環(huán)氧促進(jìn)劑DBU與其他胺類固化劑的協(xié)同效應(yīng)及性能調(diào)控
各位朋友，各位同行，大家好！我是今天的主講人，很高興能在這里和大家一起聊聊環(huán)氧樹脂固化中的那些事兒，特別是關(guān)于環(huán)氧促進(jìn)劑DBU與胺類固化劑之間的“愛恨情仇”及其性能調(diào)控。
咱們都知道，環(huán)氧樹脂就像一位“天生麗質(zhì)難自棄”的佳人，擁有優(yōu)異的粘接性、耐腐蝕性、電絕緣性等等一系列迷人的優(yōu)點(diǎn)。但是呢，這位佳人也有一點(diǎn)“高冷”，需要借助外力才能“嫁”出去，完成固化，從而釋放她全部的魅力。而這個“外力”，就是我們常說的固化劑和促進(jìn)劑。
今天，我們要重點(diǎn)關(guān)注的就是DBU——1,8-二氮雜雙環(huán)[5.4.0]十一碳-7-烯，這位在環(huán)氧固化界名聲赫赫的“催化大師”，以及它和胺類固化劑之間的那些奇妙故事。
一、DBU：環(huán)氧固化界的“妙手神醫(yī)”
DBU，從化學(xué)結(jié)構(gòu)上看，就是一個環(huán)狀的有機(jī)堿，它就像一位“妙手神醫(yī)”，能加速環(huán)氧樹脂的固化反應(yīng)。為什么這么說呢？因?yàn)樗梢酝ㄟ^以下幾種方式發(fā)揮作用：
- 活化環(huán)氧基： DBU可以與環(huán)氧基發(fā)生作用，使其更易受到胺類固化劑的攻擊，就像“牽線搭橋”，讓“有情人終成眷屬”。
- 加速胺類固化劑反應(yīng)： DBU可以作為質(zhì)子受體，活化胺類固化劑，使其反應(yīng)活性更高，固化速度更快，堪稱“神助攻”。
- 促進(jìn)交聯(lián)反應(yīng)： DBU還能促進(jìn)環(huán)氧樹脂分子之間的交聯(lián)反應(yīng)，使得固化后的產(chǎn)物具有更致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，性能更上一層樓。
為了讓大家更直觀地了解DBU這位“妙手神醫(yī)”，我們不妨來看看它的“體檢報(bào)告”——產(chǎn)品參數(shù)：
| 產(chǎn)品名稱 | 1,8-二氮雜雙環(huán)[5.4.0]十一碳-7-烯 (DBU) |
|---|---|
| CAS No. | 6674-22-2 |
| 分子式 | C9H16N2 |
| 分子量 | 152.23 |
| 外觀 | 無色至淡黃色液體 |
| 純度（GC） | ≥99.0% |
| 沸點(diǎn) | 80-83 °C (8 mmHg) |
| 密度 (20°C) | 1.018 g/mL |
| 折光率 (20°C) | 1.519 |
| 水分含量 | ≤0.1% |
| 應(yīng)用領(lǐng)域 | 環(huán)氧樹脂固化促進(jìn)劑、有機(jī)合成催化劑等 |
二、DBU與胺類固化劑：一場“相愛相殺”的協(xié)奏曲
胺類固化劑是環(huán)氧樹脂固化中的“常客”，它們種類繁多，各有千秋。常見的有脂肪胺、芳香胺、改性胺等等。當(dāng)DBU與胺類固化劑相遇時，就會上演一場“相愛相殺”的協(xié)奏曲。
- “相愛”：協(xié)同增效，性能飛躍
DBU與胺類固化劑的協(xié)同作用，可以顯著提高環(huán)氧樹脂的固化速度、固化程度和固化產(chǎn)物的性能。就好比兩位武林高手聯(lián)手，威力自然倍增。
* **加速固化：** 添加適量的DBU，可以顯著縮短環(huán)氧樹脂的固化時間，提高生產(chǎn)效率，這對于需要快速固化的場合尤為重要。
* **提高固化程度：** DBU可以促進(jìn)環(huán)氧基與胺基之間的反應(yīng)，使固化更加完全，減少殘留的環(huán)氧基，從而提高固化產(chǎn)物的耐熱性、耐化學(xué)性和力學(xué)性能。
* **改善低溫固化性能：** 在低溫條件下，胺類固化劑的活性往往較低，固化速度緩慢。而DBU的加入，可以有效提高低溫固化速率，拓寬了環(huán)氧樹脂的應(yīng)用范圍。-
“相殺”：用量需謹(jǐn)慎，過猶不及
當(dāng)然，DBU也不是萬能的，使用時需要控制好用量。如果添加過量，可能會帶來一些負(fù)面影響，比如：
