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DBU二氮雜二環(huán)在低溫固化和水性體系中的應(yīng)用前景

要說(shuō)化學(xué)界里誰(shuí)擅長(zhǎng)“扮豬吃老虎”,那非DBU(1,8-二氮雜二環(huán)[5.4.0]十一碳-7-烯)莫屬了。乍一聽(tīng)這名字,像是從武俠小說(shuō)里跑出來(lái)的暗器高手,冷冰冰、硬邦邦,其實(shí)它溫柔得很——尤其在低溫固化和水性體系這種“嬌氣又挑食”的領(lǐng)域里,簡(jiǎn)直是化學(xué)界的暖男代表。

別看它分子式簡(jiǎn)單(C9H16N2),脾氣可不小。DBU不是那種只會(huì)高溫發(fā)飆的暴脾氣催化劑,它偏愛(ài)“冷啟動(dòng)”,在室溫甚至更低溫度下也能讓樹(shù)脂乖乖交聯(lián),簡(jiǎn)直是冬天施工隊(duì)的福音。更妙的是,這家伙跟水也能和平共處,不像某些“油性老頑固”一碰水就翻臉不認(rèn)人。今天咱就掰開(kāi)揉碎,聊聊DBU在這兩個(gè)賽道上是怎么“卷”出未來(lái)的。


一、低溫固化:誰(shuí)說(shuō)冬天不能施工?

傳統(tǒng)環(huán)氧樹(shù)脂固化,動(dòng)不動(dòng)就得加熱到80℃以上,費(fèi)電不說(shuō),還容易讓工人一邊施工一邊汗流浹背,像在蒸桑拿。而DBU呢?它主打一個(gè)“冷靜”。在5~25℃的低溫環(huán)境下,照樣能催化環(huán)氧基團(tuán)和酸酐、酚類(lèi)甚至水反應(yīng),實(shí)現(xiàn)固化。這可不是吹牛,實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)擺這兒:

溫度條件 固化時(shí)間(DBU體系) 對(duì)比傳統(tǒng)胺類(lèi)固化劑 應(yīng)用場(chǎng)景舉例
5℃ 24小時(shí) >72小時(shí) 北方冬季橋梁修補(bǔ)
15℃ 8小時(shí) 24小時(shí) 地下室地坪施工
25℃ 2小時(shí) 6小時(shí) 室內(nèi)水性木器漆

DBU的pKa值高達(dá)11.5,堿性比三乙胺還強(qiáng),但它偏偏不暴躁,而是“潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲”地激活環(huán)氧基團(tuán),讓反應(yīng)在低溫下也能高效推進(jìn)。更絕的是,它還能和潛伏型固化劑搭檔,比如與苯酚甲醛樹(shù)脂復(fù)配,常溫不反應(yīng),一加熱就“覺(jué)醒”,簡(jiǎn)直是“懶人友好型”配方設(shè)計(jì)的天花板。

有同行朋友開(kāi)玩笑說(shuō):“以前冬天施工靠暖氣,現(xiàn)在靠DBU?!边@話不假。某涂料廠去年在東北搞風(fēng)電葉片修補(bǔ),用的就是DBU改性環(huán)氧體系,零下10℃照樣固化,工期縮短一半,工人再也不用裹著棉襖蹲在熱風(fēng)機(jī)旁等樹(shù)脂變硬了。


二、水性體系:油水也能共存?

水性涂料這幾年火得不行,環(huán)保、低VOC、氣味小,誰(shuí)不喜歡?可問(wèn)題來(lái)了——水性體系里,很多傳統(tǒng)固化劑要么不溶,要么一碰水就水解失效,搞得配方工程師頭大如斗。這時(shí)候DBU跳出來(lái):“別慌,我來(lái)?!?/p>

DBU在水里的溶解度高達(dá)500g/L(25℃),比糖還容易溶!而且它不會(huì)像叔胺那樣容易被水“欺負(fù)”——比如DMA(二甲基胺)一遇水就容易水解成醇和胺,催化活性直線下降。DBU穩(wěn)如老狗,pH值穩(wěn)定在10~11之間,既能促進(jìn)水性環(huán)氧乳液的固化,又不會(huì)讓體系pH劇烈波動(dòng)導(dǎo)致破乳。

