ZF-20 雙-(2-二甲氨基乙基)醚在泡沫材料中的應(yīng)用研究：回彈性與壓縮永久變形的雙重影響

引言：從沙發(fā)到運(yùn)動(dòng)鞋，泡沫無(wú)處不在

你有沒(méi)有想過(guò)，為什么坐在沙發(fā)上會(huì)感覺(jué)那么舒服？或者穿新跑鞋時(shí)腳底仿佛踩著云朵？答案很簡(jiǎn)單——泡沫。這種看似不起眼的材料，在現(xiàn)代生活中扮演著極其重要的角色。從汽車(chē)座椅、床墊到緩沖包裝，再到運(yùn)動(dòng)護(hù)具和鞋底，泡沫材料幾乎滲透到了我們生活的方方面面。

而在眾多泡沫材料中，聚氨酯泡沫無(wú)疑是耀眼的“明星”之一。它輕盈、柔軟、富有彈性，還能根據(jù)不同需求進(jìn)行調(diào)整。然而，要讓泡沫既彈得起來(lái)又壓不垮，那就需要一些“魔法添加劑”的幫忙了。

今天我們要聊的，就是這個(gè)“魔法師”之一：ZF-220（雙-(2-二甲氨基乙基)醚），一種常用于聚氨酯發(fā)泡過(guò)程中的催化劑。特別是它對(duì)泡沫的兩個(gè)關(guān)鍵性能指標(biāo)——回彈性與壓縮永久變形的影響，值得我們深入探討。

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一、什么是 ZF-20？它的基本參數(shù)有哪些？

ZF-20 的化學(xué)名稱(chēng)是 雙-(2-二甲氨基乙基)醚，英文名 Bis(2-dimethylaminoethyl) ether，簡(jiǎn)稱(chēng) BDMAEE。它是一種無(wú)色至淡黃色透明液體，具有胺類(lèi)化合物的氣味，屬于叔胺類(lèi)催化劑，廣泛應(yīng)用于聚氨酯軟泡、高回彈泡沫及模塑泡沫的生產(chǎn)中。

表1：ZF-20的主要物理化學(xué)參數(shù)

參數(shù)項(xiàng)	數(shù)值或描述
化學(xué)名稱(chēng)	雙-(2-二甲氨基乙基)醚
分子式	C8H20N2O
分子量	約 160.25 g/mol
外觀(guān)	無(wú)色至淡黃色透明液體
沸點(diǎn)	約 235°C
密度（20°C）	0.94–0.97 g/cm3
pH 值（1%水溶液）	約 11.5
溶解性	易溶于水、醇類(lèi)、酮類(lèi)等極性溶劑
氣味	胺類(lèi)刺激性氣味
存儲(chǔ)條件	避光、密封、陰涼干燥處保存

作為聚氨酯發(fā)泡反應(yīng)中的重要催化劑，ZF-20 主要起到促進(jìn)異氰酸酯與多元醇之間的反應(yīng)的作用。特別是在水發(fā)泡體系中，它可以有效加快發(fā)泡速度，提升泡沫結(jié)構(gòu)的均勻性和穩(wěn)定性。

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二、回彈性：泡沫的“跳躍力”

說(shuō)到回彈性，我們可以想象一個(gè)場(chǎng)景：當(dāng)你坐在沙發(fā)上，起身之后，坐墊迅速恢復(fù)原狀；或者你在跳床上蹦跳，每次落地后都能被彈起來(lái)。這就是回彈性在發(fā)揮作用。

1. 回彈性的定義

回彈性是指泡沫材料在受到外力壓縮后，能夠恢復(fù)原來(lái)形狀的能力。通常用百分比表示，數(shù)值越高，說(shuō)明泡沫越“有勁兒”。

2. ZF-20 對(duì)回彈性的影響機(jī)制

ZF-20 在聚氨酯發(fā)泡過(guò)程中，通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)速率和泡孔結(jié)構(gòu)來(lái)影響回彈性。具體來(lái)說(shuō)：

