Ein vollständiger Leitfaden zu metallorganischen Katalysatoren

Viele metallorganische Verbindungen, etwa Alkylverbindungen sowie Carboxylate von Blei, Zinn, Titan, Antimon, Quecksilber, Zink, Wismut, Zirkonium und Aluminium, weisen eine katalytische Aktivität in der Isocyanat‑Hydroxyl‑Reaktion auf.
Alkali‑ und Erdalkalimetallsalzverbindungen können aufgrund ihrer starken Basizität ebenfalls als Katalysatoren für Polyurethanschaumkunststoffe eingesetzt werden. Zu diesen Verbindungen zählen beispielsweise Natriummethylat, Kaliumisoctanoat und Kaliumoleat. So werden Kaliumacetat und Kaliumoleat vor allem als Katalysatoren für Polyisocyanurat‑(PIR‑)Schaumkunststoffe verwendet.

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Kalium-2-Ethylhexanoat CAS 3164-85-0

Kaliumoleat CAS 143-18-0

Blei(II)-2-Ethylhexanoat CAS 301-08-6

Zink(II)-2-Ethylhexanoat CAS 136-53-8

Kaliumcarboxylat-Katalysatoren

Kalium-2-Ethylhexanoat

Kalium-2-ethylhexanoat ist ein weißes Pulver (CAS-Nr. 3164-85-0) mit einer Reinheit von mindestens 97 % und einem Wassergehalt von höchstens 2 %. Es ist wasserlöslich und weist einen pH-Wert von 7,0–9,5 auf. Kalium-2‑ethylhexanoat, das als Katalysator bei der Herstellung von Polyurethanen eingesetzt wird, wird in Form einer Lösung geliefert.

Anwendungen

Kaliumisooctanoat ist ein kostengünstiger Triol-Katalysator für Polyurethan-Hartschaum. Es eignet sich besonders für hochviskose Polyolformulierungen. Es ist äußerst reaktiv und wird in Schäumformulierungen für sprühapplizierten Hartschaum, PIR‑Hartschaum (hitzebeständig) sowie PU‑Hartschaumprodukte eingesetzt. Zudem kann es unter anderem bei der Herstellung von Polyurethanbeschichtungen und Polyesterharzen (in Kombination mit Kobaltverbindungen) verwendet werden.

Kaliumoleat

Kaliumoleat ist ein auf Kalium basierender Katalysator. Es handelt sich um einen blassgelben bis bräunlich-gelben Feststoff (CAS 143-18-0). Es ist in Wasser stark löslich und weist alkalische Eigenschaften auf. Die unreine Form ist eine ölige Flüssigkeit; der Gehalt an Wirkstoff beträgt mindestens 97 %, und der Feuchtigkeitsgehalt liegt bei höchstens 3 %.

Eigenschaften

Anwendungen

Kaliumoleat wird hauptsächlich als Katalysator für Polyurethanschäume eingesetzt, insbesondere zur Katalyse von Polyisocyanuratreaktionen. Es kann Organotinverbindungen sowie andere tertiäre Amin‑ und Alkoholaminverbindungen ersetzen und ist in Kombination mit anderen Katalysatoren sowohl für Gieß‑ als auch für Sprühauftrag‑Verfahren bei Hartschäumen geeignet. Während des Schäumens zeigt es eine ausgezeichnete Leistung: hohe Aktivität und Stabilität, schnelles Aufschäumen, rasche Gelierung sowie niedrige Kosten.

Organische Schwermetallkatalysatoren

Organische Blei- und organische Quecksilberverbindungen können als Katalysatoren für die bei Raumtemperatur aushärtenden Polyurethane mit guten Ergebnissen eingesetzt werden.

Bleioctoat

Bleioctoat ist eine chemische Verbindung mit der CAS-Nummer 301-08-6. Reines oder hochkonzentriertes Bleioctoat ist eine blassgelbe, viskose, transparente Flüssigkeit. Die relative Dichte von reinem, lösungsmittelfreiem Bleioctoat beträgt 0,99–1,01, und sein Bleigehalt liegt bei 37,0 % ± 0,5 %. Aufgrund der hohen Viskosität von reinem Bleiisoctanoat, die dessen Handhabung erschwert, wird es in der Regel mit einem Weichmacher gemischt, um eine Lösung bestimmter Konzentration zur Anwendung zu erhalten.

