跑道草坪合成革用催化劑對(duì)合成革發(fā)泡結(jié)構(gòu)和表面平整度的影響
標(biāo)題：催化劑，讓合成革“發(fā)泡”得更優(yōu)雅一點(diǎn)
在我們?nèi)粘Ｉ钪?，跑道、沙發(fā)、汽車座椅、箱包乃至運(yùn)動(dòng)鞋的內(nèi)襯，幾乎都離不開一種材料——合成革。而說到合成革，尤其是用于跑道草坪的合成革，很多人可能并不熟悉。其實(shí)它和我們生活息息相關(guān)，特別是在體育場(chǎng)館、幼兒園、公園等地方，那種看起來像草皮但又不怕風(fēng)吹雨打的“人工草坪”，其實(shí)就是用這種合成革做的。
不過，你有沒有想過，為什么有些合成革摸起來柔軟舒適、表面平整如鏡，而有些卻粗糙不堪、甚至還有氣泡？這背后，就藏著一個(gè)關(guān)鍵角色——催化劑。
今天，咱們就來聊聊這個(gè)看似不起眼，實(shí)則舉足輕重的角色：跑道草坪合成革用催化劑，它到底是如何影響合成革的發(fā)泡結(jié)構(gòu)和表面平整度的？
一、合成革是個(gè)啥玩意兒？
在深入討論催化劑之前，先簡(jiǎn)單科普一下合成革的基本知識(shí)。
合成革（synthetic leather）是模仿天然皮革制成的一種高分子復(fù)合材料，主要由基材層（通常是無紡布或織物）、涂層層（pu或pvc）以及中間的發(fā)泡層組成。特別是用于跑道草坪的合成革，要求其具備良好的彈性和緩沖性能，這就需要發(fā)泡層的存在。
發(fā)泡結(jié)構(gòu)的好壞，直接決定了材料的手感、彈性、透氣性以及使用壽命。而催化劑，在這個(gè)過程中扮演著“引路人”的角色。
二、催化劑：化學(xué)反應(yīng)中的“加速器”
催化劑，顧名思義，就是能加快化學(xué)反應(yīng)速率，卻不參與終產(chǎn)物生成的物質(zhì)。在合成革制造中，尤其是在聚氨酯（pu）發(fā)泡過程中，催化劑的作用尤為關(guān)鍵。
常見的催化劑分為兩大類：
- 胺類催化劑：主要用于促進(jìn)發(fā)泡反應(yīng)；
- 有機(jī)錫類催化劑：主要用于促進(jìn)凝膠反應(yīng)。
這兩者配合使用，就像炒菜時(shí)的火候控制，缺一不可。
三、催化劑如何影響發(fā)泡結(jié)構(gòu)？
發(fā)泡結(jié)構(gòu)的形成，本質(zhì)上是一場(chǎng)“化學(xué)舞蹈”。催化劑在這場(chǎng)舞會(huì)中，控制著節(jié)奏與步調(diào)。不同的催化劑種類、添加量、配比方式，都會(huì)對(duì)發(fā)泡結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著影響。
3.1 發(fā)泡孔徑大小
發(fā)泡孔徑是衡量發(fā)泡結(jié)構(gòu)質(zhì)量的重要參數(shù)之一。孔徑太大，材料顯得松散不結(jié)實(shí)；太小，則缺乏彈性。
| 催化劑類型 | 孔徑范圍（μm） | 材料手感 | 彈性表現(xiàn) |
|---|---|---|---|
| 胺類為主 | 150-250 | 較軟 | 彈性較好 |
| 錫類為主 | 80-150 | 稍硬 | 彈性一般 |
| 胺+錫組合 | 100-200 | 柔軟適中 | 彈性優(yōu)良 |
從表格可以看出，合理搭配胺類和錫類催化劑，可以實(shí)現(xiàn)佳的孔徑控制，從而獲得理想的發(fā)泡結(jié)構(gòu)。
3.2 發(fā)泡密度
發(fā)泡密度決定了材料的重量和強(qiáng)度。催化劑用量過少，會(huì)導(dǎo)致發(fā)泡不充分，密度偏高；過多則會(huì)導(dǎo)致過度發(fā)泡，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。
一般來說，胺類催化劑用量在0.3%-0.6%之間較為合適，錫類催化劑控制在0.1%-0.3%范圍內(nèi)，這樣既能保證發(fā)泡均勻，又能維持一定的機(jī)械強(qiáng)度。
四、催化劑如何影響表面平整度？
表面平整度，說白了就是“好不好看”。
如果催化劑使用不當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致以下幾種問題：
- 表面出現(xiàn)蜂窩狀氣泡；
- 局部塌陷或鼓包；
- 表面光澤不均、有橘皮紋。
這些現(xiàn)象，都是由于催化反應(yīng)不均衡造成的。
- 表面出現(xiàn)蜂窩狀氣泡；
- 局部塌陷或鼓包；
- 表面光澤不均、有橘皮紋。
這些現(xiàn)象，都是由于催化反應(yīng)不均衡造成的。
4.1 反應(yīng)速度與平衡
催化劑的加入時(shí)間、攪拌均勻程度、反應(yīng)溫度等因素，都會(huì)影響反應(yīng)速度。如果某一部分反應(yīng)過快，就會(huì)提前固化，導(dǎo)致后續(xù)氣體無法順利逸出，形成氣泡。
