三甲基己二異氰酸酯（VESTANAT TMDI）在高性能聚氨酯彈性體中的關(guān)鍵作用

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一、引言：從鞋底到航天器，聚氨酯無(wú)處不在

聚氨酯材料，聽起來(lái)可能有點(diǎn)陌生，但它其實(shí)早就悄悄“滲透”進(jìn)了我們的生活。從你腳上的運(yùn)動(dòng)鞋底、沙發(fā)坐墊，到汽車的減震部件、工業(yè)滾筒，甚至一些高端醫(yī)療設(shè)備和航天器的密封件中，都能找到它的身影。而這一切的神奇性能，往往離不開一種關(guān)鍵原料——異氰酸酯。

在眾多異氰酸酯家族成員中，有一個(gè)名字近年來(lái)逐漸走進(jìn)了高分子材料專家的視野，那就是VESTANAT TMDI，中文名叫三甲基己二異氰酸酯（Trimethylhexamethylene Diisocyanate）。它由德國(guó)Evonik公司生產(chǎn)，雖然不如TDI（二異氰酸酯）或MDI（二苯基甲烷二異氰酸酯）那樣廣為人知，但在某些高性能聚氨酯彈性體領(lǐng)域，它卻扮演著不可或缺的角色。

那么問(wèn)題來(lái)了：為什么TMDI能在這些“高端局”中占據(jù)一席之地？它到底有什么過(guò)人之處？這篇文章就帶你深入了解一下這個(gè)“低調(diào)但實(shí)力派”的化合物，在高性能聚氨酯彈性體中的關(guān)鍵作用。

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二、什么是Vestanat TMDI？

先來(lái)認(rèn)識(shí)一下這位“主角”。

物理化學(xué)參數(shù)	數(shù)值
化學(xué)名稱	三甲基己二異氰酸酯（Trimethylhexamethylene Diisocyanate）
分子式	C11H20N2O2
分子量	約212.3 g/mol
外觀	淡黃色至無(wú)色液體
密度（20°C）	0.96–0.98 g/cm3
粘度（25°C）	約7–10 mPa·s
異氰酸酯官能團(tuán)含量	約2 × NCO 基團(tuán)
沸點(diǎn)	>250°C（分解前）

從結(jié)構(gòu)上看，TMDI是一種脂肪族二異氰酸酯，與芳香族的TDI或MDI不同。它具有較長(zhǎng)的碳鏈結(jié)構(gòu)，并且在主鏈上帶有三個(gè)甲基支鏈。這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)賦予了它良好的耐候性、柔韌性和低揮發(fā)性，非常適合用于對(duì)性能要求較高的聚氨酯制品。

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三、TMDI為何能成為高性能聚氨酯彈性體的“秘密武器”？

1. 優(yōu)異的耐黃變性和耐候性

我們都知道，很多聚氨酯產(chǎn)品在陽(yáng)光照射下容易發(fā)黃、老化，尤其是在戶外使用時(shí)更為明顯。這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)使用的芳香族異氰酸酯（如TDI、MDI）中含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，容易發(fā)生光氧化反應(yīng)。

而TMDI屬于脂肪族異氰酸酯，不含苯環(huán)，因此其制得的聚氨酯材料在紫外光照射下表現(xiàn)出極佳的抗黃變能力。這對(duì)于需要長(zhǎng)期暴露在陽(yáng)光下的產(chǎn)品，如戶外運(yùn)動(dòng)器材、汽車外飾件、膠輥等，尤為重要。

小貼士：如果你有一雙白色的跑鞋穿久了變黃，那很可能是因?yàn)橛昧撕枷阕瀹惽杷狨サ牟牧?；而用TMDI做的鞋子，基本可以做到“白到老”。

2. 出色的機(jī)械性能和動(dòng)態(tài)疲勞性能

聚氨酯彈性體的一大特點(diǎn)就是“軟中有硬”，既柔軟又耐磨。而TMDI在這方面表現(xiàn)尤為突出。

性能對(duì)比（TMDI vs TDI）	TMDI	TDI
抗拉強(qiáng)度	高	中等
斷裂伸長(zhǎng)率	高	中等
動(dòng)態(tài)疲勞壽命	極高	中等偏下
回彈性能	好	一般
耐磨性	極佳	好

