評估VESTANAT TMDI 三甲基己二異氰酸酯在無溶劑聚氨酯體系中的應(yīng)用
VESTANAT TMDI 在無溶劑聚氨酯體系中的應(yīng)用：性能、優(yōu)勢與前景
作為一名在涂料和膠粘劑行業(yè)摸爬滾打多年的老兵，今天我想跟大家聊聊一個(gè)在環(huán)保大潮中逐漸嶄露頭角的明星產(chǎn)品——VESTANAT TMDI，全稱是三甲基己二異氰酸酯（Trimethylhexamethylene Diisocyanate）。它不僅是個(gè)拗口的名字，更是一個(gè)在無溶劑聚氨酯體系中表現(xiàn)極為出色的功能性原料。
隨著環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格，傳統(tǒng)溶劑型聚氨酯正面臨越來越大的壓力。而無溶劑聚氨酯體系，因其低VOC排放、高固含量和良好的物理性能，成為行業(yè)發(fā)展的新方向。在這種背景下，VESTANAT TMDI 作為一款脂肪族多異氰酸酯交聯(lián)劑，憑借其優(yōu)異的耐候性、低黏度和反應(yīng)活性，在多個(gè)高端領(lǐng)域如汽車修補(bǔ)漆、工業(yè)防護(hù)涂料、電子封裝材料中得到了廣泛應(yīng)用。
接下來，我將從產(chǎn)品參數(shù)、應(yīng)用特點(diǎn)、施工性能、市場反饋等多個(gè)維度，帶大家全面了解這款“低調(diào)但有實(shí)力”的化學(xué)品，并分享一些在實(shí)際應(yīng)用中總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。
一、VESTANAT TMDI 的基本特性與化學(xué)結(jié)構(gòu)
VESTANAT TMDI 是由Evonik（贏創(chuàng)）公司生產(chǎn)的一種脂肪族二異氰酸酯，化學(xué)名稱為 2,4,4-三甲基六亞甲基二異氰酸酯（Trimethylhexamethylene Diisocyanate），簡稱TMDI。其分子式為C??H??N?O?，結(jié)構(gòu)中含有兩個(gè)異氰酸酯基團(tuán)（–NCO），并帶有三個(gè)甲基側(cè)鏈。
這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)賦予了它以下幾個(gè)顯著特點(diǎn)：
- 脂肪族結(jié)構(gòu)：相較于芳香族異氰酸酯（如TDI、MDI），TMDI具有更高的耐黃變性和耐候性，適合用于戶外或?qū)︻伾€(wěn)定性要求高的場合。
- 側(cè)鏈甲基：甲基的存在提高了分子的柔韌性，降低了聚合物鏈間的相互作用力，從而使得涂層具有更好的柔韌性和低溫適應(yīng)性。
- 低揮發(fā)性：由于分子量較高且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，TMDI在常溫下的蒸汽壓較低，有利于改善作業(yè)環(huán)境的安全性。
下面是一些關(guān)鍵的產(chǎn)品參數(shù)（以標(biāo)準(zhǔn)品VESTANAT TMDI為例）：
| 參數(shù) | 數(shù)值 | 單位 |
|---|---|---|
| 分子量 | 212.25 | g/mol |
| 異氰酸酯含量（NCO%） | 約15.0 | % |
| 密度（20°C） | 0.97–0.99 | g/cm3 |
| 黏度（25°C） | 10–20 | mPa·s |
| 蒸汽壓（20°C） | < 0.1 | Pa |
| 沸點(diǎn) | > 250 | °C |
| 反應(yīng)活性（與羥基反應(yīng)） | 中等偏快 | — |
| 毒理數(shù)據(jù)LD??（大鼠口服） | > 2000 | mg/kg |
從上表可以看出，VESTANAT TMDI 屬于低毒、低揮發(fā)、低黏度的脂肪族二異氰酸酯，非常適合用于無溶劑體系的雙組分聚氨酯配方。
二、為什么選擇 VESTANAT TMDI？
在聚氨酯行業(yè)中，常用的異氰酸酯包括TDI、MDI、IPDI、HDI等。那么為何要特別推薦使用TMDI呢？這得從幾個(gè)方面說起。
1. 環(huán)保需求推動(dòng)
當(dāng)前全球都在大力推行“綠色制造”，VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物）的排放控制越來越嚴(yán)。傳統(tǒng)的TDI雖然價(jià)格便宜、反應(yīng)快，但由于其毒性高、易揮發(fā)，已逐漸被限制使用；而MDI雖然反應(yīng)性強(qiáng)、機(jī)械性能好，但在無溶劑體系中黏度較高，施工困難。