• 催化效率高：ZF-20 是一種強(qiáng)效的發(fā)泡催化劑，能顯著加快異氰酸酯與水之間的反應(yīng)，生成二氧化碳?xì)怏w，從而形成均勻細(xì)密的泡孔結(jié)構(gòu)。
• 泡孔結(jié)構(gòu)優(yōu)化：更均勻的泡孔意味著更好的應(yīng)力分布能力，也就意味著更高的回彈性。
• 交聯(lián)度調(diào)控：適當(dāng)添加 ZF-20 還能提高泡沫的交聯(lián)密度，使泡沫骨架更結(jié)實(shí)，有助于提升其反彈性能。

3. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

為了更直觀(guān)地展示 ZF-20 對(duì)回彈性的影響，我們來(lái)做一組簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)對(duì)比。

表2：不同 ZF-20 添加量對(duì)泡沫回彈性的影響（以軟質(zhì)聚氨酯泡沫為例）

ZF-20 添加量（phr）	回彈性（%）
0.0	42
0.2	53
0.4	61
0.6	64
0.8	63
1.0	61

從表中可以看出，隨著 ZF-20 添加量的增加，回彈性先上升后下降。這說(shuō)明并不是加得越多越好，存在一個(gè)佳用量區(qū)間，一般控制在 0.4~0.6 phr（每百份多元醇的添加量）之間為理想。

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三、壓縮永久變形：泡沫的“抗壓能力”

如果說(shuō)回彈性是泡沫的“活力”，那么壓縮永久變形則是它的“耐力”。畢竟，再好的沙發(fā)也不能只看它彈得多高，還得看它能不能經(jīng)得起長(zhǎng)期使用不變形。

1. 壓縮永久變形的定義

壓縮永久變形是指泡沫材料在一定溫度和壓力下長(zhǎng)時(shí)間受壓后，不能恢復(fù)原有形狀的程度，通常以百分比表示。數(shù)值越低，說(shuō)明泡沫的抗壓性能越好。

2. ZF-20 對(duì)壓縮永久變形的影響機(jī)制

雖然 ZF-20 是一種發(fā)泡催化劑，但它對(duì)泡沫的壓縮永久變形也有一定的影響：

2. ZF-20 對(duì)壓縮永久變形的影響機(jī)制

雖然 ZF-20 是一種發(fā)泡催化劑，但它對(duì)泡沫的壓縮永久變形也有一定的影響：

• 加速凝膠反應(yīng)：ZF-20 不僅催化發(fā)泡反應(yīng)，還對(duì)凝膠反應(yīng)有一定促進(jìn)作用。這使得泡沫在成型過(guò)程中形成更加致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而提高其抗壓能力。
• 泡孔壁強(qiáng)度提升：泡孔結(jié)構(gòu)的優(yōu)化也帶來(lái)了泡孔壁的增強(qiáng)，減少了在長(zhǎng)期壓縮下的塌陷風(fēng)險(xiǎn)。
• 熱穩(wěn)定性改善：適當(dāng)?shù)?ZF-20 添加可以提高泡沫的熱穩(wěn)定性，減少高溫環(huán)境下因分子鏈斷裂而導(dǎo)致的永久變形。

3. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

同樣地，我們來(lái)看一下不同 ZF-20 添加量對(duì)壓縮永久變形的影響。

表3：不同 ZF-20 添加量對(duì)泡沫壓縮永久變形的影響（70°C，24h）

ZF-20 添加量（phr）	壓縮永久變形（%）
0.0	12.5
0.2	10.2
0.4	8.1
0.6	7.3
0.8	7.8
1.0	8.5

可以看到，壓縮永久變形在 ZF-20 添加量為 0.6 phr 時(shí)達(dá)到低值，隨后略有回升。這也說(shuō)明，適量添加 ZF-20 可以顯著降低泡沫的壓縮永久變形，但過(guò)量則可能引起其他不良效應(yīng)，如泡孔破裂或結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。

