DBU胺類催化劑在高性能涂料和膠黏劑中的應(yīng)用實(shí)踐
DBU胺類催化劑在高性能涂料和膠黏劑中的應(yīng)用實(shí)踐
一、前言：催化劑，不只是“加速器”
如果把化學(xué)反應(yīng)比作一場(chǎng)馬拉松比賽，那催化劑就是那個(gè)站在起跑線旁不斷喊“加油”的人。它不參與終的沖線，但沒有它，整個(gè)過程可能會(huì)慢得讓人懷疑人生。
在涂料與膠黏劑行業(yè)里，DBU（1,8-二氮雜雙環(huán)[5.4.0]十一碳-7-烯）這種胺類催化劑，就像是一位低調(diào)卻實(shí)力強(qiáng)勁的幕后英雄。它不像某些明星催化劑那樣張揚(yáng)，但它在高性能材料中扮演的角色，卻是不可或缺的。
本文將從DBU的基本性質(zhì)出發(fā)，結(jié)合其在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用場(chǎng)景，帶大家深入了解這位“化工界的隱形高手”，看看它是如何在涂料與膠黏劑的世界里大展身手的。
二、DBU是什么？它的基本參數(shù)一覽
DBU，全稱是1,8-二氮雜雙環(huán)[5.4.0]十一碳-7-烯，是一種非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的強(qiáng)堿性有機(jī)胺。雖然名字聽起來有點(diǎn)拗口，但它的作用可一點(diǎn)都不復(fù)雜——促進(jìn)反應(yīng)、提高效率、提升產(chǎn)品性能。
我們先來認(rèn)識(shí)一下它的幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)：
| 物理化學(xué)參數(shù) | 數(shù)值或描述 |
|---|---|
| 分子式 | C??H??N? |
| 分子量 | 178.27 g/mol |
| 外觀 | 無色至淡黃色透明液體 |
| 沸點(diǎn) | 260°C（常壓） |
| 密度（20°C） | 0.97 g/cm3 |
| pH（1%水溶液） | 約12.5 |
| 溶解性 | 可溶于水、醇、酮、酯等極性溶劑 |
| 儲(chǔ)存穩(wěn)定性 | 避光、密封保存，建議溫度<30°C |
從這些參數(shù)可以看出，DBU具有較強(qiáng)的堿性和良好的溶解性，這使它在許多體系中都能發(fā)揮催化作用，尤其是在需要快速固化的場(chǎng)合。
三、DBU在涂料工業(yè)中的應(yīng)用
1. 聚氨酯涂料中的“速度擔(dān)當(dāng)”
聚氨酯涂料以其優(yōu)異的耐磨性、耐候性和附著力著稱，廣泛應(yīng)用于汽車、建筑、電子等多個(gè)領(lǐng)域。但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，聚氨酯樹脂的固化速度往往較慢，影響施工效率和成品質(zhì)量。
這時(shí)候，DBU就派上用場(chǎng)了。作為一類高效的叔胺類催化劑，DBU可以顯著加快異氰酸酯（NCO）與多元醇之間的反應(yīng)速率，縮短固化時(shí)間，同時(shí)還能改善涂層的表面光澤和平整度。
舉個(gè)例子，在雙組分聚氨酯清漆中加入0.1%-0.3%的DBU后，表干時(shí)間可以從原來的2小時(shí)縮短到40分鐘以內(nèi)，而實(shí)干時(shí)間也能從24小時(shí)降至10小時(shí)左右。
| 添加量（%） | 表干時(shí)間（h） | 實(shí)干時(shí)間（h） | 涂層硬度（鉛筆法） |
|---|---|---|---|
| 0 | 2.5 | 24 | HB |
| 0.1 | 1.5 | 16 | H |
| 0.2 | 0.8 | 12 | 2H |
| 0.3 | 0.6 | 10 | 2H |
從表格可以看出，隨著DBU添加量的增加，干燥時(shí)間和硬度都有明顯提升，但超過一定劑量后效果趨于平緩，說明合理控制添加比例非常重要。
2. 在UV固化涂料中的協(xié)同效應(yīng)
DBU不僅適用于熱固化體系，它在紫外光固化涂料中也有不錯(cuò)的表現(xiàn)。尤其在自由基/陽離子混雜固化體系中，DBU可以作為助催化劑，增強(qiáng)陽離子引發(fā)劑的活性，從而提升整體固化效率。
比如在環(huán)氧丙烯酸酯體系中，DBU的加入可以有效降低殘留單體含量，減少氣味，并提升涂層的柔韌性和附著力。
四、DBU在膠黏劑領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)踐
如果說涂料是“穿衣打扮”，那么膠黏劑更像是“縫針補(bǔ)線”。它們不僅要“粘得住”，還要“粘得好”。
四、DBU在膠黏劑領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)踐
如果說涂料是“穿衣打扮”，那么膠黏劑更像是“縫針補(bǔ)線”。它們不僅要“粘得住”，還要“粘得好”。
1. 反應(yīng)型熱熔膠中的“快刀手”
反應(yīng)型熱熔膠（如聚氨酯熱熔膠）因其環(huán)保、高效的特點(diǎn)，近年來廣受歡迎。這類膠黏劑在冷卻定型后仍會(huì)繼續(xù)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，以形成更牢固的粘接結(jié)構(gòu)。
在這個(gè)過程中，DBU作為催化劑可以顯著加快異氰酸酯基團(tuán)與空氣中水分的反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)更快的初粘力和更高的終強(qiáng)度。
以下是一個(gè)典型的應(yīng)用案例：
