基反应的同时，还能提高涂膜的硬度和光泽度。然而，由于其含有重金属成分，在环保法规日趋严格的背景下，其使用受到一定限制。

表1 常见有机锡类催化剂及其特性

催化剂名称 化学式 催化效率 适用体系 环保性

二月桂酸二丁基锡（DBTDL） (C4H9)2Sn(OOCC11H23) 高 双组分聚氨酯涂料 中等

辛酸亚锡 Sn(Oct)2 中等 单组分湿气固化体系 中等

3.2 胺类催化剂

胺类催化剂主要分为叔胺类和脂肪族胺类两种。其中，叔胺类催化剂（如三乙胺、DABCO、三亚乙基二胺等）在聚氨酯涂料中广泛应用，它们能够有效促进异氰酸酯与羟基的反应，提高交联密度，使涂层具有更高的耐磨性和耐候性。此外，一些特殊结构的胺类催化剂（如延迟型催化剂）可以延长涂料的适用期，使其更适合于喷涂或辊涂工艺。

表2 常见胺类催化剂及其特性

催化剂名称 化学式 催化效率 适用体系 优点 缺点

三乙胺（TEA） C6H15N 高 单组分体系 快速固化 易引发副反应

DABCO（三亚乙基二胺） C6H12N2 高 双组分体系 提高交联密度 成本较高

N-甲基吗啉 C5H11NO 中等 泡沫体系 成本低 催化效率较低

3.3 环保型催化剂

近年来，随着环保法规的日益严格，环保型催化剂逐渐取代传统含锡催化剂。这类催化剂主要包括基于金属离子（如锌、铋、锆等）的有机配合物，具有较低的毒性，并且能够在保证催化活性的同时满足环保要求。例如，基于锌的催化剂（Zn(Oct)2）和基于铋的催化剂（Bi(Oct)3）已在水性聚氨酯体系中得到成功应用。

表3 常用环保型催化剂及其特性

催化剂名称 化学式 催化效率 适用体系 环保性 成本

Zn(Oct)2 Zn(C8H15O2)2 中等 水性聚氨酯 高 中等

Bi(Oct)3 Bi(C8H15O2)3 高 双组分聚氨酯 高 高

锆基催化剂 Zr(OR)4 高 高温固化体系 高 高

3.4 功能性催化剂

功能性催化剂是指具有特定功能的催化剂，如温度敏感型催化剂、延迟型催化剂等。这类催化剂可根据施工条件调节反应速率，提高涂料的适用性。例如，某些延迟型催化剂可在低温下保持惰性，而在加热时迅速活化，使涂层快速固化，这在粉末涂料和UV固化体系中尤为重要。

表4 功能性催化剂及其应用场景

催化剂类型 应用场景 代表产品 特点

温度敏感型催化剂 粉末涂料、热固性体系 微胶囊封装催化剂 在高温下释放催化活性

延迟型催化剂 喷涂体系、长适用期涂料 脂肪酸盐类催化剂 控制反应速率，提高施工灵活性

4. 聚氨酯涂料催化剂的应用领域

4.1 工业涂料

在工业涂料领域，聚氨酯涂料因其优异的耐候性、耐磨性和耐化学品性而被广泛应用于机械设备、船舶、桥梁等防护涂层。催化剂的选择直接影响涂料的固化速度、流平性以及最终涂层的力学性能。例如，在双组分聚氨酯涂料中，通常采用有机锡类或胺类催化剂以提高交联密度，确保涂层具有良好的耐久性。

4.2 汽车涂料

汽车涂料对涂层的外观、耐候性和抗刮擦性能有较高要求。因此，在汽车面漆和清漆体系中，常采用高性能的催化剂，如DABCO、有机锡类催化剂，以提高涂膜的光泽度和硬度。此外，环保型催化剂（如Bi(Oct)3）也逐渐应用于水性汽车涂料体系，以满足低VOC排放的要求。

4.3 家具涂料

家具涂料要求涂层具有良好的装饰性和耐磨性，同时施工过程中应避免过快固化，以免影响涂膜质量。因此，在家具涂料体系中，常采用延迟型催化剂或复合型催化剂，以平衡反应速率和施工窗口。例如，某些胺类催化剂可延长涂料的适用期，使其更适用于手工刷涂或喷涂工艺。

4.4 电子电器涂料

在电子电器领域，聚氨酯涂料主要用于保护电路板、绝缘层以及外壳涂层。此类涂料需要具备良好的附着力、耐高温性和长期稳定性。因此，在配方设计中，常采用高温固化型催化剂，如锆基催化剂，以确保涂层在高温环境下仍能保持稳定的性能。

