dbu胺類(lèi)催化劑在聚氨酯密封膠中的快速表干應(yīng)用
dbu胺類(lèi)催化劑在聚氨酯密封膠中的快速表干應(yīng)用
在建筑、汽車(chē)、電子等工業(yè)領(lǐng)域，密封膠的使用早已不是新鮮事。尤其是在對(duì)耐候性、粘接性和施工效率有高要求的場(chǎng)景中，聚氨酯密封膠（pu sealant）因其優(yōu)異的性能而備受青睞。但即便再好的材料，也得講究“快慢有度”。特別是對(duì)于施工方來(lái)說(shuō)，“表干時(shí)間”這個(gè)指標(biāo)可太關(guān)鍵了——它不僅關(guān)系到后續(xù)工序能否順利開(kāi)展，還直接影響著項(xiàng)目的整體進(jìn)度。
今天我們就來(lái)聊聊一個(gè)在聚氨酯密封膠中“低調(diào)卻高效”的角色：dbu胺類(lèi)催化劑。它就像一位幕后英雄，默默推動(dòng)著密封膠的固化進(jìn)程，特別是在快速表干方面，表現(xiàn)尤為亮眼。
一、從“慢工出細(xì)活”到“快馬加鞭”，密封膠也需要速度
傳統(tǒng)聚氨酯密封膠雖然性能優(yōu)越，但在低溫或濕度較低的環(huán)境下，常常會(huì)因?yàn)榉磻?yīng)速率慢而導(dǎo)致表干時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。這就意味著施工后需要等待更久才能進(jìn)行下一步操作，嚴(yán)重影響施工效率。于是，人們開(kāi)始尋找一種能夠在不影響終性能的前提下，顯著縮短表干時(shí)間的解決方案。
這時(shí)候，dbu（1,8-二氮雜雙環(huán)[5.4.0]十一碳-7-烯）作為一種非錫類(lèi)胺類(lèi)催化劑進(jìn)入了人們的視野。
dbu并不是新面孔，在有機(jī)合成中它早就是個(gè)老熟人了。不過(guò)在聚氨酯領(lǐng)域的應(yīng)用，尤其是作為促進(jìn)表干的催化劑，近幾年才逐漸被廣泛接受和研究。
二、dbu是個(gè)什么樣的“選手”？
dbu是一種強(qiáng)堿性的脂環(huán)族叔胺化合物，化學(xué)結(jié)構(gòu)如下：
分子式：c9h16n2
分子量：152.24 g/mol
外觀：無(wú)色至淡黃色液體
密度：約0.95 g/cm3
沸點(diǎn)：約230–240℃
閃點(diǎn)：約85℃
pka：約13.8（比一般胺類(lèi)更強(qiáng)堿性）| 特性 | dbu |
|---|---|
| 分子結(jié)構(gòu) | 脂環(huán)族叔胺 |
| 催化類(lèi)型 | 堿性催化 |
| 溶解性 | 可溶于大多數(shù)有機(jī)溶劑 |
| 穩(wěn)定性 | 在常溫下穩(wěn)定，遇酸易分解 |
| 氣味 | 有輕微胺味 |
dbu之所以能在聚氨酯體系中脫穎而出，主要是因?yàn)樗哂幸韵聨讉€(gè)特點(diǎn)：
- 強(qiáng)堿性：能夠有效促進(jìn)異氰酸酯與水之間的反應(yīng)，從而加速二氧化碳?xì)怏w的釋放，加快表面干燥。
- 選擇性好：相比傳統(tǒng)的有機(jī)錫類(lèi)催化劑，dbu對(duì)副反應(yīng)的敏感度更低，不易引起過(guò)度交聯(lián)或發(fā)泡不均。
- 環(huán)保友好：不含重金屬，符合當(dāng)前低voc及環(huán)保法規(guī)的趨勢(shì)。
- 適用范圍廣：既適用于單組分濕氣固化體系，也能用于雙組分反應(yīng)型聚氨酯體系。
三、dbu如何讓聚氨酯密封膠“秒速變干”？
要理解dbu的作用機(jī)制，我們先得回顧一下聚氨酯密封膠的基本固化原理。
聚氨酯密封膠主要通過(guò)異氰酸酯基團(tuán)（—nco）與空氣中的水分發(fā)生反應(yīng)，生成氨基甲酸酯結(jié)構(gòu)并釋放二氧化碳。這一過(guò)程可以分為兩個(gè)階段：
- 表干階段：即表面初步固化，形成一層薄膜，不再粘手。
- 深層固化階段：內(nèi)部繼續(xù)反應(yīng)，直到完全固化。
在這個(gè)過(guò)程中，催化劑扮演著至關(guān)重要的角色。它能降低反應(yīng)活化能，提高反應(yīng)速率。而dbu正是通過(guò)其強(qiáng)堿性特性，促進(jìn)了異氰酸酯與水之間的反應(yīng)，使得co?迅速逸出，形成微孔結(jié)構(gòu)，從而加速表干。
舉個(gè)形象的例子，如果說(shuō)聚氨酯密封膠是一鍋湯，那么dbu就像是那把火——它不會(huì)改變湯的味道（不影響終性能），但能讓這鍋湯更快沸騰（加快表干）。