由于TMDI的分子鏈較長(zhǎng)且柔性好，所形成的聚氨酯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更均勻，內(nèi)應(yīng)力分布更合理，因此在反復(fù)受力的情況下（比如輪胎、滾筒、緩沖墊），不容易出現(xiàn)裂紋和疲勞失效。

3. 更低的毒性與更好的環(huán)保性能

隨著全球?qū)Νh(huán)保和健康安全的要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的TDI因其較高的揮發(fā)性和毒性，正在被逐步限制使用。特別是在一些封閉空間或?qū)θ梭w直接接觸的產(chǎn)品中（如兒童玩具、醫(yī)療器械），安全性成為了首要考量。

而TMDI由于其較低的蒸汽壓和良好的穩(wěn)定性，大大降低了在生產(chǎn)和使用過(guò)程中的職業(yè)暴露風(fēng)險(xiǎn)。這也使得它在環(huán)保型聚氨酯配方中越來(lái)越受到青睞。

安全性指標(biāo)	TMDI	TDI
蒸汽壓（20°C）	極低	較高
刺激性氣味	幾乎無(wú)味	明顯刺激
OSHA允許濃度（ppm）	更高	較低
毒性等級(jí)	低毒	中等毒性

4. 可調(diào)性強(qiáng)，適用范圍廣

TMDI不僅本身性能優(yōu)越，還非?！鞍俅睢?。它可以與多種多元醇（如聚醚、聚酯、聚碳酸酯等）配合使用，通過(guò)調(diào)整配比和工藝參數(shù)，靈活設(shè)計(jì)出滿足不同需求的聚氨酯彈性體。

例如：

例如：

• 與聚醚類多元醇配合，可獲得優(yōu)異的低溫彈性和水解穩(wěn)定性；
• 與聚酯類多元醇配合，可以獲得更高的機(jī)械強(qiáng)度；
• 與擴(kuò)鏈劑/交聯(lián)劑配合，可以進(jìn)一步提升材料的硬度和耐磨性。

這使得TMDI在多個(gè)行業(yè)都找到了自己的舞臺(tái)：

行業(yè)應(yīng)用	應(yīng)用實(shí)例
運(yùn)動(dòng)器材	跑鞋中底、滑雪板輪、滑板輪
工業(yè)制造	傳送帶、印刷膠輥、紡織導(dǎo)紗器
汽車工業(yè)	減震塊、懸掛襯套、轉(zhuǎn)向節(jié)護(hù)套
醫(yī)療器械	手術(shù)臺(tái)墊、輪椅輪轂、假肢連接件
航空航天	密封圈、緩沖墊、輕質(zhì)結(jié)構(gòu)件

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四、TMDI的合成路徑與市場(chǎng)現(xiàn)狀

TMDI的合成路徑相對(duì)復(fù)雜，通常是以己二胺為起始原料，經(jīng)過(guò)?；Ⅺu代、后再進(jìn)行光氣化反應(yīng)得到。整個(gè)過(guò)程對(duì)設(shè)備和操作要求較高，因此目前全球能穩(wěn)定供應(yīng)TMDI的企業(yè)并不多，其中Evonik是主要供應(yīng)商之一。

全球主要生產(chǎn)商	地區(qū)	年產(chǎn)能估算
Evonik（德國(guó)）	歐洲	5,000噸以上
Covestro（科思創(chuàng)）	德國(guó)	小規(guī)模試產(chǎn)
萬(wàn)華化學(xué)	中國(guó)	實(shí)驗(yàn)室階段
LG Chem	韓國(guó)	合作研發(fā)中

盡管TMDI的價(jià)格相對(duì)較高，但由于其性能優(yōu)勢(shì)顯著，在一些高端領(lǐng)域已經(jīng)形成了穩(wěn)定的客戶群。據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，TMDI在全球聚氨酯原料市場(chǎng)中雖占比不高，但年均增長(zhǎng)率超過(guò)8%，顯示出強(qiáng)勁的增長(zhǎng)潛力。

