新典化学产品创新：聚氨酯金属催化剂 MB20

一、引言

在化工材料领域，聚氨酯（Polyurethane, PU）因其优异的物理性能、耐化学品性和可加工性而广泛应用于建筑、汽车、家具、电子等多个行业。聚氨酯的合成过程依赖于高效的催化体系，其中金属催化剂扮演着至关重要的角色。近年来，随着环保法规日益严格和绿色制造理念的推广，开发高效、低毒、可替代传统有机锡类催化剂的新一代金属催化剂成为研究热点。

新典化学作为国内领先的精细化学品制造商，在聚氨酯催化剂领域持续进行技术创新与产品研发。其最新推出的MB20聚氨酯金属催化剂，是一款基于有机铋化合物的新型非锡类催化剂，具有反应活性高、选择性强、环保安全等优势，适用于多种聚氨酯发泡工艺及弹性体系统。本文将围绕MB20的化学结构、物化参数、催化机理、应用性能以及与其他主流催化剂的对比等方面展开深入探讨，并结合国内外相关研究成果对其技术前景进行分析。

二、MB20 聚氨酯金属催化剂的基本信息

1. 化学组成与结构

MB20是一种有机铋（Bismuth）配合物型催化剂，主要成分为辛酸铋（Bismuth Neodecanoate）。其分子式为Bi(C??H??O?)?，外观为淡黄色至棕色透明液体，具有良好的热稳定性和储存稳定性。

表1：MB20 主要化学成分及结构特征

项目 内容

中文名称 辛酸铋

英文名称 Bismuth Neodecanoate

分子式 Bi(C??H??O?)?

分子量 约794 g/mol

外观 淡黄色至棕色透明液体

溶解性 可溶于常见有机溶剂如甲苯、丙酮、DMF等

熔点 < -20°C（液态）

密度（25°C） 1.35-1.40 g/cm3

2. 物理化学参数

MB20的物理化学性质决定了其在聚氨酯体系中的适用性与稳定性。以下为其典型物化参数：

表2：MB20 的物理化学参数

参数 数值范围 测试方法

固含量 ≥85% ASTM D2572

粘度（25°C） 100–300 mPa·s Brookfield粘度计

pH 值（1%溶液） 5.0–7.0 pH计测定

闪点 >100°C ASTM D92

热稳定性 ≤200°C TGA测试

储存稳定性（密封避光） ≥12个月 ISO 15190

三、催化机理与反应特性

1. 聚氨酯反应基础

聚氨酯是由多元醇（Polyol）与多异氰酸酯（Polyisocyanate）通过逐步加成聚合反应形成的高分子材料。其核心反应包括：

氨基甲酸酯反应：R–NCO + R’–OH → R–NH–CO–O–R’

脲基甲酸酯反应：R–NCO + R’–NH? → R–NH–CO–NH–R’

交联反应：形成三维网络结构，提高材料强度与耐久性

这些反应通常需要催化剂加速，尤其是在低温或低反应活性体系中。

2. MB20 的催化作用机制

MB20作为有机铋催化剂，其催化机制主要基于其金属中心对异氰酸酯基团（–NCO）的配位活化作用。铋离子（Bi3?）能够与–NCO发生配位，降低其反应能垒，从而加快与羟基（–OH）的反应速率。此外，由于铋属于重金属元素但毒性较低，相较于传统的有机锡类催化剂（如T-9、T-12），MB20具有更高的生物安全性与环境友好性。

图1：MB20催化异氰酸酯与羟基反应示意图（略）

四、MB20 的应用性能

1. 在软质泡沫中的应用

软质聚氨酯泡沫广泛用于床垫、沙发、汽车座椅等领域。在该体系中，MB20表现出良好的催化活性和发泡均匀性。与传统锡系催化剂相比，其优势体现在：

更快的起发时间（Free Rise Time）

更高的泡沫密度控制精度

减少气泡粗大现象，提升手感与回弹性

表3：MB20 与传统锡系催化剂在软泡中的性能对比

性能指标 MB20 T-9（有机锡） T-12（有机锡）

起发时间（秒） 65–75 70–85 60–70

拉伸强度（kPa） 120–140 110–130 115–135

断裂伸长率（%） 180–200 170–190 175–195

气泡均匀性（目视评分） ★★★★☆ ★★★☆☆ ★★★★☆

VOC排放（mg/m3） <5 >10 >12

注：数据来源于新典化学内部实验数据。

2. 在硬质泡沫中的应用

硬质聚氨酯泡沫主要用于保温材料、冰箱外壳、建筑外墙板等场合。MB20在该体系中同样展现出优异的催化效率，特别是在闭孔率和压缩强度方面表现突出。

表4：MB20 在硬泡体系中的性能表现

项目 数值

闭孔率 ≥90%

压缩强度（kPa） ≥250

导热系数（W/m·K） ≤0.023

尺寸稳定性（70°C×24h） <1.5%

3. 在聚氨酯弹性体中的应用

聚氨酯弹性体广泛用于辊筒、输送带、轮胎等工业制品。MB20在此类体系中可有效调控凝胶时间和脱模时间，提升制品的机械性能与表面光洁度。

五、MB20 与其他主流催化剂的比较

1. 与有机锡类催化剂的比较

有机锡类催化剂（如T-9、T-12）曾是聚氨酯行业的标准催化剂，但由于其潜在的生态毒性问题，已被欧盟REACH法规列为高度关注物质（SVHC）。相比之下，MB20作为非锡类催化剂，具有显著的环保优势。

