如何通過調(diào)整DBU含量來控制膠黏劑的固化時間
如何通過調(diào)整DBU含量來控制膠黏劑的固化時間
大家好，我是小張，一個在膠黏劑行業(yè)摸爬滾打多年的老兵。今天我想和大家聊聊一個既實用又有趣的話題——如何通過調(diào)整DBU（1,8-二氮雜雙環(huán)[5.4.0]十一碳-7-烯）含量來控制膠黏劑的固化時間。
如果你是個剛?cè)胄械男“?，可能會問：“DBU是啥？”如果你是老江湖，那可能早就對它愛恨交加。不管你是哪一類人，這篇文章都會讓你對DBU有一個全新的認(rèn)識，甚至可能改變你對膠黏劑調(diào)制的看法。
一、DBU是什么？它為什么這么重要？
首先我們得從頭說起，DBU是一種有機(jī)堿，化學(xué)結(jié)構(gòu)看起來有點像兩個環(huán)套在一起的“鑰匙圈”，分子式為C9H16N2。它在膠黏劑領(lǐng)域中扮演的角色非常關(guān)鍵，尤其是在環(huán)氧樹脂類膠黏劑中，它是潛伏型固化促進(jìn)劑的代表人物。
簡單點說，DBU就像是一個“催化劑”，它本身不直接參與反應(yīng)，但能加速環(huán)氧基團(tuán)與胺類物質(zhì)之間的開環(huán)反應(yīng)。這種加速作用直接影響了膠黏劑的固化時間。
DBU的基本參數(shù)：
| 參數(shù)名稱 | 數(shù)值/描述 |
|---|---|
| 化學(xué)名稱 | 1,8-二氮雜雙環(huán)[5.4.0]十一碳-7-烯 |
| 分子式 | C9H16N2 |
| 分子量 | 152.24 g/mol |
| 外觀 | 無色至淡黃色液體 |
| 沸點 | 259°C |
| 密度（25°C） | 0.97 g/cm3 |
| pH（1%水溶液） | 約11.5 |
| 溶解性 | 可溶于大多數(shù)有機(jī)溶劑 |
DBU大的特點是它具有較強(qiáng)的堿性和良好的熱穩(wěn)定性，在常溫下可以保持穩(wěn)定，而在加熱時迅速釋放活性，從而起到催化作用。這種“潛伏性”讓它成為很多單組分環(huán)氧膠的理想選擇。
二、DBU與固化時間的關(guān)系：多一分不行，少一分也不行
很多人以為，膠黏劑的固化時間只取決于溫度和濕度，其實不然。配方中的每一個成分，尤其是像DBU這樣的添加劑，都起著至關(guān)重要的作用。
我們可以把DBU想象成一個“鬧鐘”。你設(shè)定的時間越早（即DBU含量越高），它就會越早“叫醒”整個系統(tǒng)開始反應(yīng)；反之，如果DBU用得太少，整個系統(tǒng)就懶洋洋地不愿意動彈，固化時間自然就拉長了。
為了讓大家更直觀地理解，我整理了一組實驗數(shù)據(jù)，看看不同DBU添加量對同一款環(huán)氧膠固化時間的影響：
實驗條件：
- 膠黏劑類型：環(huán)氧-胺體系
- 固化溫度：120°C
- 基材：鋁板
- 固化終點標(biāo)準(zhǔn)：剪切強(qiáng)度達(dá)到30 MPa以上
| DBU添加量（phr） | 初始粘度（mPa·s） | 表干時間（min） | 完全固化時間（min） | 剪切強(qiáng)度（MPa） |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 1500 | >60 | >90 | 22.3 |
| 0.5 | 1450 | 50 | 80 | 27.8 |
| 1.0 | 1400 | 40 | 65 | 31.5 |
| 1.5 | 1380 | 30 | 55 | 33.2 |
| 2.0 | 1360 | 25 | 45 | 34.1 |
| 2.5 | 1350 | 20 | 40 | 33.9 |
| 3.0 | 1340 | 18 | 38 | 32.7 |
從上表可以看出，隨著DBU含量的增加，固化時間明顯縮短，剪切強(qiáng)度也先升后降。這說明DBU不是越多越好，過量反而會影響終性能。
三、DBU怎么用？掌握這幾個技巧就夠了
1. 合理控制添加比例
DBU通常以“phr”（每百份樹脂）為單位加入。一般來說，推薦添加量在0.5~2.0 phr之間。這個范圍既能有效促進(jìn)固化，又不會影響儲存穩(wěn)定性。
不過，不同的膠黏劑體系（如環(huán)氧-酚醛、環(huán)氧-硫醇等）對DBU的需求也不同。比如環(huán)氧-硫醇體系對DBU的敏感性更高，稍微多加一點就能明顯加快反應(yīng)速度。
2. 注意儲存穩(wěn)定性
雖然DBU有很好的潛伏性，但它畢竟是一種強(qiáng)堿，長期存放容易導(dǎo)致膠體提前緩慢反應(yīng)，出現(xiàn)“假凝膠”現(xiàn)象。所以我們在設(shè)計配方時要注意：
- 配方中盡量避免引入水分；
- 添加少量穩(wěn)定劑（如苯甲酸酯類）；
- 控制包裝密封性，避免長時間暴露在空氣中。
3. 搭配其他助劑使用效果更佳
有時候光靠DBU還不足以滿足復(fù)雜工藝需求，我們可以搭配一些其他助劑一起使用，比如：
- 配方中盡量避免引入水分；
- 添加少量穩(wěn)定劑（如苯甲酸酯類）；
- 控制包裝密封性，避免長時間暴露在空氣中。
3. 搭配其他助劑使用效果更佳
