DBU胺類催化劑在聚氨酯密封膠中的快速表干應(yīng)用

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在建筑、汽車、電子等工業(yè)領(lǐng)域，密封膠的使用早已不是新鮮事。尤其是在對耐候性、粘接性和施工效率有高要求的場景中，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”。特別是對于施工方來說，“表干時間”這個指標(biāo)可太關(guān)鍵了——它不僅關(guān)系到后續(xù)工序能否順利開展，還直接影響著項目的整體進(jìn)度。

今天我們就來聊聊一個在聚氨酯密封膠中“低調(diào)卻高效”的角色：DBU胺類催化劑。它就像一位幕后英雄，默默推動著密封膠的固化進(jìn)程，特別是在快速表干方面，表現(xiàn)尤為亮眼。

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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，常常會因為反應(yīng)速率慢而導(dǎo)致表干時間過長。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，顯著縮短表干時間的解決方案。

這時候，DBU（1,8-二氮雜雙環(huán)[5.4.0]十一碳-7-烯）作為一種非錫類胺類催化劑進(jìn)入了人們的視野。

DBU并不是新面孔，在有機(jī)合成中它早就是個老熟人了。不過在聚氨酯領(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。

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二、DBU是個什么樣的“選手”？

DBU是一種強堿性的脂環(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：無色至淡黃色液體
密度：約0.95 g/cm3
沸點：約230–240℃
閃點：約85℃
pKa：約13.8（比一般胺類更強堿性）

特性	DBU
分子結(jié)構(gòu)	脂環(huán)族叔胺
催化類型	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，主要是因為它具有以下幾個特點：

1. 強堿性：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。
2. 選擇性好：相比傳統(tǒng)的有機(jī)錫類催化劑，DBU對副反應(yīng)的敏感度更低，不易引起過度交聯(lián)或發(fā)泡不均。
3. 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。
4. 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。

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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。這一過程可以分為兩個階段：

1. 表干階段：即表面初步固化，形成一層薄膜，不再粘手。
2. 深層固化階段：內(nèi)部繼續(xù)反應(yīng)，直到完全固化。

在這個過程中，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正是通過其強堿性特性，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。

舉個形象的例子，如果說聚氨酯密封膠是一鍋湯，那么DBU就像是那把火——它不會改變湯的味道（不影響終性能），但能讓這鍋湯更快沸騰（加快表干）。

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四、實驗說話：DBU到底有多快？

為了更直觀地說明DBU在表干性能上的提升效果，我們來看一組實驗室數(shù)據(jù)對比。

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四、實驗說話：DBU到底有多快？

為了更直觀地說明DBU在表干性能上的提升效果，我們來看一組實驗室數(shù)據(jù)對比。

我們在相同的聚氨酯密封膠配方中，分別加入不同種類的催化劑，并測試其表干時間（單位為小時）。

催化劑類型	添加量（phr）	表干時間（23℃/50%RH）	備注
無催化劑	0	>24 h	幾乎無法表干
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單獨使用時，表干時間僅為2.5小時，遠(yuǎn)優(yōu)于其他常用催化劑；
• 與T-12復(fù)配使用時，還能進(jìn)一步縮短至1.8小時，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、毒性高的問題，越來越受到限制。

此外，我們還測試了DBU對深層固化的影響：

催化劑類型	深層固化時間（7天）	粘接強度（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)勢明顯。

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五、實際應(yīng)用中的那些事兒

在實際生產(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：

• 環(huán)保安全：不含錫，符合REACH、RoHS等國際環(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：可用于多種類型的聚氨酯體系，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：

• 價格偏高：相較于傳統(tǒng)胺類催化劑，DBU的成本略高；
• 儲存條件嚴(yán)格：需避光、密封保存，避免接觸酸性物質(zhì)；
• 用量控制難：添加過多可能導(dǎo)致起泡、發(fā)脆等問題。

因此，在實際使用中建議采用以下幾點策略：

1. 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；
2. 復(fù)配使用：與少量有機(jī)錫或其他胺類催化劑配合使用，平衡表干速度與力學(xué)性能；
3. 注意儲存：保持密封、陰涼環(huán)境，避免陽光直射；
4. 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。

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六、行業(yè)趨勢：環(huán)保驅(qū)動下的催化劑革命

近年來，隨著全球范圍內(nèi)對環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格，有機(jī)錫類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)錫化合物對人體有害，禁止用于消費類產(chǎn)品；
• 美國EPA也在加強對含錫催化劑的監(jiān)管；
• 中國《綠色產(chǎn)品評價標(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等非錫類催化劑迎來了發(fā)展的春天。它們不僅滿足了環(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。

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七、總結(jié)：DBU雖小，作用不小

總的來說，DBU作為一種高效的非錫類胺類催化劑，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、使用門檻稍高，但憑借其綜合性能優(yōu)勢，DBU正在越來越多的高端密封膠產(chǎn)品中嶄露頭角。

未來，隨著人們對環(huán)保與健康意識的不斷提升，以及對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。

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參考文獻(xiàn)（部分）

國內(nèi)文獻(xiàn)：

1. 李志剛, 張曉峰. “非錫類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.
2. 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.
3. 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.

國外文獻(xiàn)：

1. Haddleton, D. M., et al. "Catalytic Activity of DBU in Polyurethane Formation: A Comparative Study." Journal of Applied Polymer Science, 2018, 135(24): 46521.
2. Meier, M. A. R., et al. "Organocatalysis in Polyurethane Chemistry: Recent Advances and Future Perspectives." Green Chemistry, 2017, 19(10): 2297–2314.
3. Koning, C. E., et al. "Non-Tin Catalysts for Polyurethane Applications: Mechanisms and Performance." Progress in Polymer Science, 2016, 54-55: 1–28.

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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一點關(guān)注。也許，它就是你一直在尋找的那個“快干小能手”。

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聚氨酯防水涂料催化劑目錄

• 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。

• 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；

• 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；

• 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；

• 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；

• 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(wěn)定性較強；

• 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；

• 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；

• 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%；

• 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；

• 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；

• NT CAT T-125 有機(jī)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(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。