الأنواع والنشاط التحفيزي لمحفزات الأمين الثلاثي

تعد المحفزات الأمينية الثلاثية واحدة من أكثر أنواع المحفزات استخدامًا في إنتاج رغوة البولي يوريثان. يمكن لمعظم محفزات الأمين الثلاثي أن تحفز كلا من التفاعل بين الإيزوسيانات والماء والتفاعل بين الإيزوسيانات والبوليولات، وهما التفاعلان الرئيسيان في تخليق رغوة البولي يوريثان. ومع ذلك، فإن النشاط التحفيزي يختلف بين المركبات الأمينية المختلفة.

تصنيف محفزات الأمين الثلاثي

يمكن تصنيف مركبات الأمين الثلاثي المستخدمة كمحفزات للبولي يوريثين بناءً على تركيبها الكيميائي إلى أمينات أليفاتية، وأمينات حلقية، وأمينات عطرية.

1. الأمينات الأليفاتية

الأمثلة الشائعة: N،N-ثنائي ميثيل سيكلوهيكسيلامين، Bis(2-dimethylaminoethyl) إيثر، ثلاثي إيثيلينديامين، N،N،N’,N’-رباعي ميثيل-1،2-إيثيلينديامين، N،N،N’,N’’,N’’- خماسي ميثيل ثنائي إيثيلين تريامين، ثلاثي إيثيل أمين، N، N- ثنائي ميثيل بنزيل أمين، N، N- ثنائي ميثيل هكسيل أمين.

2. الأمينات الحلقية

الأمثلة الشائعة: ثلاثي إيثيلين ديامين، N- إيثيل مورفولين، N- ميثيل مورفولين، N، N’-دايثيلبيبرازين، ن، ن’-ثنائي إيثيل-2-ميثيلبيبيرازين، ن، ن’-مكرر(α-هيدروكسي بروبيل)-2-ميثيلبيبيرازين، N-(2-هيدروكسي بروبيل)-N،N-ثنائي ميثيل مورفولين.

3. الكحولات الأمينية

أمثلة: ثلاثي إيثانول أمين، N، N- ثنائي ميثيل إيثانول أمين.

وهي عبارة عن محفزات تفاعلية يمكن استخدامها مع محفزات أخرى عالية النشاط. يعمل ثلاثي إيثانولامين أيضًا كعامل تشابك في الرغاوي المقولبة.

4. الأمينات العطرية

أمثلة: بيريدين، N، N’– ثنائي ميثيل بيريدين.

التأثير الحفاز والملاءمة الصناعية

في المراحل الأولية من التفاعل، تلعب الكفاءة التحفيزية دورًا حاسمًا في الإنتاج الصناعي لرغاوي البولي يوريثان. تعتمد عملية تصنيع رغوة البولي يوريثان المرنة بشكل كبير على المحفزات نظرًا لانخفاض وظائف المواد المتفاعلة وانخفاض كثافة التشابك في المنتجات مقارنة بالرغاوي الصلبة. تتطلب الرغاوي المرنة وقتًا أطول للوصول إلى القوة الكافية في شبكتها الخلوية، كما أنها تظهر معدلًا مرتفعًا للخلايا المفتوحة.

تعمل المحفزات على تعزيز تفاعلات NCO-OH وNCO-H₂O، مما يؤدي إلى زيادة سريعة في الوزن الجزيئي للبوليمر. وفي الوقت نفسه، يتم توليد الغاز، وترتفع لزوجة البوليمر، وتتوسع الرغوة وتتصلب بسرعة.

عادةً ما يتم تقييم النشاط التحفيزي بناءً على وقت صعود الرغوة والحرارة المنطلقة أثناء التفاعل.

العوامل المؤثرة على النشاط التحفيزي

قاعدية

يتأثر النشاط التحفيزي للأمينات الثلاثية بشكل كبير بأساسيتها. تتوافق القاعدة الأقوى مع النشاط التحفيزي الأعلى. تعمل البدائل المتبرعة بالإلكترونات على ذرة النيتروجين على زيادة كثافة السحابة الإلكترونية، مما يزيد من القاعدة والنشاط التحفيزي. وعلى العكس من ذلك، فإن البدائل التي تسحب الإلكترون تقلل من القاعدة والكفاءة التحفيزية. يعتبر بعض الباحثين أن الأساسية هي مقياس أساسي لتقييم نشاط المحفزات الأمينية.

البنية الجزيئية

يؤثر العائق المكاني للبدائل على ذرة النيتروجين بشكل كبير على النشاط التحفيزي. تعمل البدائل الأصغر على تعزيز النشاط، في حين تعيق المجموعات الأكبر حجمًا اقتراب ذرة النيتروجين من مجموعة كربونيل الإيزوسيانات، مما يقلل من الأداء التحفيزي.

أظهرت دراسة مبكرة في الخارج هذا المبدأ من خلال فحص التفاعل بين إيزوسيانات فينيل و1-بيوتانول في التولوين عند 40°C. على الرغم من وجود ثابت تفكك أعلى pKa، N، N، N’,N’- أظهر رباعي إيثيل ميثيلين ديامين نشاطًا أقل بسبب العائق الاستاتيكي من مجموعات الإيثيل الأربع. في المقابل، أظهر ثلاثي إيثيلين ثنائي الأمين، ببنيته الفريدة التي تشبه القفص وذرات النيتروجين المكشوفة، نشاطًا حفازًا قويًا.

جرعة المحفز والاعتبارات الاقتصادية

عندما تكون جرعة المحفز منخفضة، فإن زيادتها تؤدي إلى زيادة كبيرة في سرعة التفاعل. ومع ذلك، بعد نقطة معينة، فإن زيادة الجرعة الإضافية يكون لها تأثير متناقص على سرعة التفاعل. ونظرًا للتكلفة المرتفعة نسبيًا للعوامل الحفازة، فمن الضروري تحديد الجرعة المثالية بناءً على متطلبات التفاعل المحددة.