Катализаторы играют важную роль в производстве пенополиуретана, поскольку они не только увеличивают скорость реакции и контролируют время гелеобразования, но также помогают сбалансировать побочные реакции.
В производстве полиуретана используется несколько типов катализаторов: аминные, металлические и оловоорганические .
Аминные катализаторы
Аминные катализаторы получают из аммиака (NH3) путем замены атома водорода алкильной группой. Их каталитическая активность определяется как структурой, так и основностью: увеличение стерического затруднения атома азота приводит к снижению активности и увеличению основности, увеличивая активность. Третичные амины преимущественно используются в производстве ППУ, поскольку они способствуют образованию уретана, а также способствуют реакции воды и изоцианата, приводящей к образованию газа CO2.
Аминные катализаторы обычно используются в производстве ППУ делятся на следующие категории:
- Алифатические, такие как: БДМА, ДМЦГА, триэтиламин, ТЭДА и т.д.
- Алициклические аминные катализаторы включают твердый амин, алкилпроизводные морфолина.
- Алканоламины катализаторы на основе спиртовых соединений включают ТЭА, ДМЭА и т.п.
- Ароматические амины включают пиридин, N,N'-лутидин и т.п.
- Диазабициклооктан (ДАБКО)— широко используемый катализатор на основе третичных аминов. Показано, что третичные амины более эффективно катализируют реакции ароматических изоцианатов, чем реакции алифатических изоцианатов. Проблемы с аминными катализаторами могут включать чувствительность к свету и влаге.
При производстве полиольного компонента пенополиуретана, содержание аминных катализаторов в составе составляет 0,1-5 %.
Металлоорганические катализаторы
В рецептурах полиуретановых эластомеров и клеев, покрытий, герметиков, водонепроницаемых покрытий, материалов для дорожного покрытия, чаще всего используются металлоорганические катализаторы, такие как дилаурат дибутилолова (ДБТДЛ), которые способствуют реакции между -NCO и -OH группами. Обладают ускоренным действием отверждения 1К ПУ-систем.
Там, где это применимо, комбинации оловоорганических катализаторов и третичных аминов демонстрируют синергетические характеристики. Для двухкомпонентных ПУ-систем предпочтительно использовать катализатор, который может обеспечить быстрое время высыхания отлитых пленок, но обеспечивает хорошую жизнеспособность в условиях окружающей среды.
Катализатор должен оставаться активным, поскольку катализируемый компонент стареет в течение длительного периода времени, и оказывать минимальное влияние на свойства устойчивости. Также катализатор должен быть экологически приемлемым.
Ртутные катализаторы
Ртутные катализаторы, такие как ацетат фенилртути, пропионат и неодеканоат, очень эффективны для реакции образования уретана и, как правило, приводят к длительному сроку годности в сочетании с быстрым постотверждением. Однако, несмотря на свои превосходные характеристики, ртутные катализаторы менее распространены из-за высокой токсичности.
Висмут, может имитировать характеристики ДБТДЛ и в некоторых случаях обеспечивает более короткую жизнеспособность, чем оловоорганические соединения. Однако висмут обычно требует более высоких дозировок, чем оловоорганические соединения, и он чувствителен к гидролизу; даже низкий уровень влажности может оказать пагубное влияние на активность.
С другой стороны, цинк приводит к увеличению срока годности и хорошему отверждению и особенно полезен при отверждении при повышенных температурах (>60 °C).
Другие катализаторы
В некоторых случаях используются и другие катализаторы, такие как комплексы алюминия, титана и циркония, хотя они не получили широкого распространения, поскольку имеют более низкую активность и могут требовать гораздо более высоких дозировок. Они также могут быть более селективными по отношению к первичным спиртам в смеси полиолов, что приводит к получению более плохого и хрупкого полиуретанового материала.