- 固化速度過快： DBU的添加會加速固化反應(yīng)，但如果用量過多，可能導(dǎo)致固化速度過快，產(chǎn)生過多的熱量，引發(fā)局部過熱，甚至出現(xiàn)開裂、氣泡等問題。
- 影響儲存穩(wěn)定性： DBU屬于強(qiáng)堿性物質(zhì)，過量添加可能會降低環(huán)氧樹脂膠的儲存穩(wěn)定性，導(dǎo)致膠體粘度升高，甚至發(fā)生預(yù)固化現(xiàn)象。
- 氣味問題： DBU本身具有一定的氣味，過量添加可能會使固化產(chǎn)物帶有異味，影響使用體驗(yàn)。
三、DBU用量對環(huán)氧樹脂性能的影響：數(shù)據(jù)說話
為了更清晰地了解DBU用量對環(huán)氧樹脂性能的影響，我們用數(shù)據(jù)來說話，編制了以下表格，模擬了不同DBU用量下，環(huán)氧樹脂固化產(chǎn)物的關(guān)鍵性能變化。需要說明的是，這僅僅是模擬數(shù)據(jù)，具體數(shù)值會受到環(huán)氧樹脂類型、胺類固化劑類型、固化條件等多種因素的影響，實(shí)際應(yīng)用中需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
| DBU用量 (相對于環(huán)氧樹脂質(zhì)量百分比) | 固化時間 | 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 (Tg, °C) | 拉伸強(qiáng)度 (MPa) | 彎曲強(qiáng)度 (MPa) | 耐熱性 |
|---|---|---|---|---|---|
| 0% | 慢 | 80 | 50 | 80 | 較差 |
| 0.5% | 較快 | 95 | 65 | 100 | 良好 |
| 1% | 快 | 110 | 75 | 120 | 優(yōu)異 |
| 2% | 很快 | 115 | 70 | 110 | 優(yōu)異 |
| 3% | 過快，可能產(chǎn)生氣泡 | 110 | 60 | 90 | 較好，但可能存在缺陷 |
從上表可以看出：
- 適量添加DBU可以顯著提高固化速度和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度越高，通常意味著材料的耐熱性越好。
- DBU用量在一定范圍內(nèi)，可以提高拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度。 但過量添加反而可能導(dǎo)致力學(xué)性能下降，這可能是由于固化速度過快導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力增大，或者網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不均勻造成的。
- DBU用量需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化。 并非越多越好，過猶不及。
四、性能調(diào)控：玩轉(zhuǎn)DBU，定制專屬環(huán)氧體系
- 適量添加DBU可以顯著提高固化速度和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度越高，通常意味著材料的耐熱性越好。
- DBU用量在一定范圍內(nèi)，可以提高拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度。 但過量添加反而可能導(dǎo)致力學(xué)性能下降，這可能是由于固化速度過快導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力增大，或者網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不均勻造成的。
- DBU用量需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化。 并非越多越好，過猶不及。
四、性能調(diào)控：玩轉(zhuǎn)DBU，定制專屬環(huán)氧體系
既然DBU和胺類固化劑之間存在著如此復(fù)雜的關(guān)系，那么如何才能玩轉(zhuǎn)DBU，定制出性能優(yōu)的環(huán)氧體系呢？這里給大家分享幾個小技巧：
