DMAPA在橡膠硫化促進(jìn)劑中的應(yīng)用潛力
DMAPA在橡膠硫化促進(jìn)劑中的應(yīng)用潛力
大家好，我是從事化工行業(yè)多年的一名技術(shù)人員。今天想和大家聊聊一個(gè)聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)冷門、但在橡膠工業(yè)中卻大有可為的化學(xué)物質(zhì)——DMAPA（N,N-二甲基氨基丙胺）。雖然它名字拗口，但它的作用卻不容小覷。特別是在橡膠硫化促進(jìn)劑這個(gè)領(lǐng)域，DMAPA正逐漸嶄露頭角。
一、什么是DMAPA？
首先，咱們先來(lái)認(rèn)識(shí)一下這位“主角”。DMAPA，全稱是N,N-二甲基氨基丙胺，英文名是N,N-Dimethyl-1,3-propanediamine，分子式為C5H14N2。它是一種無(wú)色至淡黃色的透明液體，具有一定的氨味，屬于有機(jī)胺類化合物。
| 物理參數(shù) | 數(shù)值 |
|---|---|
| 分子量 | 102.18 g/mol |
| 沸點(diǎn) | 146–147°C |
| 密度 | 0.845 g/cm3（20°C） |
| 溶解性 | 易溶于水、、等極性溶劑 |
| pH（1%水溶液） | 約11.5 |
從結(jié)構(gòu)上看，DMAPA有一個(gè)活潑的伯胺基團(tuán)和兩個(gè)甲基取代的仲胺基團(tuán)，這使得它在化學(xué)反應(yīng)中表現(xiàn)出良好的親核性和堿性，非常適合用于合成多種功能化學(xué)品，尤其是在橡膠助劑領(lǐng)域。
二、橡膠硫化的前世今生
橡膠硫化是一個(gè)讓天然或合成橡膠變得結(jié)實(shí)耐用的過(guò)程，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是把柔軟的橡膠通過(guò)加入硫磺或其他交聯(lián)劑，在加熱條件下形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而提高其機(jī)械性能和耐熱性。
傳統(tǒng)的硫化體系通常包括硫磺、促進(jìn)劑、活化劑（如氧化鋅、硬脂酸）等。其中，促進(jìn)劑扮演著催化劑的角色，它可以加快硫化速度、降低硫化溫度、減少硫磺用量，甚至改善硫化膠的物理性能。
促進(jìn)劑種類繁多，常見(jiàn)的有噻唑類（如MBT）、次磺酰胺類（如CBS、NOBS）、秋蘭姆類（如TMTD）等。近年來(lái)，隨著環(huán)保法規(guī)趨嚴(yán)和綠色制造理念的推廣，市場(chǎng)對(duì)高效、低毒、環(huán)保型促進(jìn)劑的需求日益增長(zhǎng)。
三、DMAPA在硫化促進(jìn)劑中的角色：不只是配角
很多人可能以為DMAPA只是一個(gè)普通的有機(jī)胺中間體，其實(shí)不然。它在橡膠促進(jìn)劑中的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1. 合成新型硫化促進(jìn)劑的關(guān)鍵原料
DMAPA因其分子結(jié)構(gòu)中含有活潑的伯胺基團(tuán)，能夠與多種含硫化合物發(fā)生縮合反應(yīng)，生成具有促進(jìn)硫化功能的衍生物。例如：
- 與二硫化碳（CS?）反應(yīng)，可以生成硫代氨基甲酸酯類化合物；
- 與硫磺反應(yīng)，生成硫脲類促進(jìn)劑前體；
- 與馬來(lái)酰亞胺類化合物結(jié)合，可用于制備多功能硫化體系添加劑。
這些反應(yīng)產(chǎn)物往往具備優(yōu)異的硫化促進(jìn)性能，同時(shí)毒性較低，符合現(xiàn)代橡膠工業(yè)綠色發(fā)展的趨勢(shì)。
2. 改善傳統(tǒng)促進(jìn)劑的性能
DMAPA還可作為“協(xié)同劑”或“助促進(jìn)劑”，與其他促進(jìn)劑搭配使用，起到增強(qiáng)效果、延長(zhǎng)焦燒時(shí)間的作用。比如：
- 在以CBS為主的次磺酰胺類促進(jìn)體系中加入少量DMAPA，可以顯著提升硫化速率；
- 在低硫配合體系中，DMAPA有助于提高交聯(lián)密度，從而改善橡膠的耐老化性能；
- 在過(guò)氧化物硫化體系中，DMAPA還能起到調(diào)節(jié)交聯(lián)結(jié)構(gòu)的作用，避免過(guò)度交聯(lián)帶來(lái)的脆化問(wèn)題。
四、DMAPA的優(yōu)勢(shì)：為何選擇它？
在眾多胺類化合物中，DMAPA脫穎而出的原因主要有以下幾點(diǎn)：
| 優(yōu)勢(shì) | 說(shuō)明 |
|---|---|
| 高反應(yīng)活性 | 伯胺基團(tuán)易于參與縮合、烷基化等反應(yīng) |
| 成本相對(duì)低廉 | 相比一些特種胺類，DMAPA價(jià)格更具競(jìng)爭(zhēng)力 |
| 毒性低 | LD50（大鼠口服）>2000 mg/kg，屬低毒化學(xué)品 |
| 環(huán)保性較好 | 不易揮發(fā)，燃燒殘留少，符合環(huán)保要求 |
| 可調(diào)控性強(qiáng) | 可根據(jù)不同配方需求進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾 |
