標(biāo)題：催化劑，讓合成革“發(fā)泡”得更優(yōu)雅一點(diǎn)

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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(shuō)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(lái)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(guò)，你有沒(méi)有想過(guò)，為什么有些合成革摸起來(lái)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(lái)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？

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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(wú)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(guò)程中扮演著“引路人”的角色。

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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(guò)程中，催化劑的作用尤為關(guān)鍵。

常見的催化劑分為兩大類：

1. 胺類催化劑：主要用于促進(jìn)發(fā)泡反應(yīng)；
2. 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。

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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?？讖教?，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(guò)少，會(huì)導(dǎo)致發(fā)泡不充分，密度偏高；過(guò)多則會(huì)導(dǎo)致過(guò)度發(fā)泡，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。

一般來(lái)說(shuō)，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。

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四、催化劑如何影響表面平整度？

表面平整度，說(shuō)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(wèn)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(guò)快，就會(huì)提前固化，導(dǎo)致后續(xù)氣體無(wú)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(jué)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(guò)高會(huì)導(dǎo)致發(fā)泡過(guò)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。

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五、選對(duì)催化劑，還得看工藝配套

催化劑不是萬(wàn)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(méi)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。

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六、國(guó)內(nèi)與國(guó)外催化劑技術(shù)比較

國(guó)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(guó)內(nèi)現(xiàn)狀：

近年來(lái)，隨著環(huán)保政策趨嚴(yán)，國(guó)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(wèn)題；
• 環(huán)保指標(biāo)有待提升。

國(guó)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(guó)、美國(guó)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。

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七、未來(lái)展望：綠色、智能、定制化

未來(lái)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。

1. 綠色催化劑：減少有毒重金屬使用，發(fā)展水性體系；
2. 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；
3. 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。

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結(jié)語(yǔ)：催化劑雖小，作用不小

總的來(lái)說(shuō)，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(wú)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?！边x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。

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參考文獻(xiàn)：

國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)：

1. 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.
2. 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.
3. 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(guó)皮革, 2022, 51(4): 112-116.

國(guó)外文獻(xiàn)：

1. h. ulrich. chemistry and technology of polyols for polyurethanes. rapra technology limited, 2017.
2. g. oertel (ed.). polyurethane handbook, 2nd edition. hanser gardner publications, 1994.
3. 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.
4. m. s. kim et al. "development of non-tin catalysts for polyurethane foaming applications", polymer engineering & science, 2020, 60(5): 987–995.

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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

• 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。