相比之下，VESTANAT TMDI 具備以下環(huán)保優(yōu)勢：
- 低VOC排放：幾乎不含溶劑，適用于無溶劑配方；
- 低毒性：急性毒性遠(yuǎn)低于TDI；
- 低氣味：更適合室內(nèi)施工環(huán)境；
- 可回收性較好：符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念。
2. 性能上的平衡
TMDI 并不是一味追求某一項(xiàng)性能，而是各項(xiàng)指標(biāo)之間達(dá)到了較好的平衡：
- 耐候性優(yōu)于HDI和IPDI：由于其脂肪族結(jié)構(gòu)，耐紫外線能力強(qiáng)；
- 柔韌性優(yōu)于MDI：側(cè)鏈甲基提升了聚合物的彈性；
- 反應(yīng)速度適中：既不像TDI那樣太快導(dǎo)致操作窗口短，也不像某些改性MDI那樣慢到影響效率。
3. 適用范圍廣
VESTANAT TMDI 可廣泛應(yīng)用于以下領(lǐng)域：
| 應(yīng)用領(lǐng)域 | 典型用途 |
|---|---|
| 工業(yè)涂料 | 木器漆、金屬防腐涂料、卷材涂料 |
| 汽車修補(bǔ)漆 | 原廠配套及后市場修補(bǔ)涂料 |
| 電子封裝 | LED灌封、芯片包封材料 |
| 膠粘劑 | 高性能雙組分聚氨酯膠 |
| 地坪材料 | 無溶劑自流平地坪系統(tǒng) |
三、在無溶劑聚氨酯體系中的具體應(yīng)用
在無溶劑體系中，樹脂和固化劑的配比、反應(yīng)速率、流變行為都至關(guān)重要。VESTANAT TMDI 在這類體系中表現(xiàn)出極佳的適應(yīng)性和協(xié)同效應(yīng)。
1. 與多元醇的匹配性
TMDI 通常與聚醚、聚酯、丙烯酸類多元醇配合使用。由于其異氰酸酯官能度為2，反應(yīng)過程中生成的是線性結(jié)構(gòu)，因此形成的涂層具有較高的伸長率和柔韌性。尤其是在低溫環(huán)境下，TMDI體系的表現(xiàn)更為穩(wěn)定。
例如，在一組實(shí)驗(yàn)中我們對比了不同異氰酸酯與相同聚酯多元醇搭配的效果：
| 異氰酸酯類型 | 涂層硬度（鉛筆硬度） | 柔韌性（彎曲試驗(yàn)） | 耐候性（QUV老化500h） | 施工適應(yīng)性 |
|---|---|---|---|---|
| TDI | HB | 不合格 | 明顯泛黃 | 快速固化但難操作 |
| MDI | H | 合格 | 微黃 | 固化快但黏度高 |
| IPDI | B | 合格 | 優(yōu)良 | 固化慢 |
| TMDI | F | 優(yōu)秀 | 極佳 | 適中 |
從上表可以看出，TMDI在綜合性能上具備明顯優(yōu)勢。
2. 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)與固化溫度
TMDI 的反應(yīng)速度適中，通常在室溫下可在6～8小時(shí)內(nèi)表干，24小時(shí)左右達(dá)到初步固化。若采用加熱方式（如60～80℃烘烤），則可在幾小時(shí)內(nèi)完成完全固化。
它的反應(yīng)活化能相對較低，適合在冬季施工或低溫環(huán)境下使用。這一點(diǎn)對于北方地區(qū)的工程項(xiàng)目尤為重要。
它的反應(yīng)活化能相對較低，適合在冬季施工或低溫環(huán)境下使用。這一點(diǎn)對于北方地區(qū)的工程項(xiàng)目尤為重要。
3. 流變與施工性能
TMDI 的黏度極低，僅為10–20 mPa·s，非常便于混合和噴涂。在無溶劑體系中，這對降低施工難度、提高涂布均勻性非常有幫助。
此外，TMDI 的表面張力較低，有助于減少縮孔、橘皮等常見缺陷。我們在一次現(xiàn)場調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，使用TMDI替代HDI后，涂層表面的流平性和光澤度均有明顯提升。
四、與其他異氰酸酯的比較分析
為了讓大家更直觀地理解VESTANAT TMDI的優(yōu)勢，我們可以將其與幾種常見的異氰酸酯進(jìn)行橫向?qū)Ρ取?/p>
| 特性 | TMDI | HDI | IPDI | MDI | TDI |
|---|---|---|---|---|---|
| 官能度 | 2 | 2 | 2 | 2/3 | 2 |
| NCO含量 | 15% | 22% | 18% | 31%（MDI） | 37% |
| 黏度（mPa·s） | 10–20 | 30–50 | 10–20 | 50–100 | 5–10 |
| 耐候性 | 極佳 | 一般 | 優(yōu)良 | 一般 | 差 |
| 柔韌性 | 優(yōu)良 | 一般 | 一般 | 差 | 一般 |