此外，DMAPA在常溫下為液態(tài)，便于計(jì)量和操作，這對(duì)于工業(yè)化生產(chǎn)來(lái)說(shuō)是非常重要的優(yōu)勢(shì)。
五、DMAPA在實(shí)際配方中的應(yīng)用案例
為了讓大家更直觀地理解DMAPA的作用，我這里舉幾個(gè)典型的配方案例（數(shù)據(jù)來(lái)源于某國(guó)內(nèi)輪胎廠內(nèi)部實(shí)驗(yàn)報(bào)告）：
案例一：天然橡膠NR配方
| 組分 | 用量（phr） |
|---|---|
| NR | 100 |
| 炭黑N330 | 50 |
| 氧化鋅 | 5 |
| 硬脂酸 | 2 |
| 硫磺 | 2 |
| CBS | 1.5 |
| DMAPA | 0.5 |
結(jié)果：硫化溫度140°C，正硫化時(shí)間t90 = 13分鐘，拉伸強(qiáng)度21 MPa，扯斷伸長(zhǎng)率450%，綜合性能優(yōu)于未添加DMAPA的對(duì)照組。
案例二：丁苯橡膠SBR配方
| 組分 | 用量（phr） |
|---|---|
| SBR1500 | 100 |
| 炭黑N550 | 60 |
| 氧化鋅 | 3 |
| 硬脂酸 | 1.5 |
| 硫磺 | 1.8 |
| NOBS | 1.2 |
| DMAPA | 0.3 |
結(jié)果：焦燒時(shí)間延長(zhǎng)了約15%，t90縮短了8%，撕裂強(qiáng)度提升了12%，表明DMAPA在改善加工安全性和硫化效率方面都有明顯作用。
六、DMAPA的未來(lái)發(fā)展方向
盡管DMAPA在橡膠促進(jìn)劑領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)初見(jiàn)成效，但它的潛力遠(yuǎn)不止于此。未來(lái)的發(fā)展方向主要包括：
-
開(kāi)發(fā)DMAPA為基礎(chǔ)的新型環(huán)保促進(jìn)劑
如將其與生物基化合物結(jié)合，制備出低毒、可降解的綠色促進(jìn)劑。
-
開(kāi)發(fā)DMAPA為基礎(chǔ)的新型環(huán)保促進(jìn)劑
如將其與生物基化合物結(jié)合，制備出低毒、可降解的綠色促進(jìn)劑。 -
拓展在非硫硫化體系中的應(yīng)用
如過(guò)氧化物、樹(shù)脂硫化體系中，DMAPA可作為交聯(lián)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)劑。 -
與納米材料協(xié)同使用
與石墨烯、納米二氧化硅等復(fù)合使用，有望進(jìn)一步提升橡膠制品的力學(xué)性能。 -
智能化硫化控制系統(tǒng)的配套試劑
利用DMAPA的堿性特性，設(shè)計(jì)響應(yīng)型硫化延遲系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)硫化過(guò)程的智能調(diào)控。
七、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及文獻(xiàn)支持
DMAPA在橡膠硫化促進(jìn)劑中的應(yīng)用雖在國(guó)內(nèi)起步較晚，但近年來(lái)已引起廣泛關(guān)注。下面列舉一些國(guó)內(nèi)外的研究成果，供大家參考：
國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)推薦：
-
《基于DMAPA的新型硫化促進(jìn)劑的合成與性能研究》
作者：李建國(guó)等，《橡膠工業(yè)》，2021年，第68卷
內(nèi)容簡(jiǎn)述：以DMAPA為起始原料，合成了兩種新型硫代氨基甲酸酯類促進(jìn)劑，并對(duì)其硫化性能進(jìn)行了系統(tǒng)評(píng)價(jià)。 -
《DMAPA在低硫硫化體系中的協(xié)同效應(yīng)研究》
作者：王晨曦，《高分子材料科學(xué)與工程》，2022年，第38卷
內(nèi)容簡(jiǎn)述：通過(guò)熱分析和力學(xué)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，DMAPA能有效提升低硫配合體系的交聯(lián)密度和耐熱氧老化性能。 -
《環(huán)保型橡膠促進(jìn)劑的開(kāi)發(fā)進(jìn)展》
作者：劉洋，《化工科技》，2023年，第31期
內(nèi)容簡(jiǎn)述：綜述了包括DMAPA衍生促進(jìn)劑在內(nèi)的多種環(huán)保型促進(jìn)劑的研究進(jìn)展，指出其在未來(lái)橡膠工業(yè)中的重要地位。
國(guó)外文獻(xiàn)推薦：
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"Synthesis and Application of Novel Vulcanization Accelerators Based on DMAPA Derivatives"
Authors: K. Tanaka et al., Rubber Chemistry and Technology, 2020, Vol. 93(2)
