關(guān)注新型DBU膠黏劑及其改性產(chǎn)品的研發(fā)方向
新型DBU膠黏劑及其改性產(chǎn)品的研發(fā)方向
在材料科學(xué)的江湖里，膠黏劑雖不是主角，卻是個(gè)不可或缺的配角。它不聲不響地粘合著我們生活的方方面面——從手機(jī)屏幕到汽車(chē)結(jié)構(gòu)，從家具拼接到航天器組裝。而在這一眾膠黏劑中，近年來(lái)有一匹黑馬脫穎而出：DBU膠黏劑。它的全稱(chēng)是1,8-二氮雜雙環(huán)[5.4.0]十一碳-7-烯（1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene），聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)拗口，但它的性能可一點(diǎn)都不“拗”。
DBU作為一種強(qiáng)堿性催化劑，在膠黏劑領(lǐng)域中的應(yīng)用正逐步升溫。尤其是在環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯、丙烯酸等體系中，DBU展現(xiàn)出了優(yōu)異的催化活性和獨(dú)特的固化行為。而隨著市場(chǎng)需求的不斷升級(jí)，對(duì)環(huán)保、高效、多功能膠黏劑的需求日益迫切，DBU膠黏劑及其改性產(chǎn)品的研發(fā)也成為材料界的“香餑餑”。
一、DBU是什么？為何如此“搶手”？
DBU是一種非親核性強(qiáng)堿，具有良好的熱穩(wěn)定性和低揮發(fā)性，廣泛應(yīng)用于有機(jī)合成中作為催化劑。但在膠黏劑領(lǐng)域的應(yīng)用，則更多體現(xiàn)在其作為潛伏性固化促進(jìn)劑的角色上。
DBU的主要物理化學(xué)參數(shù)如下表所示：
| 參數(shù) | 數(shù)值 |
|---|---|
| 分子式 | C9H16N2 |
| 分子量 | 152.24 g/mol |
| 熔點(diǎn) | 55–57°C |
| 沸點(diǎn) | 256–258°C |
| 密度 | 0.963 g/cm3 |
| 外觀 | 白色至淺黃色晶體 |
| 溶解性 | 可溶于水、醇類(lèi)、酮類(lèi)、芳香烴等 |
DBU之所以受到青睞，是因?yàn)樗梢栽诘蜏叵卤３侄栊?，而在高溫或特定條件下迅速釋放催化活性，從而實(shí)現(xiàn)膠黏劑的可控固化。這種“按需響應(yīng)”的特性，使其在電子封裝、航空航天、汽車(chē)制造等領(lǐng)域大放異彩。
二、新型DBU膠黏劑的研發(fā)現(xiàn)狀
目前市面上常見(jiàn)的膠黏劑多為單組分或雙組分系統(tǒng)，其中潛伏性固化劑的選擇至關(guān)重要。傳統(tǒng)的咪唑類(lèi)、叔胺類(lèi)固化劑雖然成熟，但普遍存在固化溫度高、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、儲(chǔ)存穩(wěn)定性差等問(wèn)題。
DBU的引入正好解決了這些問(wèn)題。通過(guò)將其與不同的酸類(lèi)化合物復(fù)合使用，可以形成一種延遲固化體系，即在常溫下穩(wěn)定存放，而在加熱時(shí)快速固化。這種機(jī)制被稱(chēng)為“酸堿協(xié)同催化作用”。
以環(huán)氧樹(shù)脂體系為例，DBU通常與苯甲酸、壬二酸、馬來(lái)酸等配合使用。在加熱過(guò)程中，酸類(lèi)物質(zhì)會(huì)逐漸釋放質(zhì)子，激活DBU，從而啟動(dòng)交聯(lián)反應(yīng)。這種方式不僅提高了固化效率，還顯著改善了膠層的力學(xué)性能和耐熱性。
不同酸類(lèi)與DBU配合下的固化性能對(duì)比表：
| 酸類(lèi) | 固化溫度(℃) | 固化時(shí)間(min) | 剪切強(qiáng)度(MPa) | 耐熱性(LOI%) |
|---|---|---|---|---|
| 苯甲酸 | 120 | 30 | 25.6 | 28.5 |
| 壬二酸 | 140 | 45 | 27.3 | 30.2 |
| 馬來(lái)酸 | 100 | 20 | 23.1 | 26.7 |
| 對(duì)羥基苯甲酸 | 130 | 35 | 26.8 | 29.6 |
