三乙烯二胺在水性聚氨酯分散体中的催化作用

引子：从“胶”说起

大家都知道，生活中离不开“胶”。无论是你家孩子贴手工作业用的白胶，还是装修时师傅用来粘瓷砖的结构胶，甚至是你手机屏幕和边框之间那层看不见的隐形胶——这些都可能与一种叫做“聚氨酯”的材料有关。

而今天我们要聊的，是这个家族中一个比较特别的成员：水性聚氨酯分散体（Waterborne Polyurethane Dispersions, WPUDs）。它环保、安全、可塑性强，近年来在涂料、胶黏剂、纺织涂层等领域大放异彩。不过，要让这东西真正“活起来”，还得靠一位幕后英雄——三乙烯二胺，英文名TEDA（Triethylenediamine），化学式C6H12N2。

别看它名字拗口，其实它是个挺有意思的“催化剂”，就像厨房里的调味料，虽然用量不多，但少了它，味道就差那么一点。

一、先来认识一下这位“老朋友”

1.1 化学身份

三乙烯二胺，听起来像是个复杂的家伙，其实它的结构并不复杂。它是一种双环叔胺类化合物，常温下为白色晶体或粉末，有轻微的氨味。它的分子量为112.17 g/mol，熔点45~47℃，沸点约174℃，易溶于水和，不溶于非极性溶剂。

1.2 应用领域

TEDA广泛应用于聚氨酯合成中，尤其是在发泡反应中作为促进异氰酸酯与多元醇反应的催化剂。在水性体系中，它更是扮演着至关重要的角色，尤其适用于室温固化的系统。

二、水性聚氨酯分散体：环保新宠儿

水性聚氨酯分散体，顾名思义，就是把聚氨酯树脂分散在水中形成的乳液。相比传统的溶剂型聚氨酯，它不含VOC（挥发性有机物），对环境友好，使用更安全，因此在环保法规日益严格的今天，成为行业发展的主流方向。

不过，水性体系也有它的“脾气”：

• 反应活性低：水的存在会抑制异氰酸酯基团的反应；
• 固化速度慢：特别是在低温环境下，成膜困难；
• 性能不稳定：储存期短，容易分层或凝结。

这就需要我们引入合适的催化剂来“调教”它。

三、TEDA上场：催化剂界的“快枪手”

在聚氨酯反应中，异氰酸酯（—NCO）和羟基（—OH）之间的反应是核心反应之一。这个反应的速度决定了整个聚合过程的效率和终产品的性能。

TEDA正是这个反应的“加速器”。

3.1 催化机制简述

TEDA作为一种碱性催化剂，能够有效激活羟基氢原子，从而加快其与异氰酸酯基团的亲核加成反应。简单来说，它就像是给反应装上了“涡轮增压器”。

在水性体系中，由于水的存在会消耗部分—NCO基团生成二氧化碳和脲键，导致反应效率下降。这时候加入TEDA，就能显著提高反应速率，缩短固化时间，提升终产品的机械性能和耐化学品性。