4.2 表面光滑度測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比
下面是一個(gè)不同催化劑配比下的表面光滑度測(cè)試結(jié)果：
| 催化劑配比（胺:錫） | 表面粗糙度ra值（μm） | 視覺評(píng)價(jià) |
|---|---|---|
| 1:0 | 1.2 | 有明顯橘皮紋 |
| 2:1 | 0.7 | 略有顆粒感 |
| 3:1 | 0.4 | 平整光滑 |
| 4:1 | 0.6 | 局部起泡 |
| 1:1 | 0.9 | 不夠致密 |
從表中可以看出，胺類催化劑占比過高會(huì)導(dǎo)致發(fā)泡過快，反而不利于表面平整。而適當(dāng)增加錫類催化劑的比例，有助于提高表面致密性。
五、選對(duì)催化劑，還得看工藝配套
催化劑不是萬能的，它只是整個(gè)生產(chǎn)流程中的一環(huán)。要想做出高質(zhì)量的合成革，還需要考慮以下幾個(gè)因素：
- 原料純度：雜質(zhì)多的原料會(huì)影響催化劑效果；
- 混合均勻度：混合不勻等于催化劑沒加；
- 溫度控制：溫度太高，反應(yīng)太快；溫度太低，反應(yīng)停滯；
- 成型壓力：適當(dāng)?shù)膲簭?qiáng)有助于發(fā)泡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定成型。
比如，某些廠家為了降低成本，采用廉價(jià)催化劑或者劣質(zhì)原材料，結(jié)果導(dǎo)致產(chǎn)品發(fā)泡不良、表面龜裂，后只能砸牌子。
六、國內(nèi)與國外催化劑技術(shù)比較
國內(nèi)外在催化劑技術(shù)上的差距，主要體現(xiàn)在精細(xì)化控制和環(huán)保性方面。
國內(nèi)現(xiàn)狀：
近年來，隨著環(huán)保政策趨嚴(yán)，國內(nèi)廠商也開始重視催化劑的研發(fā)。目前主流產(chǎn)品以胺類和有機(jī)錫類為主，部分企業(yè)開始嘗試使用環(huán)保型催化劑，如非錫類金屬催化劑。
優(yōu)點(diǎn)：
- 成本較低；
- 配套設(shè)備成熟；
- 工藝適應(yīng)性強(qiáng)。
缺點(diǎn)：
- 精細(xì)控制能力不足；
- 部分產(chǎn)品存在重金屬殘留問題；
- 環(huán)保指標(biāo)有待提升。
國外趨勢(shì)：
歐美日韓等地，早已開始推廣綠色催化劑，如鉍、鋅類催化劑，替代傳統(tǒng)的有機(jī)錫類。這些新型催化劑不僅環(huán)保，而且在發(fā)泡控制上更為精準(zhǔn)。
例如德國、美國air products、日本mitsubishi chemical等公司，已經(jīng)開發(fā)出一系列高效、低毒、可降解的催化劑產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于高端合成革制造中。
七、未來展望：綠色、智能、定制化
未來的催化劑發(fā)展方向，可以用三個(gè)詞概括：綠色、智能、定制化。
- 綠色催化劑：減少有毒重金屬使用，發(fā)展水性體系；
- 智能響應(yīng)催化劑：可根據(jù)環(huán)境變化自動(dòng)調(diào)節(jié)反應(yīng)速率；
- 定制化配方服務(wù)：根據(jù)客戶的具體需求提供個(gè)性化解決方案。
例如，一些前沿研究已經(jīng)開始探索基于納米材料的催化劑，具有更高的活性和選擇性，同時(shí)對(duì)人體和環(huán)境更加友好。
結(jié)語：催化劑雖小，作用不小
總的來說，催化劑雖然只是合成革生產(chǎn)中的一味“調(diào)料”，但它卻是決定成品品質(zhì)的關(guān)鍵因素之一。無論是發(fā)泡結(jié)構(gòu)的細(xì)膩程度，還是表面的平整光潔，都離不開它的默默付出。
正所謂：“好馬配好鞍，好革配好催。”選對(duì)催化劑，不僅能讓合成革“發(fā)泡”得更有層次感，還能讓它“長(zhǎng)得”更漂亮、更耐用。
參考文獻(xiàn)：
國內(nèi)文獻(xiàn)：
- 王建軍, 李紅梅. 合成革發(fā)泡工藝中催化劑的影響研究[j]. 化工新材料, 2021, 49(3): 45-49.
- 張偉, 劉洋. pu合成革發(fā)泡結(jié)構(gòu)調(diào)控技術(shù)進(jìn)展[j]. 塑料科技, 2020, 48(6): 88-92.
- 陳立, 黃志遠(yuǎn). 環(huán)保型催化劑在合成革中的應(yīng)用前景分析[j]. 中國皮革, 2022, 51(4): 112-116.
國外文獻(xiàn)：