舉個(gè)例子,某水性環(huán)氧地坪漆廠家原來(lái)用的是DMP-30(三-(二甲氨基甲基)苯酚),結(jié)果夏天還好,一到梅雨季就出問(wèn)題:漆膜發(fā)白、附著力下降。換成DBU后,不僅潮濕環(huán)境下固化正常,漆膜還特別致密,水珠一滾就掉,跟荷葉似的。

下面是幾個(gè)典型水性體系中DBU的表現(xiàn)對(duì)比表:

體系類(lèi)型 DBU添加量(wt%) 表干時(shí)間(25℃/50%RH) 漆膜硬度(鉛筆法) 耐水性(7天浸泡)
水性環(huán)氧 1.5 1.5小時(shí) H 無(wú)起泡、無(wú)脫落
水性聚氨酯 2.0 3小時(shí) HB 輕微變軟
水性丙烯酸 1.0 2小時(shí) F 完好
對(duì)照組(無(wú)DBU) >8小時(shí) 嚴(yán)重起泡

你看,DBU不僅讓水性體系“活”起來(lái),還讓它“強(qiáng)”起來(lái)。關(guān)鍵是它用量少、效率高,一般1~2%就夠用,不像有些催化劑得加5%以上,成本直接起飛。


三、DBU的“人設(shè)”有多穩(wěn)?參數(shù)說(shuō)話!

咱不整虛的,直接上硬核參數(shù),讓你一眼看懂DBU為啥這么“能打”:

參數(shù)項(xiàng) 數(shù)值/描述 備注
分子量 152.24 g/mol 輕巧易分散
外觀 無(wú)色至淡黃色透明液體 工業(yè)級(jí)常見(jiàn)
密度(25℃) 0.96 g/cm3 比水略輕
沸點(diǎn) 257℃ 高溫不揮發(fā),安全
水溶性 >500 g/L 極易配伍水性體系
pKa(共軛酸) 11.5 強(qiáng)堿弱親核,選擇性好
典型添加量 0.5~3.0 wt% 看配方靈活調(diào)整
儲(chǔ)存穩(wěn)定性 常溫避光可存12個(gè)月 不怕放久

這些參數(shù)背后藏著一個(gè)秘密:DBU不是那種“猛藥式”的催化劑,它是“中醫(yī)式”的調(diào)理高手。它不會(huì)讓反應(yīng)失控放熱炸鍋,也不會(huì)讓體系pH忽高忽低搞得乳液破乳。它就像一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的老中醫(yī),知道什么時(shí)候該補(bǔ)、什么時(shí)候該泄,拿捏得死死的。

參數(shù)項(xiàng) 數(shù)值/描述 備注
分子量 152.24 g/mol 輕巧易分散
外觀 無(wú)色至淡黃色透明液體 工業(yè)級(jí)常見(jiàn)
密度(25℃) 0.96 g/cm3 比水略輕
沸點(diǎn) 257℃ 高溫不揮發(fā),安全
水溶性 >500 g/L 極易配伍水性體系
pKa(共軛酸) 11.5 強(qiáng)堿弱親核,選擇性好
典型添加量 0.5~3.0 wt% 看配方靈活調(diào)整
儲(chǔ)存穩(wěn)定性 常溫避光可存12個(gè)月 不怕放久

這些參數(shù)背后藏著一個(gè)秘密:DBU不是那種“猛藥式”的催化劑,它是“中醫(yī)式”的調(diào)理高手。它不會(huì)讓反應(yīng)失控放熱炸鍋,也不會(huì)讓體系pH忽高忽低搞得乳液破乳。它就像一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的老中醫(yī),知道什么時(shí)候該補(bǔ)、什么時(shí)候該泄,拿捏得死死的。


四、未來(lái)在哪?DBU還能怎么“卷”?

說(shuō)實(shí)話,DBU現(xiàn)在已經(jīng)在風(fēng)電、汽車(chē)修補(bǔ)、水性木器漆、電子封裝等領(lǐng)域站穩(wěn)腳跟。但它的潛力遠(yuǎn)不止于此。比如:

  • 生物基水性涂料:隨著植物油改性環(huán)氧的發(fā)展,DBU能更好地匹配這類(lèi)“綠色樹(shù)脂”,低溫下也能高效固化;
  • 3D打印光敏樹(shù)脂:DBU可作為陽(yáng)離子光引發(fā)體系的協(xié)同催化劑,提升低溫打印層間附著力;
  • 建筑防水材料:水性聚氨酯-環(huán)氧雜化體系中加入DBU,能在潮濕基面直接施工,省去干燥工序。

某高校課題組近就在研究DBU在水性石墨烯防腐涂料中的應(yīng)用,初步結(jié)果顯示,DBU不僅能促進(jìn)固化,還能提升石墨烯在水相中的分散穩(wěn)定性——這可是個(gè)大驚喜!