3.2 TEDA的优势

3.3 使用建议

TEDA通常以固体形式添加，在使用前需预先溶解于水或共溶剂中。推荐添加量一般为0.1%~0.5%（按总固含量计），具体用量需根据配方调整。

四、实际应用案例：从实验室到工厂

4.1 案例一：水性木器漆

某知名涂料企业开发了一款用于室内家具涂装的水性木器漆。原配方在冬季施工时固化缓慢，影响生产进度。

解决方案：加入0.3% TEDA后，固化时间由原来的7天缩短至3天，硬度提升明显，打磨性能也有所改善。

4.2 案例二：纺织涂层

某纺织厂在使用水性聚氨酯进行织物涂层时，发现成品手感偏硬、弹性不足。

4.2 案例二：纺织涂层

某纺织厂在使用水性聚氨酯进行织物涂层时，发现成品手感偏硬、弹性不足。

改进措施：在预聚体阶段加入适量TEDA，调节交联密度，使涂层更柔软且保持良好耐磨性。

五、TEDA的“兄弟姐妹们”：催化剂家族一览

虽然TEDA表现优异，但在某些特殊场合，也会搭配或替换其他催化剂使用。比如：

每种催化剂都有自己的“性格”，有的暴躁（反应太快），有的温柔（反应太慢），有的“洁癖”（怕水），选对了才能发挥佳效果。

六、常见问题答疑

Q：TEDA会不会影响储存稳定性？

A：合理用量下不会造成太大影响，但过量可能导致提前反应，缩短储存期。建议现配现用或加入稳定剂如阻聚剂。

Q：TEDA能不能替代金属催化剂？

A：在某些要求不高或环保标准高的场景可以替代，但在高温快速固化体系中，仍需配合使用金属类催化剂。

Q：TEDA对人体有害吗？

A：有一定刺激性，操作时需戴手套和口罩，避免吸入粉尘。总体毒性较低，属于工业安全可控范围。

七、未来展望：绿色催化新趋势

随着环保政策的不断收紧，水性聚氨酯的发展前景广阔。而作为其关键助剂的TEDA，也在不断优化升级。未来的趋势包括：

• 复合型催化剂：将TEDA与其他高效助剂复配，实现协同效应；
• 延迟型催化剂：通过微胶囊技术控制释放速度，延长适用期；
• 生物基催化剂：探索植物来源的新型胺类催化剂，进一步降低碳足迹。

结语：催化剂虽小，作用不小

三乙烯二胺，这个看似不起眼的小分子，在水性聚氨酯的世界里却扮演着举足轻重的角色。它不仅提升了反应效率，还帮助我们在追求高性能的同时兼顾环保责任。

正如烹饪中的一勺盐，少则无味，多则咸涩，恰到好处才是王道。TEDA的妙处，正在于它能在恰当的时机推动反应，又不至于喧宾夺主。

后，附上一些国内外权威文献供有兴趣的朋友参考：

参考文献

国内文献：

1. 李志刚, 王伟. 水性聚氨酯合成与应用[M]. 北京: 化学工业出版社, 2018.
2. 张丽华, 刘晓峰. 三乙烯二胺在水性聚氨酯中的催化行为研究[J]. 高分子材料科学与工程, 2020, 36(4): 78-82.
3. 陈志强. 环保型水性聚氨酯催化剂的研究进展[J]. 精细化工, 2021, 38(2): 210-215.

国外文献：

1. G. Oertel (Ed.). Polyurethane Handbook, 2nd ed., Hanser Publishers, Munich, 1993.
2. J. H. Saunders, K. C. Frisch. Chemistry of Polyurethanes, Part I & II, CRC Press, 1962.
3. M. Szycher. Szycher’s Handbook of Polyurethanes, 2nd ed., CRC Press, 2017.
4. R. A. Pearson, L. Mascia. "Catalysis in polyurethane synthesis", Progress in Polymer Science, 1992, 17(1): 1–54.
5. Y. Liu, et al. “Effect of tertiary amine catalysts on the properties of waterborne polyurethanes”, Journal of Applied Polymer Science, 2019, 136(12): 47312.

如果你觉得这篇文章对你有用，不妨把它收藏起来，下次遇到配方调试的问题时翻出来看看。毕竟，催化剂虽小，学问却不小。

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公司其它产品展示:

• NT CAT T-12 适用于室温固化有机硅体系，快速固化。

• NT CAT UL1 适用于有机硅体系和硅烷改性聚合物体系，中等催化活性，活性略低于T-12。

• NT CAT UL22 适用于有机硅体系和硅烷改性聚合物体系，活性比T-12高，优异的耐水解性能。

• NT CAT UL28 适用于有机硅体系和硅烷改性聚合物体系，该系列催化剂中活性高，常用于替代T-12。

• NT CAT UL30 适用于有机硅体系和硅烷改性聚合物体系，中等催化活性。

• NT CAT UL50 适用于有机硅体系和硅烷改性聚合物体系，中等催化活性。

• NT CAT UL54 适用于有机硅体系和硅烷改性聚合物体系，中等催化活性，耐水解性良好。

• NT CAT SI220 适用于有机硅体系和硅烷改性聚合物体系，特别推荐用于MS胶，活性比T-12高。

• NT CAT MB20 适用有机铋类催化剂，可用于有机硅体系和硅烷改性聚合物体系，活性较低，满足各类环保法规要求。

• NT CAT DBU 适用有机胺类催化剂，可用于室温硫化硅橡胶，满足各类环保法规要求。