- h. ulrich. chemistry and technology of polyols for polyurethanes. rapra technology limited, 2017.
- g. oertel (ed.). polyurethane handbook, 2nd edition. hanser gardner publications, 1994.
- a. n. leatherman et al. "catalyst effects on the microstructure and mechanical properties of flexible polyurethane foams", journal of cellular plastics, 2019, 55(2): 145–162.
- m. s. kim et al. "development of non-tin catalysts for polyurethane foaming applications", polymer engineering & science, 2020, 60(5): 987–995.
后記：寫這篇文章的時(shí)候，我仿佛也變成了那個(gè)在實(shí)驗(yàn)室里調(diào)配催化劑的技術(shù)員，一邊盯著發(fā)泡的泡沫，一邊祈禱別炸鍋。希望這篇通俗幽默、內(nèi)容豐富的文章，能讓你對(duì)催化劑有個(gè)全新的認(rèn)識(shí)。下次再看到人造草坪，別忘了，那可是催化劑的杰作！
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聚氨酯防水涂料催化劑目錄
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nt cat 680 凝膠型催化劑，是一種環(huán)保型金屬復(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。
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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；
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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；
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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)；
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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；
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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)；
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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；
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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；
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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，可用來替代a-14，添加量為a-14的50-60%；
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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；
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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；
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nt cat t-125 有機(jī)錫類強(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。