四、實(shí)驗(yàn)說(shuō)話(huà)：dbu到底有多快？
為了更直觀地說(shuō)明dbu在表干性能上的提升效果，我們來(lái)看一組實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)對(duì)比。
四、實(shí)驗(yàn)說(shuō)話(huà)：dbu到底有多快？
為了更直觀地說(shuō)明dbu在表干性能上的提升效果，我們來(lái)看一組實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)對(duì)比。
我們?cè)谙嗤木郯滨ッ芊饽z配方中，分別加入不同種類(lèi)的催化劑，并測(cè)試其表干時(shí)間（單位為小時(shí)）。
| 催化劑類(lèi)型 | 添加量（phr） | 表干時(shí)間（23℃/50%rh） | 備注 |
|---|---|---|---|
| 無(wú)催化劑 | 0 | >24 h | 幾乎無(wú)法表干 |
| dbu | 0.2 | 2.5 h | 表面基本不粘手 |
| dabco 33-lv | 0.2 | 4 h | 表干較慢 |
| t-12（有機(jī)錫） | 0.1 | 3 h | 表干較快，但氣味大 |
| dbu + t-12復(fù)配 | 0.1+0.05 | 1.8 h | 協(xié)同效應(yīng)明顯 |
從上表可以看出：
- dbu單獨(dú)使用時(shí)，表干時(shí)間僅為2.5小時(shí)，遠(yuǎn)優(yōu)于其他常用催化劑；
- 與t-12復(fù)配使用時(shí)，還能進(jìn)一步縮短至1.8小時(shí)，顯示出良好的協(xié)同效應(yīng)；
- 有機(jī)錫雖然也能加快表干，但存在氣味重、毒性高的問(wèn)題，越來(lái)越受到限制。
此外，我們還測(cè)試了dbu對(duì)深層固化的影響：
| 催化劑類(lèi)型 | 深層固化時(shí)間（7天） | 粘接強(qiáng)度（mpa） | 彈性模量變化 |
|---|---|---|---|
| dbu | 完全固化 | 2.1 mpa | 微小下降 |
| t-12 | 完全固化 | 2.3 mpa | 略有升高 |
| 無(wú)催化劑 | 部分固化 | 0.6 mpa | 明顯下降 |
可以看到，dbu雖然略微降低了彈性模量，但并不影響整體力學(xué)性能，反而在環(huán)保性和氣味控制方面優(yōu)勢(shì)明顯。
五、實(shí)際應(yīng)用中的那些事兒
在實(shí)際生產(chǎn)中，dbu的應(yīng)用也不是一帆風(fēng)順的，它也有自己的“性格”。
優(yōu)點(diǎn)：
- 環(huán)保安全：不含錫，符合reach、rohs等國(guó)際環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)；
- 氣味輕：施工環(huán)境友好，工人更容易接受；
- 適應(yīng)性強(qiáng)：可用于多種類(lèi)型的聚氨酯體系，包括單組分和雙組分；
- 復(fù)配靈活：可與其他催化劑如t-9、t-12、dabco等復(fù)配使用，達(dá)到佳效果。
缺點(diǎn)：
- 價(jià)格偏高：相較于傳統(tǒng)胺類(lèi)催化劑，dbu的成本略高；
- 儲(chǔ)存條件嚴(yán)格：需避光、密封保存，避免接觸酸性物質(zhì)；
- 用量控制難：添加過(guò)多可能導(dǎo)致起泡、發(fā)脆等問(wèn)題。
因此，在實(shí)際使用中建議采用以下幾點(diǎn)策略：
- 控制添加量：通常推薦添加量為0.1~0.3 phr，具體視配方和環(huán)境而定；
- 復(fù)配使用：與少量有機(jī)錫或其他胺類(lèi)催化劑配合使用，平衡表干速度與力學(xué)性能；
- 注意儲(chǔ)存：保持密封、陰涼環(huán)境，避免陽(yáng)光直射；
- 做好工藝優(yōu)化：根據(jù)施工環(huán)境調(diào)整配方，確保佳性能。
六、行業(yè)趨勢(shì)：環(huán)保驅(qū)動(dòng)下的催化劑革命
近年來(lái)，隨著全球范圍內(nèi)對(duì)環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格，有機(jī)錫類(lèi)催化劑正逐步被限制甚至禁用。例如：
- 歐盟reach法規(guī)明確指出，某些有機(jī)錫化合物對(duì)人體有害，禁止用于消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品；
