催化剂对聚氨酯泡沫填缝剂性能的影响

1 引言

单组分聚氨酯泡沫填缝剂（OCF）是一种将黑料和组合聚醚罐装在气雾罐中，在罐内形成聚氨酯预聚体，通过不同类型的喷管借助抛射剂排出，并与水反应生成聚氨酯泡沫，达到密封、粘接、填补的效果。

我国人口基数大，住房需求不断增加，审美水平和房屋装修品质逐渐提升。因此 OCF 凭借施工便捷性在建筑密封领域，尤其是门窗、入户门的安装、墙体板材修补等方面被广泛应用[1]，但目前市场上大多数产品在施工过程中存在固化速度慢、强度低等问题，严重降低施工效率。

聚氨酯泡沫的固化过程主要通过罐内聚氨酯预聚体含有的大量异氰酸根（-NCO）与空气中的水（H2O）反应，该反应会受到聚醚多元醇、催化剂、匀泡剂等的用量影响。其中催化剂能够显著影响固化速率，加快固化过程，从而缩短表干时间。但是过量添加催化剂可能会导致泡沫交联密度增加，进而降低力学性能[2]。

因此，本文研究以二吗啉基二乙基醚（DMDEE）[3，4]为催化剂，研究不同用量的催化剂对单组分聚氨酯泡沫填缝剂固化速率和力学性能的影响，为未来研究更高性能的单组分聚氨酯泡沫填缝剂提供理论依据。

2 实验

2.1 原料与设备

原料：聚醚多元醇 TMN-450（羟值 450±10mgKOH/g ，天津三石化）；聚醚多元醇 TDIOL-1000（羟值 112±3mgKOHg ，天津三石化）；多亚甲基多苯基异氰酸酯（PAPI，山东万华）；阻燃剂（山东荣威）；催化剂（北京油化精细）；稳泡剂（昊天化工）；抛射剂二甲醚（南京和田）；丙丁烷（宿州凌斯）。

设备：气雾罐（爆破压力 >1.8MPa ）；分散机；恒温干燥箱；秒表；刻度尺；万能拉力试验机；电子天平；摇床。

2.2 样品制备

1.组合聚醚制备：

环境温度在 23±2^∘C ，相对湿度 50± 5%时，将聚醚多元醇 TMN-450 与聚醚多元醇 TDIOL-1000放入烧杯中，再加入阻燃剂，稳泡剂及不同用量的催化剂，用分散机搅拌至溶液均匀。

2.单组分聚氨酯泡沫填缝剂的制备：

利用灌装机在气雾罐中依次添加组合聚醚、多亚甲基多苯基异氰酸酯、二甲醚、丙丁烷，在摇床上摇晃 5min，使料液充分混合，在 50℃恒温干燥箱中放置 48h

2.3 性能测试

2.3.1 表干时间

按照标准 GB/T 13477.5—2002 中第 5 部分——表干时间的测定，所述方法进行测试。

2.3.2 拉伸接强度

按标准 JC 936-2004 6.3.3 中规定进行。

2.3.3 剪切强度

按标准 JC 936-2004 6 规定进行

2.3.4 尺寸稳定性[5]

按 GB/T 8811-2008 规定进行

3.结果与讨论

表 1 不同用量的催化剂对发泡胶固化时间和力学性能的影响

如表 1 所示，随着催化剂用量不断增加，聚氨酯泡沫的表干时间不断缩短，当催化剂用量从 3.5%增加到 4.5%时，表干时间没有明显变化。

这些数据表明，催化剂对单组分聚氨酯泡沫的固化反应有显著的促进效果。这是因为 DMDEE 不仅可以催化聚氨酯预聚体中的端-NCO 与-OH 的反应，同时也对-NCO 与 H2O 的反应有促进作用。当DMDEE 增加到一定量时，由于泡沫表面的聚氨酯预聚体中的-NCO 与空气中的 H2O 完全反应，不会因催化剂用量的增加而变化。

当 DMDEE 用量从 0.5% 增加到 2.5%HJ ，拉伸粘接强度由 53kPa 提高到 128 kPa；剪切强度由 86 kPa 提高到 156kPa 。这是由于 DMDEE 用量在 时，催化剂通过加速-NCO 基团与 H₂O 的反应，使得聚醚多元醇与 PAPI 的反应速率提高，罐内聚氨酯预聚体增加，同时增加预聚体的交联密度，从而增强分子链间的相互作用力，拉伸粘接强度和剪切强度也得到显著提升。然而，当 DMDEE 用量在 时，拉伸粘接强度在 92-116 kPa 范围内，剪切强度在 114-146kPa 范围内。这是因为过量催化剂导致反应速率过快，泡沫内部交联密度过大，导致泡沫脆性增加、微缺陷增多，最终使泡沫的强度明显降低[6]。同时，由于反应速率加快，罐内预聚体的黏度增大。导致保质期以及最终的打胶效果都大大降低。

4.结论与展望

综上所述，OCF 在有机胺催化剂 DMDEE 的用量在 1.5-3.5%时，其综合性能达到最佳。表干时间为 5-7min，所需时间大大降低，拉伸粘接强度在 98-128kPa 范围内，剪切强度在 126-156 kPa 范围内。当催化剂用量大于 3.5% 时，因为催化剂过量导致反应速率过快，交联密度过大，泡沫脆性增加、微缺陷增多，最终使泡沫的强度明显降低；当催化剂用量小于 1.5%时，由于固化速度缓慢，导致强度偏低。

本文只用了单一的催化剂，对于 OCF 的固化速率和力学性能的影响较为单一。可以在此基础上，研究多种催化剂复合使用，可能会更好的提高 OCF 的各项性能，甚至降低温度、湿度对 OCF 的使用限制，使其可以在低温、高湿度等环境下使用；当今社会对环保的要求不断提高，在使用胺类催化剂时不可避免的会产生一些气味，因此，更加绿色、环保、毒性更加低的催化剂研究具有广阔的发展前景。不仅减少对环境和人员健康的影响，也扩宽了聚氨酯泡沫填缝剂的应用范围。

参考文献

1]王伟，于剑昆，刘继纯.单组分聚氨酯泡沫填缝剂研究进展[J].聚氨酯工业，2009，24（06）：1-4.

[2]王伟.速干型单组分聚氨酯泡沫填缝剂的研制与性能研究[J].上海化工，2022，47（02）：27-30.

[3]刘凯，杨兰，黄金龙，等.Zn 和柠檬酸共改性铜基催化剂的制备及催化连续合成双吗啉基二乙基醚性能[J/OL].精细化工，1-11[2025-08-19].

[4]柯达，李珍名，张超，等.2，2-二吗啉基二乙基醚合成工艺的研究进展[J].聚氨酯工业，2021，36（05）：5-8.

[5]丁苏华，段林丽.单组分聚氨酯泡沫填缝剂的性能及测试方法研究［J］.新型建筑材料，2003（10），1-4.

[6]魏徵，王源升，王方超，等.催化剂和匀泡剂对聚氨酯软质泡沫泡孔结构的影响[J].高分子材料科学与工程，2016，32（04）：86-89.

作者简介：刘孝飞（2003.8），男，汉族，陕西榆林人，广东三和控股有限公司，研究方向：聚氨酯发泡胶。