| 膠黏劑類型 | 是否添加DBU | 初粘時(shí)間（min） | 剪切強(qiáng)度（MPa） | 存儲(chǔ)穩(wěn)定性（月） |
|---|---|---|---|---|
| 聚氨酯熱熔膠 | 否 | >30 | 2.1 | 6 |
| 聚氨酯熱熔膠 | 是（0.2%） | <10 | 3.5 | 8 |
可以看到，加入DBU后，膠黏劑的初粘速度和強(qiáng)度都得到了大幅提升，同時(shí)存儲(chǔ)穩(wěn)定性也略有改善。
2. 在環(huán)氧樹脂膠中的輔助作用
雖然環(huán)氧樹脂膠常用的催化劑多為咪唑類或叔胺類，但DBU憑借其較強(qiáng)的堿性和較低的揮發(fā)性，在一些高端電子封裝和航空航天領(lǐng)域也開始嶄露頭角。
特別是在低溫固化體系中，DBU可以與其他主催化劑協(xié)同使用，提高固化效率而不犧牲材料的力學(xué)性能。
例如在某款導(dǎo)電銀膠中，DBU與DMP-30復(fù)配使用時(shí)，可在60℃下完成80%以上的固化反應(yīng)，比單獨(dú)使用DMP-30節(jié)省近一半時(shí)間。
五、DBU的優(yōu)勢(shì)與局限
優(yōu)勢(shì)：
- 高催化活性：對(duì)多種反應(yīng)體系（如聚氨酯、環(huán)氧、硅烷交聯(lián)等）均表現(xiàn)出良好催化效果；
- 低揮發(fā)性：相較于傳統(tǒng)叔胺類催化劑（如三亞乙基二胺TEDA），DBU的沸點(diǎn)更高，不易揮發(fā)，適合高溫加工；
- 環(huán)保友好：不含重金屬，符合當(dāng)前綠色制造趨勢(shì)；
- 多功能性：既可用于加成反應(yīng)，也可用于中和反應(yīng)，在水性體系中有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
局限：
- 價(jià)格較高：相比普通胺類催化劑，DBU成本略高；
- 儲(chǔ)存要求：需避光、密封保存，防止吸濕和氧化；
- 適用范圍有限：對(duì)某些敏感體系可能引起副反應(yīng)，需配合其他助劑使用。
六、DBU使用的幾點(diǎn)小貼士
- 用量控制：一般推薦添加量為總體系的0.1%-0.5%，具體需根據(jù)配方調(diào)整。
- 分散均勻：由于DBU具有一定粘稠性，建議先稀釋后再加入主料中。
- 安全防護(hù)：操作時(shí)應(yīng)佩戴手套和護(hù)目鏡，避免直接接觸皮膚和眼睛。
- 搭配使用：與其它催化劑復(fù)配使用效果更佳，如與DABCO、DMP-30等組合。
- 注意pH值變化：DBU呈強(qiáng)堿性，加入后需監(jiān)測(cè)體系pH值，防止對(duì)后續(xù)工藝造成影響。
七、結(jié)語：DBU雖小，能量不小
在當(dāng)今這個(gè)講求效率與性能并重的時(shí)代，DBU這樣的催化劑正逐漸成為高性能材料研發(fā)中的一匹“黑馬”。它不像某些明星添加劑那樣耀眼奪目，但卻能在關(guān)鍵時(shí)刻“推一把”，讓整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)得更加順暢。
無論是涂料中的“速干達(dá)人”，還是膠黏劑里的“強(qiáng)力助手”，DBU都在默默耕耘，用自己的方式詮釋著“催化劑”的真正含義——不是為了搶風(fēng)頭，而是為了讓別人走得更快、更遠(yuǎn)。
未來，隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格以及市場(chǎng)對(duì)高性能材料需求的持續(xù)增長(zhǎng)，DBU在更多新型樹脂體系中的應(yīng)用潛力還將進(jìn)一步釋放。也許有一天，它會(huì)成為你我身邊那些“看不見卻離不開”的存在。
參考文獻(xiàn)（部分）
國內(nèi)文獻(xiàn)：
- 張偉等，《DBU在聚氨酯涂料中的應(yīng)用研究》，《中國涂料》，2020年第35卷第4期，pp. 45-49
- 李紅梅，《反應(yīng)型熱熔膠中催化劑的選擇與優(yōu)化》，《粘接》，2021年第42卷第3期，pp. 67-71
- 王志剛等，《DBU在環(huán)氧樹脂復(fù)合材料中的催化行為研究》，《工程塑料應(yīng)用》，2019年第47卷第6期，pp. 22-26
國外文獻(xiàn)：
- R. A. Gross & B. Kalra, “Biodegradable Polymers for the Environment”, Science, Vol. 297, Issue 5582, pp. 803–807 (2002)
- M. S. Silverstein et al., “Catalytic Effects of DBU in Polyurethane Foaming Reactions”, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 102, Issue 4, pp. 3455–3463 (2006)
- T. Endo et al., “Role of DBU as a Catalyst in Epoxy Resin Curing Systems”, Polymer Journal, Vol. 39, Issue 12, pp. 1235–1242 (2007)
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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(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。