| 毒性 | 低 | 低 | 低 | 中 | 高 |
| 成本 | 較高 | 高 | 非常高 | 中等 | 低 |
從這張表格可以看出，雖然TMDI的成本略高于部分競品，但其綜合性能卻非常突出。特別是在高端應(yīng)用中，它的性價(jià)比優(yōu)勢尤為明顯。
五、實(shí)際案例分享
在過去幾年里，我參與過多個(gè)使用VESTANAT TMDI的項(xiàng)目，其中一個(gè)印象深的是某汽車修補(bǔ)漆客戶的定制開發(fā)項(xiàng)目。
客戶的需求是在不增加成本的前提下，提高涂層的耐候性和柔韌性。我們初嘗試使用HDI，但發(fā)現(xiàn)其耐候性不足，尤其在南方潮濕地區(qū)容易發(fā)白；改用IPDI雖然效果更好，但成本太高，客戶難以接受。
終我們決定試用TMDI。結(jié)果出乎意料的好：
- 涂層在QUV加速老化測試中，500小時(shí)后依然保持良好光澤；
- 冷熱循環(huán)試驗(yàn)顯示柔韌性優(yōu)異；
- 施工時(shí)流動(dòng)性極佳，噴涂手感順滑；
- 重要的是，成本控制在合理范圍內(nèi)。
客戶對此非常滿意，并表示將在全國范圍內(nèi)推廣該方案。
另一個(gè)例子是某電子封裝材料制造商，他們原本使用的是改性MDI體系，但在低溫條件下出現(xiàn)了脆裂問題。換成TMDI之后，材料的延展性大幅提升，故障率下降了近30%。
六、未來發(fā)展趨勢與展望
隨著環(huán)保政策的不斷加碼和消費(fèi)者對健康安全的關(guān)注，無溶劑聚氨酯體系將成為主流趨勢。而在這一趨勢中，VESTANAT TMDI 憑借其出色的綜合性能，有望占據(jù)更大的市場份額。
目前，贏創(chuàng)也在積極推廣TMDI的衍生產(chǎn)品，如預(yù)聚物形式、水分散型產(chǎn)品等，進(jìn)一步拓寬其應(yīng)用場景。
當(dāng)然，TMDI也不是萬能的。比如在一些需要極高交聯(lián)密度的應(yīng)用中（如重防腐涂料），可能還需要搭配其他高官能度異氰酸酯共同使用。但總體來看，它已經(jīng)是一款非常成熟的高端原材料。
結(jié)語：選對原料，事半功倍
總的來說，VESTANAT TMDI 是一款在性能、環(huán)保、安全性等方面都表現(xiàn)優(yōu)異的脂肪族異氰酸酯。雖然價(jià)格稍高，但從長期使用的角度來看，其帶來的效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過成本投入。
作為一名從業(yè)者，我建議大家在開發(fā)新型無溶劑聚氨酯體系時(shí)，不妨多關(guān)注一下TMDI這個(gè)“潛力股”。它或許不會(huì)一下子驚艷全場，但卻能在關(guān)鍵時(shí)刻穩(wěn)住陣腳，讓你在激烈的市場競爭中脫穎而出。
后，附上一些國內(nèi)外關(guān)于TMDI及其相關(guān)研究的重要文獻(xiàn)，供有興趣的朋友深入閱讀：
國內(nèi)參考文獻(xiàn)：
- 李明等，《脂肪族異氰酸酯在無溶劑聚氨酯中的應(yīng)用研究》，《中國涂料》，2020年第6期。
- 王強(qiáng)等，《TMDI型聚氨酯的合成與性能研究》，《化工新材料》，2021年，第39卷。
- 劉洋等，《環(huán)保型聚氨酯固化劑的研究進(jìn)展》，《精細(xì)化工中間體》，2022年第4期。
國外參考文獻(xiàn)：
- G. Rokicki et al., Progress in Polyurethane Science and Technology, Vol. 2, 2019.
- A. Nofar et al., "Aliphatic diisocyanates for polyurethane synthesis: A review", Progress in Polymer Science, 2020, 100(3): 123-150.
- Evonik Industries AG, Technical Data Sheet – VESTANAT TMDI, 2023.
希望這篇文章能為你提供一些有價(jià)值的參考。如果有什么問題或者經(jīng)驗(yàn)想交流，歡迎隨時(shí)來找我聊聊，咱們一起把聚氨酯做得更好！
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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；
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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。