單組份聚氨酯催干劑DMDEE在濕氣固化聚氨酯體系中的核心作用
單組分聚氨酯催干劑DMDEE在濕氣固化聚氨酯體系中的核心作用
聚氨酯材料，從我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ?jiàn)的沙發(fā)、床墊，到工業(yè)上的密封膠、涂料、膠黏劑，幾乎無(wú)處不在。而單組分濕氣固化聚氨酯（Moisture-Curing Polyurethane）體系，因其無(wú)需復(fù)雜的雙組分混合工藝，施工方便、環(huán)保性好，近年來(lái)在建筑、汽車(chē)、電子等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，這類(lèi)材料的固化過(guò)程依賴(lài)于環(huán)境中的濕氣，而濕氣的多少、溫度的高低，往往決定了固化速度的快慢。這就催生了一個(gè)關(guān)鍵角色——催干劑。而在眾多催干劑中，DMDEE（N,N-二甲基胺）因其優(yōu)異的催化性能，逐漸成為單組分濕氣固化聚氨酯體系中不可或缺的“加速器”。
一、DMDEE是什么？它為何能成為聚氨酯催干劑中的“佼佼者”？
DMDEE，全稱(chēng)N,N-二甲基胺，英文名Dimethylethanolamine，化學(xué)式為C4H11NO，是一種無(wú)色至淺黃色的液體，具有輕微的氨味。它屬于叔胺類(lèi)化合物，具有較強(qiáng)的堿性，在聚氨酯反應(yīng)中主要作為催化劑使用。
在濕氣固化聚氨酯體系中，其核心反應(yīng)是異氰酸酯（—NCO）與水（H2O）的反應(yīng)，生成氨基甲酸（—NH—CO—O—），進(jìn)而釋放出二氧化碳（CO2），并繼續(xù)與未反應(yīng)的異氰酸酯反應(yīng)形成脲鍵（—NH—CO—NH—），從而實(shí)現(xiàn)材料的交聯(lián)和固化。這個(gè)反應(yīng)速度較慢，特別是在低溫、低濕環(huán)境下，固化時(shí)間可能長(zhǎng)達(dá)數(shù)天甚至更久。
這時(shí)候，DMDEE就派上用場(chǎng)了。它通過(guò)提供堿性環(huán)境，加速水與異氰酸酯的反應(yīng)速率，從而顯著提升固化速度，縮短施工周期。更重要的是，DMDEE不像某些金屬類(lèi)催化劑（如錫類(lèi)催化劑）那樣存在毒性問(wèn)題，因此在環(huán)保要求日益嚴(yán)格的今天，其應(yīng)用前景十分廣闊。
二、DMDEE在濕氣固化聚氨酯體系中的作用機(jī)制
在濕氣固化聚氨酯體系中，DMDEE主要通過(guò)以下幾種機(jī)制發(fā)揮作用：
- 提高反應(yīng)活性：DMDEE作為堿性催化劑，能有效降低異氰酸酯與水之間的反應(yīng)活化能，從而加快反應(yīng)速度。
- 調(diào)節(jié)pH值：DMDEE的加入可提高體系的pH值，使水更容易解離，從而促進(jìn)與異氰酸酯的反應(yīng)。
- 促進(jìn)CO?釋放：水與異氰酸酯反應(yīng)生成CO?，DMDEE能加速這一過(guò)程，有助于氣泡的釋放，減少材料中的氣孔缺陷。
- 改善表面固化性能：由于DMDEE具有一定的揮發(fā)性，它可以在材料表面富集，加速表干，避免施工過(guò)程中表面被污染或破壞。
三、DMDEE與其他常見(jiàn)催干劑的對(duì)比
在濕氣固化聚氨酯體系中，常用的催干劑除了DMDEE，還有以下幾種：
| 催干劑類(lèi)型 | 化學(xué)名稱(chēng) | 特點(diǎn) | 優(yōu)點(diǎn) | 缺點(diǎn) |
|---|---|---|---|---|
| DMDEE | N,N-二甲基胺 | 叔胺類(lèi)，堿性較強(qiáng) | 催化效率高，環(huán)保，價(jià)格適中 | 稍有氨味，揮發(fā)性較強(qiáng) |
| DMP-30 | 2,4,6-三（二甲氨基甲基）苯酚 | 叔胺類(lèi)，苯酚衍生物 | 催化能力強(qiáng)，適用于多種聚氨酯體系 | 有顏色，可能影響淺色制品 |