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四、如何找到 ZF-20 的“黃金比例”？

正如前面所說(shuō)，ZF-20 并不是“多多益善”，而是一個(gè)講究平衡的過(guò)程。我們可以把 ZF-20 的作用理解成“火候掌握者”——少了，泡沫不夠彈；多了，泡沫反而容易變脆或塌陷。

表4：不同應(yīng)用場(chǎng)景下推薦的 ZF-20 添加范圍

應(yīng)用領(lǐng)域	推薦添加量（phr）	特點(diǎn)說(shuō)明
家具軟泡	0.4 – 0.6	注重舒適性和回彈性
汽車(chē)座墊	0.5 – 0.7	兼顧回彈與抗疲勞性能
高回彈泡沫	0.6 – 0.8	強(qiáng)調(diào)瞬間恢復(fù)能力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性
緩沖包裝材料	0.3 – 0.5	側(cè)重壓縮永久變形控制，防止長(zhǎng)期壓壞

此外，實(shí)際配方中還需結(jié)合其他助劑如表面活性劑、阻燃劑、開(kāi)孔劑等綜合考慮，才能真正發(fā)揮 ZF-20 的大效能。

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五、ZF-20 的優(yōu)勢(shì)與局限性

任何添加劑都不是萬(wàn)能的，ZF-20 同樣如此。它雖好，但也有一些需要注意的地方。

表5：ZF-20 的優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)

優(yōu)點(diǎn)	缺點(diǎn)
催化效率高，發(fā)泡速度快	添加過(guò)量易導(dǎo)致泡孔破裂
提升回彈性與壓縮永久變形性能	對(duì)濕度敏感，需注意存儲(chǔ)條件
改善泡孔結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)泡沫整體性能	成本相對(duì)較高
適用于多種類(lèi)型的聚氨酯泡沫	使用不當(dāng)可能導(dǎo)致泡沫黃變或氣味殘留

因此，在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體工藝條件和產(chǎn)品要求，合理選擇 ZF-20 的用量，并做好與其他組分的匹配工作。

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六、未來(lái)展望：綠色催化，環(huán)保前行

隨著環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格，傳統(tǒng)胺類(lèi)催化劑的應(yīng)用正面臨挑戰(zhàn)。盡管 ZF-20 相對(duì)于某些老品種催化劑來(lái)說(shuō)已經(jīng)較為環(huán)保，但在揮發(fā)性有機(jī)物（VOC）排放方面仍有改進(jìn)空間。

目前，已有不少科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)在嘗試開(kāi)發(fā)低氣味、低VOC、可生物降解的新型催化劑替代品。例如采用季銨鹽類(lèi)、金屬絡(luò)合物類(lèi)、甚至酶催化體系，都是未來(lái)的方向。

不過(guò)，就現(xiàn)階段而言，ZF-20 依然是性?xún)r(jià)比高、技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛的優(yōu)質(zhì)選擇。只要我們?cè)谑褂眠^(guò)程中注重安全防護(hù)和環(huán)境保護(hù)，它仍然可以在聚氨酯工業(yè)中繼續(xù)發(fā)光發(fā)熱。

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結(jié)語(yǔ)：小小的添加劑，大大的影響力

ZF-20 雖然只是聚氨酯配方中的一小部分，但它卻能在關(guān)鍵時(shí)刻決定泡沫的“命運(yùn)”。它能讓沙發(fā)更有彈性，讓汽車(chē)座椅更舒適，讓運(yùn)動(dòng)鞋底更具爆發(fā)力?？梢哉f(shuō)，沒(méi)有 ZF-20，我們的生活將會(huì)少了許多柔軟與彈跳。

當(dāng)然，科學(xué)總是不斷進(jìn)步的。未來(lái)的泡沫材料可能會(huì)用上更環(huán)保、更高效的催化劑，但無(wú)論如何，像 ZF-20 這樣的經(jīng)典助劑，都會(huì)在聚氨酯發(fā)展的長(zhǎng)河中留下濃墨重彩的一筆。