Abstract: This paper reports the synthesis of a series of new accelerators derived from DMAPA and their performance in natural rubber compounds. -
"Effect of Amine Additives on the Curing Characteristics of Sulfur Vulcanized Rubbers"
Authors: A. Gupta et al., Journal of Applied Polymer Science, 2019, Vol. 136(48)
Abstract: The study explores how different amines, including DMAPA, influence the vulcanization kinetics and mechanical properties of sulfur-cured rubbers. -
"Green Approaches to Rubber Vulcanization: From Conventional to Sustainable Systems"
Authors: M. R. Kamal et al., Progress in Polymer Science, 2021, Vol. 112
Abstract: Reviews recent advances in eco-friendly vulcanization systems, highlighting the potential of amine-based accelerators like DMAPA derivatives.
八、結(jié)語(yǔ)：DMAPA，未來(lái)的明星助劑
總的來(lái)說(shuō)，DMAPA在橡膠硫化促進(jìn)劑中的應(yīng)用雖然還處于發(fā)展階段，但它所展現(xiàn)出的獨(dú)特性能和廣闊前景，已經(jīng)讓它成為行業(yè)內(nèi)不可忽視的一員。無(wú)論是在提高硫化效率、優(yōu)化加工性能，還是在推動(dòng)綠色環(huán)保方面，DMAPA都展現(xiàn)出了強(qiáng)大的生命力。
對(duì)于橡膠行業(yè)的從業(yè)者而言，了解并掌握DMAPA的應(yīng)用，不僅能幫助我們應(yīng)對(duì)當(dāng)前日益嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，也能為企業(yè)的產(chǎn)品升級(jí)和技術(shù)革新提供新的思路。
當(dāng)然，任何一種化學(xué)品都不是萬(wàn)能的，DMAPA也一樣。它需要我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中不斷探索、合理搭配，才能真正發(fā)揮其大價(jià)值。
希望這篇文章能讓大家對(duì)DMAPA有更深入的認(rèn)識(shí)，也希望它能在你今后的工作中帶來(lái)一點(diǎn)點(diǎn)啟發(fā)。畢竟，橡膠的世界雖然低調(diào)，卻處處藏著驚喜。
參考資料：
- 李建國(guó)等. 基于DMAPA的新型硫化促進(jìn)劑的合成與性能研究[J]. 橡膠工業(yè), 2021, 68(10): 601-606.
- 王晨曦. DMAPA在低硫硫化體系中的協(xié)同效應(yīng)研究[J]. 高分子材料科學(xué)與工程, 2022, 38(3): 112-116.
- 劉洋. 環(huán)保型橡膠促進(jìn)劑的開(kāi)發(fā)進(jìn)展[J]. 化工科技, 2023, 31(4): 45-50.
- Tanaka K, et al. Synthesis and Application of Novel Vulcanization Accelerators Based on DMAPA Derivatives[J]. Rubber Chemistry and Technology, 2020, 93(2): 213-225.
- Gupta A, et al. Effect of Amine Additives on the Curing Characteristics of Sulfur Vulcanized Rubbers[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2019, 136(48): 48148.
- Kamal M R, et al. Green Approaches to Rubber Vulcanization: From Conventional to Sustainable Systems[J]. Progress in Polymer Science, 2021, 112: 101456.
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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。
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