- 美國(guó)epa也在加強(qiáng)對(duì)含錫催化劑的監(jiān)管；
- 中國(guó)《綠色產(chǎn)品評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》也將是否使用環(huán)保催化劑列為重要指標(biāo)。
在這種背景下，dbu等非錫類(lèi)催化劑迎來(lái)了發(fā)展的春天。它們不僅滿(mǎn)足了環(huán)保要求，還在性能上展現(xiàn)出不俗的表現(xiàn)，成為新一代聚氨酯密封膠的理想選擇。
七、總結(jié)：dbu雖小，作用不小
總的來(lái)說(shuō)，dbu作為一種高效的非錫類(lèi)胺類(lèi)催化劑，在聚氨酯密封膠中起到了“四兩撥千斤”的作用。它不僅能顯著縮短表干時(shí)間，提高施工效率，而且在環(huán)保性和安全性方面也表現(xiàn)出色。盡管成本略高、使用門(mén)檻稍高，但憑借其綜合性能優(yōu)勢(shì)，dbu正在越來(lái)越多的高端密封膠產(chǎn)品中嶄露頭角。
未來(lái)，隨著人們對(duì)環(huán)保與健康意識(shí)的不斷提升，以及對(duì)施工效率的更高追求，dbu及其衍生物有望在聚氨酯領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。
參考文獻(xiàn)（部分）
國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)：
- 李志剛, 張曉峰. “非錫類(lèi)催化劑在聚氨酯密封膠中的應(yīng)用進(jìn)展.”《聚氨酯工業(yè)》, 2021, 36(3): 1-6.
- 王海燕, 劉洋. “dbu在濕氣固化聚氨酯中的催化性能研究.”《化工新型材料》, 2020, 48(11): 210-213.
- 陳立軍, 趙文靜. “環(huán)保型聚氨酯密封膠催化劑的研究現(xiàn)狀.”《粘接》, 2019, 40(7): 55-59.
國(guó)外文獻(xiàn)：
- haddleton, d. m., et al. "catalytic activity of dbu in polyurethane formation: a comparative study." journal of applied polymer science, 2018, 135(24): 46521.
- meier, m. a. r., et al. "organocatalysis in polyurethane chemistry: recent advances and future perspectives." green chemistry, 2017, 19(10): 2297–2314.
- koning, c. e., et al. "non-tin catalysts for polyurethane applications: mechanisms and performance." progress in polymer science, 2016, 54-55: 1–28.
如果你是從事聚氨酯密封膠研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用的技術(shù)人員，不妨多給dbu一點(diǎn)關(guān)注。也許，它就是你一直在尋找的那個(gè)“快干小能手”。
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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?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(lèi)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(zhǎng)；
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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(lái)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(duì)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(lèi)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。