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五、實(shí)際案例分析：TMDI在工業(yè)滾筒中的應(yīng)用

以某大型造紙廠的膠輥為例，原本使用的是基于TDI的聚氨酯材料。雖然初期成本較低，但在連續(xù)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)：

• 材料易疲勞開裂；
• 表面容易積熱導(dǎo)致變形；
• 使用壽命僅約6個(gè)月。

后來(lái)改用TMDI體系后，情況大為改觀：

• 滾筒壽命延長(zhǎng)至18個(gè)月以上；
• 表面光滑度提高，紙張質(zhì)量提升；
• 維修頻率大幅下降。

這一轉(zhuǎn)變不僅提升了生產(chǎn)效率，也顯著降低了綜合成本。由此可見，雖然TMDI單價(jià)較高，但從全生命周期來(lái)看，其性價(jià)比反而更高。

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六、未來(lái)展望：TMDI的發(fā)展趨勢(shì)與挑戰(zhàn)

隨著新能源汽車、智能機(jī)器人、綠色制造等新興產(chǎn)業(yè)的崛起，對(duì)高性能彈性體的需求日益增長(zhǎng)。TMDI作為一類兼具環(huán)保性與高性能的理想原料，正迎來(lái)前所未有的發(fā)展機(jī)遇。

然而，它也面臨著幾個(gè)挑戰(zhàn)：

• 成本較高，短期內(nèi)難以大規(guī)模替代TDI；
• 國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈尚不完善，依賴進(jìn)口；
• 工藝適配性需要更多技術(shù)積累；
• 對(duì)設(shè)備和環(huán)境控制要求較高。

不過(guò)，這些問(wèn)題并非不可逾越。隨著國(guó)內(nèi)企業(yè)加大研發(fā)投入，以及綠色化工理念的深入人心，相信不久的將來(lái)，TMDI將在國(guó)產(chǎn)聚氨酯行業(yè)中占據(jù)更重要的位置。

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七、結(jié)語(yǔ)：TMDI不是萬(wàn)能的，但它確實(shí)很特別

聚氨酯的世界浩瀚無(wú)垠，每一種原料都有其存在的理由。TMDI或許不是便宜的那個(gè)，也不是常用的那個(gè)，但它一定是那些追求極致性能、注重環(huán)保和安全的工程師們心中的“寶藏選手”。

正如一句業(yè)內(nèi)老話所說(shuō)：“好的材料就像一把鑰匙，總能打開特定的應(yīng)用之門?！倍鳷MDI，正是那把通往高性能、長(zhǎng)壽命、綠色環(huán)保聚氨酯世界的金鑰匙。

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參考文獻(xiàn)

以下為國(guó)內(nèi)外關(guān)于TMDI及其在聚氨酯彈性體中應(yīng)用的部分代表性文獻(xiàn)，供有興趣的讀者進(jìn)一步查閱：

1. Bayer MaterialScience AG (2015). Aliphatic diisocyanates in polyurethane elastomers. Advances in Urethane Science and Technology.
2. Evonik Industries AG (2020). VESTANAT? TMDI – A high-performance aliphatic diisocyanate for premium polyurethane applications.
3. Zhang, Y., et al. (2018). Structure–property relationships of polyurethanes based on different aliphatic diisocyanates. Journal of Applied Polymer Science, 135(15), 46122.
4. Liu, H., & Wang, X. (2021). Synthesis and characterization of TMDI-based polyurethane elastomers with enhanced dynamic mechanical properties. Polymer Testing, 95, 107062.
5. Kamal, M.R., et al. (2017). Recent advances in the development of aliphatic polyurethanes for industrial applications. Progress in Polymer Science, 75, 1–25.
6. Wang, J., et al. (2022). Environmental and health considerations in the selection of isocyanates for polyurethane production. Green Chemistry, 24(5), 2045–2060.

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如需了解更多關(guān)于聚氨酯材料及TMDI的實(shí)際應(yīng)用案例，歡迎持續(xù)關(guān)注相關(guān)科研進(jìn)展和技術(shù)交流平臺(tái)。

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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。