- 選擇合適的胺類固化劑： 不同的胺類固化劑與DBU的協(xié)同效果不同。一般來說，脂肪胺類固化劑反應(yīng)活性較高，與DBU的協(xié)同效果更明顯；而芳香胺類固化劑反應(yīng)活性較低，需要更高的DBU用量才能達(dá)到理想的固化效果。
- 調(diào)整DBU用量： DBU的用量需要根據(jù)環(huán)氧樹脂的類型、胺類固化劑的類型、固化條件以及目標(biāo)性能進(jìn)行優(yōu)化。可以通過實(shí)驗(yàn)摸索出佳的用量范圍。
- 與其他助劑配合使用： 除了DBU，還可以添加其他助劑，如增韌劑、消泡劑、填料等，來進(jìn)一步改善環(huán)氧樹脂的性能。例如，添加納米二氧化硅可以提高固化產(chǎn)物的硬度和耐磨性；添加液體橡膠可以提高固化產(chǎn)物的韌性和抗沖擊強(qiáng)度。
- 靈活調(diào)整固化條件： 固化溫度、固化時間等都會影響環(huán)氧樹脂的固化效果。通過調(diào)整固化條件，可以更好地發(fā)揮DBU的促進(jìn)作用，優(yōu)化固化產(chǎn)物的性能。
五、案例分享：DBU在實(shí)際應(yīng)用中的“高光時刻”
為了讓大家更深入地了解DBU的應(yīng)用，我們來看幾個實(shí)際的案例：
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案例一：快速固化涂料
在某些需要快速固化的涂料應(yīng)用中，如汽車修補(bǔ)漆、地坪漆等，為了提高施工效率，通常會添加DBU作為促進(jìn)劑。通過DBU的加速作用，可以顯著縮短涂層的干燥時間，提高生產(chǎn)效率。
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案例二：低溫固化膠粘劑
在某些低溫環(huán)境下，如冬季施工或冷庫維修等，環(huán)氧膠粘劑的固化速度會大大降低。此時，添加適量的DBU可以提高低溫固化速率，保證膠粘劑的正常使用。
-
案例三：高性能復(fù)合材料
在高性能復(fù)合材料領(lǐng)域，如航空航天、風(fēng)力發(fā)電等，對環(huán)氧樹脂的性能要求非常高。通過DBU與胺類固化劑的協(xié)同作用，可以提高復(fù)合材料的耐熱性、力學(xué)性能和耐化學(xué)性，滿足嚴(yán)苛的應(yīng)用需求。
六、總結(jié)與展望：DBU，未來可期！
總而言之，DBU作為一種高效的環(huán)氧促進(jìn)劑，在環(huán)氧樹脂固化中扮演著重要的角色。它與胺類固化劑之間的協(xié)同作用，可以顯著提高環(huán)氧樹脂的固化速度和固化產(chǎn)物的性能。但是，DBU的使用也需要謹(jǐn)慎，用量過多可能會帶來負(fù)面影響。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行優(yōu)化，選擇合適的胺類固化劑，調(diào)整DBU用量，并與其他助劑配合使用，才能定制出性能優(yōu)的環(huán)氧體系。
展望未來，隨著環(huán)氧樹脂應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，對環(huán)氧樹脂的性能要求也越來越高。相信DBU作為一種高效的促進(jìn)劑，將在環(huán)氧樹脂領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，助力我們開發(fā)出更多高性能、多功能的環(huán)氧材料！
好了，今天的分享就到這里，感謝大家的聆聽！希望我的講解能對大家有所幫助。如果大家有什么問題，歡迎隨時提問，我們一起交流學(xué)習(xí)！ 謝謝大家！
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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，組合料儲存時間長；
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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。