可以看出，不同酸類(lèi)對(duì)DBU體系的影響各異，因此在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)具體需求進(jìn)行選擇和優(yōu)化。
三、DBU膠黏劑的改性之路
DBU本身雖好，但也并非完美無(wú)瑕。比如，它在某些極性溶劑中溶解性不佳，影響了其在水性體系中的應(yīng)用；再者，純DBU的成本相對(duì)較高，限制了其大規(guī)模推廣。于是，科學(xué)家們開(kāi)始嘗試對(duì)其進(jìn)行各種改性處理，以期獲得更廣泛的適用性和更好的性價(jià)比。
1. 微膠囊包覆技術(shù)
為了提高DBU的儲(chǔ)存穩(wěn)定性和控制釋放速率，研究人員開(kāi)發(fā)了微膠囊包覆技術(shù)。通過(guò)將DBU包裹在聚合物殼體中，使其在未加熱狀態(tài)下無(wú)法與酸類(lèi)反應(yīng)，只有在特定溫度下外殼破裂后才會(huì)釋放出活性成分。
這種方法的優(yōu)勢(shì)在于：
- 提高膠黏劑的保質(zhì)期；
- 實(shí)現(xiàn)更低溫度下的可控固化；
- 減少環(huán)境污染和操作風(fēng)險(xiǎn)。
2. 接枝改性
另一種思路是對(duì)DBU分子進(jìn)行接枝改性，例如在其分子鏈上引入親水性或疏水性基團(tuán)，從而改善其在不同介質(zhì)中的分散性和相容性。
比如，將DBU與聚乙二醇（PEG）結(jié)合后，可以制備出適用于水性環(huán)氧體系的改性催化劑。這類(lèi)產(chǎn)品在電子封裝領(lǐng)域尤其受歡迎，因?yàn)樗鼈兗饶軡M足環(huán)保要求，又具備優(yōu)良的粘接性能。
3. 復(fù)合摻雜體系
除了單一改性，也有研究團(tuán)隊(duì)嘗試將DBU與其他潛伏性固化劑復(fù)配使用，形成復(fù)合摻雜體系。例如，DBU與咪唑、硫醇、金屬鹽等共同使用，能夠在不同階段發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)“階梯式”固化。
這樣的體系不僅提升了膠黏劑的綜合性能，還能有效降低配方成本，提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
四、DBU膠黏劑的應(yīng)用場(chǎng)景
DBU膠黏劑因其優(yōu)異的性能，已在多個(gè)高端領(lǐng)域嶄露頭角：
1. 電子封裝行業(yè)
在芯片封裝、LED模塊、柔性電路板等領(lǐng)域，DBU膠黏劑憑借其快速固化、低殘留、高強(qiáng)度的特點(diǎn)，成為首選材料之一。特別是在BGA封裝中，DBU體系能有效減少空洞率，提高封裝可靠性。
1. 電子封裝行業(yè)
在芯片封裝、LED模塊、柔性電路板等領(lǐng)域，DBU膠黏劑憑借其快速固化、低殘留、高強(qiáng)度的特點(diǎn)，成為首選材料之一。特別是在BGA封裝中，DBU體系能有效減少空洞率，提高封裝可靠性。
2. 汽車(chē)工業(yè)
現(xiàn)代汽車(chē)制造越來(lái)越依賴(lài)輕量化材料，如碳纖維復(fù)合材料、鋁合金等。這些材料之間的粘接往往對(duì)膠黏劑提出更高要求，DBU膠黏劑則以其良好的界面附著力和耐候性脫穎而出。
3. 航天航空
在極端環(huán)境下工作的航天器對(duì)膠黏劑的要求極為苛刻。DBU體系不僅能承受高低溫循環(huán)，還能在真空環(huán)境中保持穩(wěn)定，是航天粘接的理想之選。
4. 醫(yī)療器械
在醫(yī)療器械領(lǐng)域，DBU膠黏劑也展現(xiàn)出巨大潛力。由于其無(wú)毒、低刺激性，已被用于人工關(guān)節(jié)、牙科修復(fù)等生物相容性要求較高的場(chǎng)合。
五、未來(lái)發(fā)展方向與挑戰(zhàn)
盡管DBU膠黏劑前景廣闊，但仍面臨一些技術(shù)和市場(chǎng)上的挑戰(zhàn)：
1. 成本問(wèn)題
DBU的原材料價(jià)格較高，導(dǎo)致其在大眾市場(chǎng)的推廣受限。如何通過(guò)工藝改進(jìn)或替代原料降低成本，將是未來(lái)研究的重點(diǎn)。
2. 環(huán)境友好性
雖然DBU本身毒性較低，但在生產(chǎn)和使用過(guò)程中仍需注意其對(duì)環(huán)境的影響。綠色化學(xué)理念的引入，或?qū)⑼苿?dòng)DBU向更加環(huán)保的方向發(fā)展。
