取代脲類促進劑在環氧體系中作為高效潛伏性促進劑的作用機理與應用研究
各位朋友，大家好！
我是你們的老朋友，化工界的老馬。今天呢，咱們不講高深的理論，就聊聊咱們環氧樹脂固化加速劑里的小秘密，尤其是怎么“替換”掉那些不太讓人省心的“脲類”小伙伴，找到更高效、更聽話的“潛伏型”促進劑。
咱們都知道，環氧樹脂就像咱們建筑工地的“水泥”，本身呢，它比較“懶”，需要“固化劑”這位“勤勞的小工”來催化它，讓它變成堅固的“混凝土”。但是，有時候“小工”太勤快了，活還沒干完就固化了，這可不行！所以，我們需要一種“潛伏型”的“小工”，平時“潛伏”起來，到了關鍵時刻再“爆發”，這就是“潛伏型促進劑”！
那為什么我們要“替換”脲類促進劑呢？嗯，它們就像一些“性格不太穩定”的明星，雖然“人氣高”（加速效果好），但“負面新聞”也不少：比如，有些脲類加速劑在高溫下容易“變臉”（分解），釋放出有害物質，污染環境；有些呢，跟環氧樹脂的相容性不太好，搞得“混凝土”里出現“裂縫”（分層）；還有一些，儲存穩定性差，放著放著就“過期”（失效）了。總而言之，用起來不夠讓人安心。
所以，咱們得尋找更靠譜的“替代品”！這些“替代品”要像咱們的“老黃?！?，默默耕耘，高效穩定，而且還要“綠色環?！?，對吧？
一、環氧固化：一場需要“慢熱”的愛情
想要找到完美的“替代品”，咱們首先得了解環氧樹脂固化的“脾氣”。這就像談戀愛，不能上來就“轟轟烈烈”，得有個“慢熱”的過程。
環氧樹脂的固化，其實就是環氧基團與固化劑（比如胺類、酸酐類）發生化學反應，形成三維網狀結構的過程。這個過程需要能量，需要時間，需要合適的催化劑。
而促進劑的作用，就像“媒婆”，它能降低反應的“門檻”（活化能），加速“戀愛”的進程。但是，這個“媒婆”不能太“熱情”，否則會“揠苗助長”，導致固化反應過快，產生過多的熱量，反而影響固化質量。
所以，我們需要“潛伏型”的“媒婆”，平時安安靜靜地“潛伏”著，等到溫度升高或者其他條件滿足時，才開始“發力”，加速固化反應。
二、脲類促進劑：曾經的“當紅炸子雞”，如今的“隱憂”
脲類促進劑，曾經在環氧樹脂固化領域風靡一時，就像當年的“當紅炸子雞”。它們能有效降低固化溫度，縮短固化時間，提高固化物的性能。
常見的脲類促進劑包括：
- 二氰二胺（dicyandiamide, dicy）: 曾經的“老大哥”，應用廣泛，但溶解性差，需要研磨分散，容易團聚。
- 取代脲類: 通過在脲類分子上引入不同的取代基，可以調節其活性、溶解性和與環氧樹脂的相容性。常見的有n-(3,4-二氯苯基)-n,n-二甲基脲（dcmu）、n-(4-氯苯基)-n,n-二甲基脲（cpmu）等。
這些脲類促進劑的作用機理，簡單來說，就是它們能與環氧基團或固化劑發生反應，形成中間體，加速固化反應的進行。
但是，正如前面所說，脲類促進劑也存在一些問題：
- 高溫分解: 在高溫下，脲類促進劑容易分解，釋放出有毒氣體，對環境和人體健康造成危害。
- 相容性差: 有些脲類促進劑與環氧樹脂的相容性不好，容易導致固化物出現分層、開裂等現象。
- 儲存穩定性差: 脲類促進劑容易吸濕，導致失效，影響固化效果。
- 毒性: 部分脲類促進劑具有一定的毒性，對操作人員的健康構成威脅。
因此，尋找更安全、更環保、更高效的“替代品”，勢在必行！
三、潛伏性促進劑：默默守護，關鍵時刻爆發
那么，什么樣的促進劑才能勝任“替代品”的角色呢？它們必須具備以下特點：
- 潛伏性: 在常溫下穩定，不與環氧樹脂或固化劑發生反應，只有在特定條件下（如加熱、光照）才能被激活。
- 高效性: 激活后能迅速加速固化反應，縮短固化時間，提高固化效率。
- 安全性: 無毒、無害，對環境友好。
- 穩定性: 儲存穩定，不易吸濕、分解。
- 相容性: 與環氧樹脂和固化劑相容性好，不影響固化物的性能。
目前，研究比較多的潛伏性促進劑主要有以下幾類：
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咪唑類化合物: 咪唑及其衍生物具有良好的潛伏性和加速效果，可以通過包覆、鹽化等方法提高其潛伏性。常見的有：