| DBTDL | 二月桂酸二丁基錫 | 金屬催化劑 | 催化效率極高 | 毒性較高，環(huán)保性差 |
| TEA | 三胺 | 多官能堿性催化劑 | 成本低，來(lái)源廣 | 催化效果一般，易吸濕 |
| K-KAT 348 | 胺類(lèi)催化劑 | 專(zhuān)為濕氣固化設(shè)計(jì) | 催化效率高，氣味小 | 價(jià)格較高 |
從上表可以看出，DMDEE在催化效率、環(huán)保性、成本等方面都具有較好的平衡，因此在濕氣固化聚氨酯體系中被廣泛采用。
四、DMDEE的物理化學(xué)參數(shù)一覽
為了更好地理解DMDEE的性能，我們來(lái)看看它的主要物理化學(xué)參數(shù)：
| 參數(shù) | 數(shù)值 | 單位 | 備注 |
|---|---|---|---|
| 分子量 | 89.14 | g/mol | — |
| 外觀 | 無(wú)色至淺黃色透明液體 | — | — |
| 沸點(diǎn) | 134–136 | ℃ | 常壓下 |
| 密度 | 0.938–0.945 | g/cm3 | 25℃ |
| pH值（1%水溶液） | 11.5–12.0 | — | 堿性明顯 |
| 溶解性 | 易溶于水、、等 | — | — |
| 揮發(fā)性 | 中等 | — | 可在表面富集 |
| 氣味 | 有輕微氨味 | — | — |
| 閃點(diǎn) | 43 | ℃ | 可燃，需注意儲(chǔ)存安全 |
| 儲(chǔ)存條件 | 陰涼通風(fēng)處，避光密封 | — | 避免高溫和潮濕 |
這些參數(shù)決定了DMDEE在聚氨酯體系中的應(yīng)用方式和效果。例如，它的堿性決定了它能有效催化水與異氰酸酯的反應(yīng)；它的揮發(fā)性則有助于表面快速固化，但同時(shí)也要求在使用過(guò)程中注意通風(fēng)和密封保存。
五、DMDEE在實(shí)際應(yīng)用中的表現(xiàn)
1. 在聚氨酯密封膠中的應(yīng)用
在建筑密封膠中，濕氣固化聚氨酯密封膠因其優(yōu)異的彈性、耐候性和粘接性能而廣受歡迎。然而，在冬季或潮濕環(huán)境中，固化速度往往成為施工的一大瓶頸。加入DMDEE后，不僅表干時(shí)間可縮短至幾小時(shí)，整體固化時(shí)間也大大縮短，極大地提高了施工效率。
五、DMDEE在實(shí)際應(yīng)用中的表現(xiàn)
1. 在聚氨酯密封膠中的應(yīng)用
在建筑密封膠中，濕氣固化聚氨酯密封膠因其優(yōu)異的彈性、耐候性和粘接性能而廣受歡迎。然而，在冬季或潮濕環(huán)境中，固化速度往往成為施工的一大瓶頸。加入DMDEE后，不僅表干時(shí)間可縮短至幾小時(shí)，整體固化時(shí)間也大大縮短，極大地提高了施工效率。
2. 在聚氨酯防水涂料中的應(yīng)用
防水涂料要求快速表干，避免雨水沖刷造成涂層破壞。DMDEE的加入使得涂料在表面迅速形成保護(hù)膜，同時(shí)內(nèi)部繼續(xù)固化，兼顧了表干與實(shí)干的平衡。
3. 在電子灌封膠中的應(yīng)用
電子灌封膠要求低氣味、環(huán)保、快速固化，以適應(yīng)自動(dòng)化生產(chǎn)。DMDEE作為低毒、高效的催化劑，能夠滿足這些苛刻條件，成為電子行業(yè)的優(yōu)選催干劑之一。
六、DMDEE使用中的注意事項(xiàng)
盡管DMDEE性能優(yōu)良，但在實(shí)際使用中仍需注意以下幾點(diǎn)：
- 添加量控制：一般推薦添加量為樹(shù)脂總質(zhì)量的0.1%–1.0%，過(guò)量使用可能導(dǎo)致材料發(fā)脆或延長(zhǎng)實(shí)干時(shí)間。
- 儲(chǔ)存安全：DMDEE具有一定的揮發(fā)性和可燃性，應(yīng)儲(chǔ)存在陰涼通風(fēng)處，遠(yuǎn)離火源。
- 與體系兼容性：不同聚氨酯體系對(duì)DMDEE的敏感程度不同，建議在使用前進(jìn)行小試。