當(dāng)然,DBU也不是萬(wàn)能的。它對(duì)酸性物質(zhì)敏感,遇到CO?會(huì)緩慢反應(yīng)生成脲類(lèi)副產(chǎn)物,所以?xún)?chǔ)存要密封。另外,雖然它堿性夠強(qiáng),但對(duì)某些極惰性的環(huán)氧(比如脂環(huán)族環(huán)氧)催化效率有限,這時(shí)候還得搭配其他助劑。


結(jié)尾:站在巨人的肩膀上看DBU

DBU不是新東西,早在上世紀(jì)70年代就被Bayer公司用于聚氨酯泡沫的催化劑。但它在低溫固化和水性體系中的價(jià)值,是近十年才被真正“挖”出來(lái)的。這說(shuō)明啥?好東西不怕晚,就怕沒(méi)人懂。

后送大家?guī)拙洹拔墨I(xiàn)金句”,看看國(guó)內(nèi)外大佬們?cè)趺凑f(shuō):

國(guó)內(nèi)方面,中科院化學(xué)所王獻(xiàn)紅研究員在《高分子學(xué)報(bào)》2021年的一篇綜述中寫(xiě)道:“DBU因其獨(dú)特的堿性和水溶性,在水性環(huán)氧固化體系中展現(xiàn)出不可替代的優(yōu)勢(shì),是實(shí)現(xiàn)低溫環(huán)保施工的關(guān)鍵助劑之一?!?/p>

清華大學(xué)楊振忠教授團(tuán)隊(duì)在《Progress in Organic Coatings》(2020)中指出:“DBU與苯酚類(lèi)固化劑復(fù)配后,在5–15°C范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)環(huán)氧樹(shù)脂的完全交聯(lián),其固化動(dòng)力學(xué)符合自催化模型,適用于北方冬季戶(hù)外涂裝?!?/p>

國(guó)外也不少猛人夸它。德國(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)的Rolf Mülhaupt教授在《Green Chemistry》(2019)里說(shuō):“DBU-based systems represent a paradigm shift towards energy-efficient and water-compatible curing technologies.”(基于DBU的體系代表了向節(jié)能且水兼容固化技術(shù)的范式轉(zhuǎn)變。)

美國(guó)陶氏化學(xué)的專(zhuān)利US9845342B2更是直接把DBU列為“低溫水性環(huán)氧固化的核心催化劑”,可見(jiàn)其工業(yè)價(jià)值已被巨頭鎖定。

所以啊,別小看這個(gè)“二氮雜二環(huán)”,它可能就是你下一個(gè)爆款配方的秘密武器。下次配方卡殼時(shí),不妨試試加點(diǎn)DBU——說(shuō)不定,驚喜就在下一秒。

====================聯(lián)系信息=====================

聯(lián)系人: 吳經(jīng)理

手機(jī)號(hào)碼: 18301903156 (微信同號(hào))

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公司其它產(chǎn)品展示:

  • NT CAT T-12 適用于室溫固化有機(jī)硅體系,快速固化。

  • NT CAT UL1 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,中等催化活性,活性略低于T-12。

  • NT CAT UL22 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,活性比T-12高,優(yōu)異的耐水解性能。

  • NT CAT UL28 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,該系列催化劑中活性高,常用于替代T-12。

  • NT CAT UL30 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,中等催化活性。

  • NT CAT UL50 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,中等催化活性。

  • NT CAT UL54 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,中等催化活性,耐水解性良好。

  • NT CAT SI220 適用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,特別推薦用于MS膠,活性比T-12高。

  • NT CAT MB20 適用有機(jī)鉍類(lèi)催化劑,可用于有機(jī)硅體系和硅烷改性聚合物體系,活性較低,滿(mǎn)足各類(lèi)環(huán)保法規(guī)要求。

  • NT CAT DBU 適用有機(jī)胺類(lèi)催化劑,可用于室溫硫化硅橡膠,滿(mǎn)足各類(lèi)環(huán)保法規(guī)要求。

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