- 咪唑包覆物: 將咪唑包裹在微膠囊中，只有在加熱時微膠囊破裂，咪唑才能釋放出來發揮作用。
- 咪唑鹽: 將咪唑與酸反應生成鹽，降低其活性，只有在加熱時鹽分解，咪唑才能釋放出來。
- 固體分散體: 將咪唑分散在固體基質中，只有在加熱時咪唑才能溶解出來。
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金屬有機化合物: 金屬有機化合物具有特殊的催化活性，可以通過配位、螯合等方法調節其活性和潛伏性。比如有機錫化合物、有機鋯化合物等。
- 咪唑包覆物: 將咪唑包裹在微膠囊中，只有在加熱時微膠囊破裂，咪唑才能釋放出來發揮作用。
- 咪唑鹽: 將咪唑與酸反應生成鹽，降低其活性，只有在加熱時鹽分解，咪唑才能釋放出來。
- 固體分散體: 將咪唑分散在固體基質中，只有在加熱時咪唑才能溶解出來。
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金屬有機化合物: 金屬有機化合物具有特殊的催化活性，可以通過配位、螯合等方法調節其活性和潛伏性。比如有機錫化合物、有機鋯化合物等。
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光酸/堿發生劑: 這類促進劑在光照下會產生酸或堿，從而引發固化反應。適用于光固化環氧樹脂體系。
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mannich堿類化合物: 曼尼希堿是一類含胺基和羰基的化合物，它在一定溫度下會分解出胺類，從而促進環氧樹脂的固化。例如二甲基胺基甲基苯酚（dmp-30）。雖然dmp-30并非完全潛伏，但它比傳統的胺類固化劑反應活性低，有一定的潛伏性，并且具有良好的溶解性，適用于多種環氧體系。
dmp-30 的具體參數如下表：產品名稱 dmp-30 化學名稱 二甲基胺基甲基苯酚 cas 編號 71074-89-0 外觀 無色至淡黃色液體 胺值 (mg koh/g) 220-240 密度 (g/cm3) @ 25°c 0.97-0.99 粘度 (cps) @ 25°c 20-50 溶解性 可溶于環氧樹脂、醇類、酮類等 推薦用量 1-5 phr (基于環氧樹脂的質量) 應用 環氧樹脂固化促進劑 -
胺加成物：通過胺類與環氧化合物反應形成加成物，這類加成物在較低溫度下反應緩慢，而在較高溫度下能快速與環氧樹脂反應。可以根據需要設計不同的胺和環氧化合物種類，以調節固化反應速度和潛伏性。
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基于可逆 diels-alder (rda) 反應的促進劑：利用 diels-alder 反應的可逆性。促進劑本身與環氧樹脂形成加合物，在常溫下穩定。加熱時，逆 diels-alder 反應發生，釋放出具有促進固化作用的物質。通過選擇合適的 diels-alder 反應物，可以調節激活溫度。
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有機磷催化劑： 部分有機磷化合物也能作為環氧固化催化劑。可以通過修飾有機磷化合物，提高其潛伏性，例如加入位阻較大的基團。加熱時，位阻消失，有機磷化合物開始發揮催化作用。
四、潛伏性促進劑的應用：各顯神通，大展宏圖
潛伏性促進劑的應用非常廣泛，幾乎涉及到環氧樹脂應用的各個領域。
- 粉末涂料: 潛伏性促進劑可以提高粉末涂料的儲存穩定性，防止結塊，提高涂膜的流平性和光澤度。
- 預浸料: 潛伏性促進劑可以延長預浸料的儲存時間，方便運輸和加工，提高復合材料的力學性能。
- 膠粘劑: 潛伏性促進劑可以提高膠粘劑的儲存穩定性和粘接強度，適用于各種材料的粘接。
- 電子封裝: 潛伏性促進劑可以提高電子封裝材料的可靠性和耐熱性，保護電子元件免受外界環境的影響。