Anwendungen

Bleioctoat wird als Katalysator in Straßenbelagsystemen wie Polyurethan‑Laufbahnen eingesetzt. Es wirkt als Katalysator für verschiedene lufttrocknende Beschichtungen und zeichnet sich durch eine hervorragende Lagerstabilität aus. Im Vergleich zum herkömmlichen Bleinaphthenat verfügt es über eine hellere Farbe, einen geringeren Geruch, eine höhere Konzentration sowie eine überlegene Trocknungsleistung. In hellen Beschichtungen zeigt es noch bessere Eigenschaften: Es verringert die Farbintensität des Films und erhöht dessen Glanz.

Phenylquecksilberacetat

Phenylquecksilberacetat ist ein weißes oder leicht gelbliches kristallines Pulver, das hygroskopisch ist (CAS‑Nr. 62‑38‑4).

Eigenschaften:

Anwendungen

Phenylquecksilberacetat ist ein Spezialkatalysator, der gegenüber Isocyanat‑Wasser‑Reaktionen praktisch keine katalytische Aktivität aufweist, jedoch Isocyanat‑Hydroxyl‑Reaktionen katalysiert. Mit diesem Katalysator hergestellte Polyurethane entwickeln aufgrund von Spurenfeuchtigkeit keine Blasenbildung. Es wird vor allem in elastischen Kunststofflaufbahnen aus Polyurethan eingesetzt. Phenylquecksilberacetat in niedriger Konzentration findet zudem als Biozid sowie für weitere Anwendungen Verwendung. Phenylquecksilberacetat ist hochtoxisch; beim Umgang ist besondere Vorsicht geboten, um eine Staubexposition zu vermeiden.

Zinkcarboxylat und Bismutcaboxylat

Zinkcarboxylat und Wismutcarboxylat sind umweltfreundliche Katalysatoren, die toxische Schwermetallkatalysatoren wie Bleiisooctanoat und Quecksilberacetat ersetzen können.

Zink-2-Ethylhexanoat

Zink-2-ethylhexanoat ist eine blassgelbe oder wasserklare, transparente Flüssigkeit (CAS‑Nr. 136‑53‑8) mit einer Dichte von 1,17 g/cm³ und einem Flammpunkt von 40 °C. Es ist in organischen Lösungsmitteln löslich. Es weist einen stabilen Säurewert und eine ausgezeichnete Lagerstabilität auf und besitzt im Vergleich zu herkömmlichem Zinknaphthenat eine hellere Farbe sowie einen milderen Geruch.

Eigenschaften:

Anwendungen

Zink-2‑ethylhexanoat wird vor allem als Katalysator in Polyurethanbeschichtungen und Elastomeren eingesetzt, wo es die Vernetzung aliphatischer Isocyanate fördert und die Aushärtungszeiten verkürzt. Zudem dient es als Wärmestabilisator für PVC‑Kunststoffe, als Benetzungsmittel für Beschichtungen, als Suspensionsmittel sowie als Geliermittel für Druckfarben. Es ist deutlich weniger toxisch als Bleiisoctanoat und kann dieses teilweise ersetzen. Seine katalytische Aktivität liegt jedoch unter der von Bleiisoctanoat. Die empfohlene Dosierung beträgt 0,03 % bis 0,2 % (bezogen auf das Metall gegenüber den Harzfeststoffen).

Titaniumtetraisopropanolat CAS 546-68-9

Tetrabutyltitanat CAS 5593-70-4

Bismut-2-Ethylhexanoat CAS 67874-71-9

Bismuthoctoat

Organobismutkatalysatoren basieren hauptsächlich auf Bismutcaboxylaten, insbesondere auf Bismutisoctanoat.
Bismuthoctoat ist eine bräunlich-gelbe, viskose Flüssigkeit mit der CAS‑Nummer 67874‑71‑9, einer relativen Dichte (bei 25 °C) von 1,28–1,34 sowie einer Viskosität (bei 25 °C) von höchstens 3 Pa·s.