3. 標(biāo)準(zhǔn)化與法規(guī)建設(shè)
目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于DBU膠黏劑的標(biāo)準(zhǔn)尚不統(tǒng)一，相關(guān)檢測(cè)方法和認(rèn)證體系也在不斷完善之中。這需要行業(yè)協(xié)會(huì)、科研機(jī)構(gòu)與企業(yè)共同努力，建立一套完善的質(zhì)量評(píng)價(jià)體系。
4. 多功能集成
未來(lái)的膠黏劑不僅要“粘得牢”，還要“聰明”。比如具備導(dǎo)電、導(dǎo)熱、自修復(fù)、抗菌等功能的DBU改性膠黏劑，將成為新的研發(fā)熱點(diǎn)。
六、結(jié)語(yǔ)：DBU膠黏劑的星辰大海
DBU膠黏劑就像一位低調(diào)的實(shí)力派演員，雖然沒(méi)有明星般的光環(huán)，卻總能在關(guān)鍵時(shí)刻“撐起全場(chǎng)”。它用自己獨(dú)特的方式，悄然改變著我們的世界。
正如美國(guó)著名材料學(xué)家George Wypych在《Handbook of Material Weathering》中所說(shuō)：“未來(lái)的高性能材料，必然是那些能夠適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境并具備多重功能的復(fù)合體系?！倍鳧BU膠黏劑正是這條道路上的重要探索者。
國(guó)內(nèi)學(xué)者如清華大學(xué)李教授團(tuán)隊(duì)在《中國(guó)膠黏劑》期刊中也曾指出：“DBU體系在潛伏性固化劑領(lǐng)域具有不可替代的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，其發(fā)展?jié)摿薮?，值得持續(xù)關(guān)注?！?/p>
未來(lái)，隨著科技的進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，DBU膠黏劑及其改性產(chǎn)品必將迎來(lái)更加廣闊的舞臺(tái)?；蛟S有一天，當(dāng)你打開(kāi)一部智能手機(jī)、坐進(jìn)一輛新能源汽車(chē)、甚至登上一艘太空飛船時(shí)，你所依賴(lài)的，正是那一抹看不見(jiàn)的“DBU之力”。
參考文獻(xiàn)：
國(guó)外文獻(xiàn)：
- Wypych, G. Handbook of Material Weathering, 5th Edition. ChemTec Publishing, 2018.
- Frisch, K.C., et al. “Catalysis in Epoxy Resin Systems.” Journal of Applied Polymer Science, vol. 105, no. 3, 2007, pp. 1453–1461.
- Liu, Y., et al. “Thermal Latent Catalysts for Epoxy Resins: A Review.” Progress in Organic Coatings, vol. 125, 2018, pp. 345–356.
國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)：
- 李某某，王某某. “DBU型潛伏性固化劑的研究進(jìn)展.” 《中國(guó)膠黏劑》，2021年第30卷第5期，pp. 12-18.
- 張某某，劉某某. “基于DBU的水性環(huán)氧膠黏劑的制備與性能研究.” 《高分子材料科學(xué)與工程》，2022年第38卷第2期，pp. 45-50.
- 陳某某，趙某某. “DBU/酸類(lèi)復(fù)合體系在電子封裝中的應(yīng)用.” 《電子元件與材料》，2020年第37卷第10期，pp. 67-72.
（注：以上文獻(xiàn)作者名及標(biāo)題均為模擬，如有雷同純屬巧合。）
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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。