五、案例分析：讓數據說話
為了更直觀地了解潛伏性促進劑的優勢，咱們來看幾個實際案例：
案例一：咪唑包覆物在粉末涂料中的應用
傳統的粉末涂料在儲存過程中容易結塊，影響使用。而使用了咪唑包覆物的粉末涂料，在40℃下儲存一個月后，仍然具有良好的流動性，固化后的涂膜也具有良好的光澤度和耐腐蝕性。
案例二：金屬有機化合物在預浸料中的應用
傳統的預浸料在儲存過程中容易發生固化，導致報廢。而使用了金屬有機化合物的預浸料，在室溫下儲存6個月后，仍然可以正常使用，固化后的復合材料也具有優異的力學性能。
案例三：曼尼希堿類化合物在單組分環氧膠黏劑中的應用
單組分環氧膠黏劑要求具有優異的儲存穩定性和快速固化性能。采用dmp-30作為潛伏性固化促進劑，可以在室溫下保證膠黏劑較長時間的儲存穩定性，而在加熱時又能迅速固化，實現高效粘接。
六、總結與展望：未來的路，還很長
總而言之，取代脲類促進劑，選擇更高效、更安全、更環保的潛伏型促進劑，是環氧樹脂固化技術發展的必然趨勢。雖然目前潛伏性促進劑的研究已經取得了一定的進展，但仍然存在一些挑戰：
- 成本較高: 一些潛伏性促進劑的合成工藝復雜，成本較高，限制了其應用。
- 激活條件苛刻: 有些潛伏性促進劑需要苛刻的激活條件，如高溫、高壓或特定波長的光照，限制了其應用范圍。
- 性能有待提高: 有些潛伏性促進劑的加速效果還不夠理想，需要進一步提高。
因此，未來的研究方向主要包括：
- 開發低成本、易合成的潛伏性促進劑。
- 開發在溫和條件下即可激活的潛伏性促進劑。
- 提高潛伏性促進劑的加速效果和與環氧樹脂的相容性。
- 探索新型的潛伏性促進劑體系，如生物基潛伏性促進劑。
我相信，隨著科技的不斷進步，潛伏性促進劑的未來一定會更加美好！它們將會在環氧樹脂固化領域發揮越來越重要的作用，為我們的生活帶來更多的便利和驚喜！
好了，今天的講座就到這里。謝謝大家的聆聽！如果大家有什么問題，歡迎提問！咱們共同探討，一起進步！
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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，是一種環保型金屬復合催化劑，不含rohs所限制的多溴聯、多溴二醚、鉛、汞、鎘等、辛基錫、丁基錫、基錫等九類有機錫化合物，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 廣泛應用于聚氨酯泡沫、彈性體、膠黏劑、密封膠和室溫固化有機硅體系；
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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，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，具有很強的延遲效果，與水的穩定性較強；
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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，可用于替代軟質塊狀泡沫、高密度軟質泡沫、噴涂泡沫、微孔泡沫以及硬質泡沫體系中的錫金屬催化劑，活性比有機錫相對較低；
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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構泡沫，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 有機錫類強凝膠催化劑，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具有更高的催化活性和選擇性，而且改善了水解穩定性，適用于硬質聚氨酯噴涂泡沫、模塑泡沫及case應用中。