Anwendungen

Bismuthoctoat kann als Trocknungsmittel für Lacke, als Schmierstoffadditiv sowie als Raumtemperaturkatalysator für Polyurethane eingesetzt werden. Bismuthoctoat weist technische Eigenschaften auf, die denen von Blei sehr ähnlich sind; es kann als Ersatz für bleihaltige Trocknungsmittel dienen, die Wirksamkeit kobalthaltiger Trocknungsmittel deutlich steigern und die Trocknungsleistung von Beschichtungen unter schwierigen Witterungsbedingungen, insbesondere in feuchten Umgebungen, verbessern.

Titanat-Katalysatoren

Unter den Titanatkatalysatoren sind Tetrabutyltitanat und Tetraisopropyltitanat die am häufigsten verwendeten; sie kommen vor allem als Katalysatoren bei der Synthese von Polyesterpolyolen sowie in weiteren Anwendungen zum Einsatz.

Tetrabutyltitanat

Tetrabutyltitanat ist eine feuchtigkeitsempfindliche, farblose bis blassgelbe ölige Flüssigkeit (CAS 5593-70-4). mit einem Siedepunkt von etwa 312 °C, einem Gefrierpunkt von –55 °C, einer Dichte (bei 20 °C) von 0,996 g/ml sowie einem Flammpunkt von 77 °C (geschlossener Tiegel). Es wird hauptsächlich als Katalysator für Veresterungsreaktionen und als Modifikator für polymere Materialien eingesetzt. Zu seinen Eigenschaften zählen eine hohe Temperaturbeständigkeit (Beschichtungen halten bis zu 500 °C stand), die Fähigkeit, die Oberflächenhaftung von Materialien zu verbessern, sowie die Funktion, Hydrolyseraten zu steuern. Tetrabutyltitanat reagiert sehr leicht mit polaren Gruppen wie Amino-, Hydroxy-, Carboxy- und Amidgruppen und neigt insbesondere zur Hydrolyse in Gegenwart von Wasser. Es ist in einer Vielzahl organischer Lösungsmittel löslich, mit Ausnahme von Ketonen.

Anwendungen

Tetrabutyltitanat ist eine organische Titanverbindung, die als Katalysator für Polykondensations- und Vernetzungsreaktionen eingesetzt wird. Es findet vor allem Anwendung in Veresterungs- und Umesterungsreaktionen, etwa bei der Synthese von Polyesterpolyolen. Zudem dient es als Klebrigmacher für Metall‑Kunststoff‑Verbundwerkstoffe, als Modifikator für hochfeste Polyesterbeschichtungen sowie als Vernetzungsmittel.

Titanium-Tetraisopropanolat

Titaniumtetraisopropanolat ist eine organische Verbindung. Unter normalen Bedingungen handelt es sich um eine farblose bis blassgelbe, transparente, homogene Flüssigkeit ohne Geruch. In feuchter Luft entstehen Dämpfe; sie ist in organischen Lösungsmitteln wie wasserfreiem Ethanol, Diethylether, Benzol und Chloroform löslich. Titantetraisopropanolat zersetzt sich bei Kontakt mit Wasser rasch und ist äußerst empfindlich gegenüber Feuchtigkeit. Bei Einwirkung von Feuchtigkeit bildet es entzündliches Isopropanol sowie hydratisiertes Titanoxid; beim Erhitzen härtet es aus und verwandelt sich in eine harzartige Substanz.

Eigenschaften:

Anwendungen

Tetraisopropyltitanat ist ein hochaktives organisches Alkoxytitanat. Es wird vor allem als Vernetzungsmittel in nichtwässrigen Systemen, als Katalysator bei der Synthese von Polyester‑ und Ester‑Weichmachern sowie als organischer Titan‑Kupplungsreagens (Oberflächenmodifikator und Haftvermittler) eingesetzt. Als Veresterungskatalysator kommt es in Konzentrationen von 0,01 % bis 1 % zum Einsatz und wird in der Regel als letzter Reaktant zugegeben. Die Temperatur für Umesterungsreaktionen liegt unter 100 °C, während Veresterungsreaktionen – etwa zur Herstellung von Weichmachern – Temperaturen oberhalb von 180 °C erfordern.