- 操作環(huán)境：使用時(shí)應(yīng)保持通風(fēng)，避免吸入蒸氣，必要時(shí)佩戴防護(hù)裝備。
七、DMDEE的市場(chǎng)前景與發(fā)展趨勢(shì)
隨著全球?qū)Νh(huán)保材料的需求日益增長(zhǎng)，金屬類(lèi)催化劑因毒性問(wèn)題正逐步被取代，而DMDEE等有機(jī)叔胺類(lèi)催化劑因其環(huán)保、高效、安全等優(yōu)點(diǎn)，正成為市場(chǎng)的主流選擇。
此外，隨著聚氨酯行業(yè)向高性能、多功能、低VOC（揮發(fā)性有機(jī)物）方向發(fā)展，DMDEE的應(yīng)用也在不斷拓展。例如，近年來(lái)出現(xiàn)的“延遲催化”技術(shù)，就是通過(guò)控制DMDEE的釋放速度，來(lái)實(shí)現(xiàn)更精確的固化控制，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。
八、結(jié)語(yǔ)：DMDEE——聚氨酯世界中的“加速器”
如果說(shuō)聚氨酯是一輛汽車(chē)，那么DMDEE就是那臺(tái)強(qiáng)勁的發(fā)動(dòng)機(jī)，讓它跑得更快、更穩(wěn)、更環(huán)保。它雖然不是聚氨酯體系的主角，卻在關(guān)鍵時(shí)刻發(fā)揮著不可替代的作用。
正如一位老化工人曾對(duì)我說(shuō)：“DMDEE就像我們廚房里的味精，加多了會(huì)苦，加少了沒(méi)味，但只要用對(duì)了量，整個(gè)體系就‘活’了。”
在未來(lái)，隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格和用戶對(duì)施工效率的更高要求，DMDEE無(wú)疑將在濕氣固化聚氨酯體系中扮演越來(lái)越重要的角色。
九、參考文獻(xiàn)
國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)：
- 張偉, 李強(qiáng). 濕氣固化聚氨酯密封膠的制備與性能研究[J]. 《高分子材料科學(xué)與工程》, 2019, 35(4): 78–83.
- 王麗, 陳剛. 聚氨酯催干劑的研究進(jìn)展[J]. 《化工新型材料》, 2020, 48(3): 45–49.
- 劉洋, 趙磊. 有機(jī)胺類(lèi)催化劑在濕氣固化聚氨酯中的應(yīng)用[J]. 《粘接》, 2021, 42(2): 112–116.
國(guó)外文獻(xiàn)：
- G. Oertel, Polyurethane Handbook, 2nd Edition, Hanser Publishers, 1994.
- J. H. Saunders, K. C. Frisch, Polyurethanes: Chemistry and Technology, Part I, Interscience Publishers, 1962.
- M. Szycher, Szycher’s Handbook of Polyurethanes, CRC Press, 2nd Edition, 2017.
- R. N. Wakelyn, Polyurethane Catalysts: Mechanism, Performance and Environmental Aspects, Journal of Coatings Technology, 2001, 73(917): 45–52.
這篇文章從DMDEE的化學(xué)性質(zhì)、作用機(jī)制、實(shí)際應(yīng)用、與其他催干劑的對(duì)比等多個(gè)角度，全面分析了它在濕氣固化聚氨酯體系中的核心作用。希望讀者能從中獲得對(duì)DMDEE更深入的理解，也為實(shí)際應(yīng)用提供參考。
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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。