5. 国内外研究进展与趋势

5.1 国内研究现状

中国近年来在聚氨酯催化剂领域的研究取得了显著进展。例如，华东理工大学的研究团队开发了多种基于锌和铋的环保型催化剂，并在水性聚氨酯体系中进行了系统测试，结果显示其催化效果接近甚至优于传统的有机锡类催化剂（Li et al., 2020）。此外，清华大学化工系也在探索新型延迟型催化剂，以提高聚氨酯涂料的施工适应性（Wang et al., 2021）。

5.2 国外研究动态

国际上，美国陶氏化学公司（Dow Chemical）和德国巴斯夫（BASF）等企业在聚氨酯催化剂研发方面处于领先地位。例如，陶氏化学推出的“Polycat”系列催化剂已被广泛应用于汽车和工业涂料领域（Dow, 2022）。此外，日本旭化成公司（Asahi Kasei）也在开发基于稀土金属的催化剂，以进一步提升催化剂的活性和环保性能（Asahi Kasei, 2023）。

5.3 发展趋势

未来，聚氨酯涂料催化剂的发展方向主要集中在以下几个方面：

环保化：减少重金属催化剂的使用，推广无毒、可降解的催化剂，如锌、铋、锆类催化剂。

多功能化：开发具有延迟催化、温度响应等功能的催化剂，以适应不同施工条件。

高效化：优化催化剂分子结构，提高催化效率，降低添加量，从而降低成本。

智能化：结合纳米技术和智能材料，开发具有自适应性的催化剂，实现精准调控反应过程。

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新典化学公司简介:

新典化学材料（上海）有限公司（以下简称“新典化学”）是国内领先的聚氨酯催化剂及相关化学品供应商，专注于为聚氨酯催化剂行业提供高效、环保的催化剂解决方案。公司成立于2014年，总部位于上海市宝山区，并在江苏、山东等地设有生产基地，年产能超过1万吨，服务范围覆盖全国及海外市场。

聚氨酯防水涂料催化剂目录:

NT CAT 680 凝胶型催化剂，是一种环保型金属复合催化剂，不含RoHS所限制的多溴联、多溴二醚、铅、汞、镉等、辛基锡、丁基锡、基锡等九类有机锡化合物，适用于聚氨酯皮革、涂料、胶黏剂以及硅橡胶等。

NT CAT C-14 广泛应用于聚氨酯泡沫、弹性体、胶黏剂、密封胶和室温固化有机硅体系；

NT CAT C-15 适用于芳香族异氰酸酯双组份聚氨酯胶黏剂体系，中等催化活性，比A-14活性低；

NT CAT C-16 适用于芳香族异氰酸酯双组份聚氨酯胶黏剂体系，具有延迟作用和一定的耐水解性，组合料储存时间长；

NT CAT C-128 适用于聚氨酯双组份快速固化胶黏剂体系，在该系列催化剂中催化活性强，特别适合用于脂肪族异氰酸酯体系；

NT CAT C-129 适用于芳香族异氰酸酯双组份聚氨酯胶黏剂体系，具有很强的延迟效果，与水的稳定性较强；

NT CAT C-138 适用于芳香族异氰酸酯双组份聚氨酯胶黏剂体系，中等催化活性，良好的流动性和耐水解性；

NT CAT C-154 适用于脂肪族异氰酸酯双组份聚氨酯胶黏剂体系，具有延迟作用；

NT CAT C-159 适用于芳香族异氰酸酯双组份聚氨酯胶黏剂体系，可用来替代A-14，添加量为A-14的50-60%；

NT CAT MB20 凝胶型催化剂，可用于替代软质块状泡沫、高密度软质泡沫、喷涂泡沫、微孔泡沫以及硬质泡沫体系中的锡金属催化剂，活性比有机锡相对较低；

NT CAT T-12 二月桂酸二丁基锡，凝胶型催化剂，适用于聚醚型高密度结构泡沫，还用于聚氨酯涂料、弹性体、胶黏剂、室温固化硅橡胶等；

NT CAT T-125 有机锡类强凝胶催化剂，与其他的二丁基锡催化剂相比，T-125催化剂对氨基甲酸酯反应具有更高的催化活性和选择性，而且改善了水解稳定性，适用于硬质聚氨酯喷涂泡沫、模塑泡沫及CASE应用中。