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參考文獻(xiàn)

國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)：

1. 王偉, 李明. 聚氨酯泡沫材料制備與性能研究[J]. 高分子材料科學(xué)與工程, 2020, 36(4): 102-107.
2. 劉芳, 陳曉東. 發(fā)泡催化劑對(duì)軟質(zhì)聚氨酯泡沫性能的影響[J]. 塑料工業(yè), 2019, 47(3): 88-92.
3. 張強(qiáng), 趙磊. ZF-20 在高回彈泡沫中的應(yīng)用分析[J]. 化工新型材料, 2021, 49(5): 156-160.

國(guó)外文獻(xiàn)：

1. Oertel, G. Polyurethane Handbook, 2nd ed., Hanser Publishers, Munich, 1994.
2. Frisch, K. C.; Krishnan, M., "Catalysis in Polyurethane Formation", Journal of Cellular Plastics, 1978, 14(3), 174-181.
3. Safronova, T.V. et al., "Effect of Catalysts on the Structure and Properties of Flexible Polyurethane Foams", Polymer Science Series A, 2005, 47(6), 677–683.
4. Bongiovanni, R. et al., "Low VOC Catalyst Systems for Polyurethane Foaming", Progress in Organic Coatings, 2011, 70(2-3), 185–190.

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如果你覺(jué)得這篇文章有點(diǎn)意思，不妨下次坐在沙發(fā)上多感受一下那股“彈力”，說(shuō)不定正是 ZF-20 在背后默默發(fā)力呢！

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聚氨酯防水涂料催化劑目錄

• NT CAT 680 凝膠型催化劑，是一種環(huán)保型金屬?gòu)?fù)合催化劑，不含RoHS所限制的多溴聯(lián)、多溴二醚、鉛、汞、鎘等、辛基錫、丁基錫、基錫等九類(lèi)有機(jī)錫化合物，適用于聚氨酯皮革、涂料、膠黏劑以及硅橡膠等。

• NT CAT C-14 廣泛應(yīng)用于聚氨酯泡沫、彈性體、膠黏劑、密封膠和室溫固化有機(jī)硅體系；

• NT CAT C-15 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，中等催化活性，比A-14活性低；

• NT CAT C-16 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，具有延遲作用和一定的耐水解性，組合料儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)；

• NT CAT C-128 適用于聚氨酯雙組份快速固化膠黏劑體系，在該系列催化劑中催化活性強(qiáng)，特別適合用于脂肪族異氰酸酯體系；

• NT CAT C-129 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，具有很強(qiáng)的延遲效果，與水的穩(wěn)定性較強(qiáng)；

• NT CAT C-138 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，中等催化活性，良好的流動(dòng)性和耐水解性；

• NT CAT C-154 適用于脂肪族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，具有延遲作用；

• NT CAT C-159 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系，可用來(lái)替代A-14，添加量為A-14的50-60%；

• NT CAT MB20 凝膠型催化劑，可用于替代軟質(zhì)塊狀泡沫、高密度軟質(zhì)泡沫、噴涂泡沫、微孔泡沫以及硬質(zhì)泡沫體系中的錫金屬催化劑，活性比有機(jī)錫相對(duì)較低；

• NT CAT T-12 二月桂酸二丁基錫，凝膠型催化劑，適用于聚醚型高密度結(jié)構(gòu)泡沫，還用于聚氨酯涂料、彈性體、膠黏劑、室溫固化硅橡膠等；

• NT CAT T-125 有機(jī)錫類(lèi)強(qiáng)凝膠催化劑，與其他的二丁基錫催化劑相比，T-125催化劑對(duì)氨基甲酸酯反應(yīng)具有更高的催化活性和選擇性，而且改善了水解穩(wěn)定性，適用于硬質(zhì)聚氨酯噴涂泡沫、模塑泡沫及CASE應(yīng)用中。