表5：MB20 与有机锡催化剂的环保与性能对比

项目 MB20 T-9 T-12

毒性（LD50） 高（>2000 mg/kg） 中等 中等

生物降解性 易降解 不易降解 不易降解

REACH注册状态 已注册 SVHC候选 SVHC候选

成本（元/吨） ￥180,000 ￥150,000 ￥160,000

催化效率（相对值） 1.2 1.0 1.1

2. 与胺类催化剂的比较

胺类催化剂（如A-33、TEDA）常用于促进聚氨酯发泡反应，但其存在气味重、挥发性高、后期黄变等问题。MB20则无明显气味，且不引发后期颜色变化，适用于对气味敏感的产品。

六、国内外研究进展与文献引用

1. 国内研究现状

中国在聚氨酯催化剂领域的研究起步较晚，但近年来发展迅速。根据《中国聚氨酯工业协会》发布的《聚氨酯行业发展白皮书（2023年）》，我国聚氨酯催化剂市场规模已超过50亿元人民币，其中环保型催化剂占比逐年上升。

清华大学材料学院李志勇教授团队在《高分子材料科学与工程》期刊上发表的研究指出：“有机铋催化剂在保持良好催化活性的同时，显著降低了重金属污染风险，是未来聚氨酯催化剂的重要发展方向。”[1]

2. 国际研究动态

国际上，美国陶氏化学（Dow）、德国巴斯夫（BASF）等企业早已布局非锡类催化剂的研发。例如，Dow公司开发的Polycat®系列催化剂中部分型号即采用有机铋体系。

据美国化学会（ACS）旗下期刊《Industrial & Engineering Chemistry Research》报道，有机铋催化剂在水发泡体系中表现出比有机锌催化剂更高的活性和稳定性 [2]。

英国皇家化学学会（RSC）在其出版的《Green Chemistry》期刊中也指出，铋基催化剂有望替代锡类催化剂用于食品包装、医疗器械等对健康要求极高的领域 [3]。

七、MB20 的市场定位与前景展望

1. 市场需求分析

随着全球对环保与可持续发展的重视不断加深，聚氨酯行业正加速淘汰有毒有害催化剂。MB20凭借其优异的环保性能与催化效率，已在多个细分市场获得认可，尤其受到出口型企业青睐。

2. 技术发展趋势

未来，MB20及其后续系列产品有望向以下几个方向发展：

复合型催化剂：与胺类、有机锌等协同使用，构建多功能催化体系；

水性体系适配：拓展在水性聚氨酯中的应用；

纳米级催化剂：提高催化效率并减少添加量；

智能化配方管理：结合AI算法优化催化剂量与工艺参数匹配。

新典化学其它产品展示：

DABCO8154 酸封闭的TEDA催化剂，延迟反应凝胶催化剂，可改善泡沫流动性；适用于软泡和硬泡；

DABCO晶体 强凝胶催化剂，三乙烯二胺（TEDA）；

DABCO33-LV 多用途凝胶催化剂，33%Dabco固体+67%二丙二醇（DPG）；

DABCODC-2 复合胺，很强活性的延迟凝胶催化剂，用于喷涂硬泡；

DABCOMB20 弱凝胶催化剂，适用于软质块状泡沫、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；

DABCONMM N-甲基吗啉，中等强度凝胶催化剂，适用于聚酯型聚氨酯软块泡；

DABCONEM N-乙基吗啉，中等强度凝胶催化剂，适用于聚酯型聚氨酯软块泡；

DABCOS-25 凝胶催化剂，25%TEDA+75%BDO；

DABCOT-12 T-12 二月桂酸二丁基锡，凝胶催化剂，适用于涂料或PU树脂；

Polycat77 双（二甲氨丙基）甲胺，凝胶剂发泡平衡性催化剂，制开孔泡沫，增强模塑泡沫回弹性，用于软泡和硬泡；

PolycatDBU 强凝胶催化剂，低气味，适用于整皮泡沫、微孔弹性体、硬泡等；

PolycatSA-102 强凝胶催化剂，复合催化剂，适用于整皮泡沫、微孔弹性体、硬泡等；

JeffcatZR-50 双（二甲氨基丙基）异丙醇胺，反应性凝胶催化剂，低散发性，适用于聚醚型聚氨酯软泡催化剂、微孔弹性体、RIM聚氨酯、硬泡等；

JeffcatDMP 二甲基哌嗪，聚氨酯发泡/凝胶平衡性催化剂，适用于聚氨酯软泡、硬泡、涂料和胶黏剂等；

PCCAT NP10 N-（二甲氨丙基）而异丙醇胺，反应性凝胶催化剂，低散发性，适用于聚醚型聚氨酯软泡、微孔弹性体、RIM聚氨酯、硬泡等；