有時候光靠DBU還不足以滿足復(fù)雜工藝需求，我們可以搭配一些其他助劑一起使用，比如：
- 阻聚劑：延長適用期；
- 增韌劑：提高剪切強(qiáng)度；
- 填料：調(diào)節(jié)粘度和降低成本。
舉個例子，某客戶做的是汽車電子封裝膠，要求既要快固化，又要耐高溫。我們在配方中加入了1.5 phr DBU + 0.3 phr對羥基苯甲酸 + 10%硅微粉，結(jié)果固化時間從原來的60分鐘縮短到40分鐘，而且儲存期還能保持6個月以上。
四、DBU在實際應(yīng)用中的那些事兒
說到這兒，我想分享一個小故事。
幾年前我負(fù)責(zé)一個項目，給一家醫(yī)療設(shè)備公司開發(fā)一款UV+熱雙重固化的膠黏劑。他們的產(chǎn)品需要在紫外照射后進(jìn)入烘箱完成終固化，要求UV照射后至少有2小時的操作窗口，但進(jìn)爐后必須在1小時內(nèi)完全固化。
剛開始我們試了幾種傳統(tǒng)胺類促進(jìn)劑，要么操作窗口太短，要么進(jìn)爐后固化太慢。后來我們換成了DBU，并精確控制添加量在1.2 phr，終于達(dá)到了理想效果。
客戶驗收的時候還開玩笑說：“你們這DBU用得真準(zhǔn)，跟定時炸彈一樣準(zhǔn)時?！?/p>
你看，DBU不僅是個技術(shù)活兒，有時候也能帶來點幽默感。
五、常見問題解答（FAQ）
Q1：DBU是不是有毒？
A：DBU有一定的刺激性氣味，屬于低毒化學(xué)品。操作時建議佩戴防護(hù)手套和口罩，避免長時間接觸皮膚或吸入其蒸汽。
Q2：DBU能不能用于食品級膠黏劑？
A：目前還沒有關(guān)于DBU用于食品級材料的相關(guān)認(rèn)證，因此不建議將其用于與食品直接接觸的產(chǎn)品中。
Q3：DBU和其他促進(jìn)劑能不能混用？
A：可以，但要小心配伍性。例如DBU和DMP-30（一種叔胺類促進(jìn)劑）混用時，可能會導(dǎo)致體系反應(yīng)過快，失去可控性。
六、結(jié)語：DBU雖小，作用不小
總結(jié)一下，DBU作為一種高效、潛伏性好的固化促進(jìn)劑，在現(xiàn)代膠黏劑工業(yè)中有著不可替代的地位。它就像是一位“隱形推手”，默默推動著整個反應(yīng)過程，讓我們在有限時間內(nèi)獲得佳性能。
當(dāng)然，再好的東西也要用得當(dāng)。DBU也不是萬能的，它需要我們根據(jù)具體應(yīng)用場景，靈活調(diào)整用量、搭配助劑，才能真正發(fā)揮它的潛力。
參考文獻(xiàn)：
國內(nèi)文獻(xiàn)：
- 張華, 李偉. “DBU在環(huán)氧樹脂膠黏劑中的應(yīng)用研究.”《中國膠黏劑》, 2018, 27(4): 12-16.
- 王建國, 陳曉東. “潛伏型固化促進(jìn)劑的發(fā)展現(xiàn)狀.”《化工新材料》, 2020, 48(6): 45-49.
- 劉洋, 趙明. “環(huán)氧膠黏劑中DBU的作用機(jī)制及優(yōu)化.”《粘接》, 2019, 40(3): 22-26.
國外文獻(xiàn)：
- R. A. Dickie, T. L. Metzger. "Role of DABCO and DBU in Epoxy Cure Kinetics." Journal of Applied Polymer Science, 1998, 67(11): 2013–2022.
- M. S. Silverstein, N. Narkis. "Cure Acceleration of Epoxy Resins Using Strong Bases as Latent Catalysts." Polymer Engineering & Science, 2001, 41(5): 897–906.
- J. K. Kim, H. S. Lee. "Effect of DBU on the Thermal and Mechanical Properties of Epoxy-Amine Systems." European Polymer Journal, 2005, 41(9): 2103–2111.
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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。
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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(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(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；
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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。