DBU胺類催化劑在聚氨酯密封膠中的快速表干應用
DBU胺類催化劑在聚氨酯密封膠中的快速表干應用
在建筑、汽車、電子等工業領域，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”這個指標可太關鍵了——它不僅關系到后續工序能否順利開展，還直接影響著項目的整體進度。
今天我們就來聊聊一個在聚氨酯密封膠中“低調卻高效”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程，特別是在快速表干方面，表現尤為亮眼。
一、從“慢工出細活”到“快馬加鞭”，密封膠也需要速度
傳統聚氨酯密封膠雖然性能優越，但在低溫或濕度較低的環境下，常常會因為反應速率慢而導致表干時間過長。這就意味著施工后需要等待更久才能進行下一步操作，嚴重影響施工效率。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[5.4.0]十一碳-7-烯）作為一種非錫類胺類催化劑進入了人們的視野。
DBU并不是新面孔，在有機合成中它早就是個老熟人了。不過在聚氨酯領域的應用，尤其是作為促進表干的催化劑，近幾年才逐漸被廣泛接受和研究。
二、DBU是個什么樣的“選手”？
DBU是一種強堿性的脂環族叔胺化合物，化學結構如下：
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 |
|---|---|
| 分子結構 | 脂環族叔胺 |
| 催化類型 | 堿性催化 |
| 溶解性 | 可溶于大多數有機溶劑 |
| 穩定性 | 在常溫下穩定，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：
- 強堿性：能夠有效促進異氰酸酯與水之間的反應，從而加速二氧化碳氣體的釋放，加快表面干燥。
- 選擇性好：相比傳統的有機錫類催化劑，DBU對副反應的敏感度更低，不易引起過度交聯或發泡不均。
- 環保友好：不含重金屬，符合當前低VOC及環保法規的趨勢。
- 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型聚氨酯體系。
三、DBU如何讓聚氨酯密封膠“秒速變干”？
要理解DBU的作用機制，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（—NCO）與空氣中的水分發生反應，生成氨基甲酸酯結構并釋放二氧化碳。這一過程可以分為兩個階段：
- 表干階段：即表面初步固化，形成一層薄膜，不再粘手。
- 深層固化階段：內部繼續反應，直到完全固化。
在這個過程中，催化劑扮演著至關重要的角色。它能降低反應活化能，提高反應速率。而DBU正是通過其強堿性特性，促進了異氰酸酯與水之間的反應，使得CO?迅速逸出，形成微孔結構，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）。
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據對比。
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據對比。
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（有機錫） | 0.1 | 3 h | 表干較快，但氣味大 |
| DBU + T-12復配 | 0.1+0.05 | 1.8 h | 協同效應明顯 |
從上表可以看出：
- DBU單獨使用時，表干時間僅為2.5小時，遠優于其他常用催化劑；
- 與T-12復配使用時，還能進一步縮短至1.8小時，顯示出良好的協同效應；
- 有機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性能，反而在環保性和氣味控制方面優勢明顯。
五、實際應用中的那些事兒
在實際生產中，DBU的應用也不是一帆風順的，它也有自己的“性格”。
優點：
- 環保安全：不含錫，符合REACH、RoHS等國際環保標準；
- 氣味輕：施工環境友好，工人更容易接受；
- 適應性強：可用于多種類型的聚氨酯體系，包括單組分和雙組分；
- 復配靈活：可與其他催化劑如T-9、T-12、DABCO等復配使用，達到佳效果。
缺點：
- 價格偏高：相較于傳統胺類催化劑，DBU的成本略高；
- 儲存條件嚴格：需避光、密封保存，避免接觸酸性物質；
- 用量控制難：添加過多可能導致起泡、發脆等問題。
因此，在實際使用中建議采用以下幾點策略：
- 控制添加量：通常推薦添加量為0.1~0.3 phr，具體視配方和環境而定；
- 復配使用：與少量有機錫或其他胺類催化劑配合使用，平衡表干速度與力學性能；
- 注意儲存：保持密封、陰涼環境，避免陽光直射；
- 做好工藝優化：根據施工環境調整配方，確保佳性能。
六、行業趨勢：環保驅動下的催化劑革命
近年來，隨著全球范圍內對環保法規的日益嚴格，有機錫類催化劑正逐步被限制甚至禁用。例如：
- 歐盟REACH法規明確指出，某些有機錫化合物對人體有害，禁止用于消費類產品；
- 美國EPA也在加強對含錫催化劑的監管；
- 中國《綠色產品評價標準》也將是否使用環保催化劑列為重要指標。
在這種背景下，DBU等非錫類催化劑迎來了發展的春天。它們不僅滿足了環保要求，還在性能上展現出不俗的表現，成為新一代聚氨酯密封膠的理想選擇。
七、總結：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，而且在環保性和安全性方面也表現出色。盡管成本略高、使用門檻稍高，但憑借其綜合性能優勢，DBU正在越來越多的高端密封膠產品中嶄露頭角。
未來，隨著人們對環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域發揮更大的作用。
參考文獻（部分）
國內文獻：
- 李志剛, 張曉峰. “非錫類催化劑在聚氨酯密封膠中的應用進展.”《聚氨酯工業》, 2021, 36(3): 1-6.
- 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.
- 陳立軍, 趙文靜. “環保型聚氨酯密封膠催化劑的研究現狀.”《粘接》, 2019, 40(7): 55-59.
國外文獻：
- Haddleton, D. M., et al. "Catalytic Activity of DBU in Polyurethane Formation: A Comparative Study." Journal of Applied Polymer Science, 2018, 135(24): 46521.
- Meier, M. A. R., et al. "Organocatalysis in Polyurethane Chemistry: Recent Advances and Future Perspectives." Green Chemistry, 2017, 19(10): 2297–2314.
- Koning, C. E., et al. "Non-Tin Catalysts for Polyurethane Applications: Mechanisms and Performance." Progress in Polymer Science, 2016, 54-55: 1–28.
如果你是從事聚氨酯密封膠研發、生產和應用的技術人員，不妨多給DBU一點關注。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
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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。