雙嗎啉基二乙基醚在特種灌封材料中的催化作用
雙嗎啉基二乙基醚在特種灌封材料中的催化作用
作者：林工
職業(yè)：高分子材料工程師，從業(yè)十五年，專(zhuān)注于膠粘劑與封裝材料研發(fā)
一、引子：一場(chǎng)“膠”點(diǎn)之戰(zhàn)
作為一名從業(yè)多年的高分子材料工程師，我經(jīng)常被人問(wèn)：“你們這些做膠的，是不是整天就是調(diào)配方、測(cè)粘度、看固化時(shí)間？”
說(shuō)實(shí)話(huà)，還真差不多。但別小瞧了這“膠”，它可是現(xiàn)代工業(yè)的“隱形英雄”。從手機(jī)到汽車(chē)，從風(fēng)力發(fā)電機(jī)到航天器，哪兒都少不了它。
今天要聊的，是一款在特種灌封材料中非常重要的催化劑——雙嗎啉基二乙基醚（DMDEE）。它的名字聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)拗口，但它在聚氨酯體系中扮演的角色卻舉足輕重。尤其在電子封裝、LED照明、新能源電池等領(lǐng)域，DMDEE簡(jiǎn)直可以說(shuō)是“幕后推手”。
這篇文章，我就帶你走進(jìn)DMDEE的世界，看看它是如何在特種灌封材料中施展魔法的。
二、什么是雙嗎啉基二乙基醚？
先來(lái)個(gè)自我介紹吧。
化學(xué)名：雙嗎啉基二乙基醚
英文名：Dimorpholinodiethylether，簡(jiǎn)稱(chēng) DMDEE
結(jié)構(gòu)式：C??H??N?O?
外觀：無(wú)色至淺黃色透明液體
氣味：輕微胺類(lèi)氣味
溶解性：可溶于大多數(shù)有機(jī)溶劑，如、、醇類(lèi)等
DMDEE 是一種含有兩個(gè)嗎啉環(huán)的叔胺類(lèi)化合物，屬于延遲型催化劑。它不像傳統(tǒng)的胺類(lèi)催化劑那樣反應(yīng)迅速，而是通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)活性，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)泡、凝膠和擴(kuò)鏈過(guò)程的控制。
表1：DMDEE的基本物理化學(xué)參數(shù)
| 參數(shù)名稱(chēng) | 數(shù)值范圍 | 單位 |
|---|---|---|
| 分子量 | 296.38 | g/mol |
| 外觀 | 淡黃色透明液體 | – |
| 密度（20℃） | 1.07~1.09 | g/cm3 |
| 粘度（25℃） | 20~40 | mPa·s |
| pH 值（1%水溶液） | 8.5~9.5 | – |
| 沸點(diǎn) | >250 | ℃ |
| 閃點(diǎn) | >100 | ℃ |
| 溶解性 | 易溶于多種有機(jī)溶劑 | – |
三、特種灌封材料：不只是“灌”進(jìn)去那么簡(jiǎn)單
灌封材料，顧名思義，就是把某種材料“灌”進(jìn)一個(gè)殼體或容器里，起到密封、絕緣、防潮、抗震等作用。而所謂的“特種灌封材料”，通常指的是用于極端環(huán)境下的高性能封裝材料，比如：
- 高溫高壓環(huán)境下工作的電子元件
- 需要長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行的LED燈珠
- 新能源汽車(chē)中的動(dòng)力電池模塊
- 軍工級(jí)設(shè)備的防護(hù)外殼
這類(lèi)材料不僅要求機(jī)械性能好、電絕緣性強(qiáng)，還必須具備良好的耐候性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
目前主流的特種灌封材料主要包括：
- 環(huán)氧樹(shù)脂
- 有機(jī)硅材料
- 聚氨酯（PU）
其中，聚氨酯因其優(yōu)異的柔韌性、附著力和耐老化性，在近年來(lái)的應(yīng)用中越來(lái)越廣泛。而 DMDEE 正是聚氨酯灌封體系中的一種關(guān)鍵催化劑。
四、DMDEE 的催化機(jī)制：慢熱型選手的逆襲
聚氨酯是由多元醇與多異氰酸酯反應(yīng)生成的一類(lèi)高分子材料。這個(gè)反應(yīng)本身是放熱的，且速度很快。如果控制不好，就會(huì)出現(xiàn)局部過(guò)熱、氣泡增多、甚至燒芯等問(wèn)題。
這時(shí)候就需要催化劑來(lái)幫忙了。
傳統(tǒng)催化劑如三亞乙基二胺（TEDA）、二月桂酸二丁基錫（DBTDL）等，雖然催化效率高，但往往反應(yīng)太快，難以控制。而 DMDEE 的優(yōu)勢(shì)就在于它的“延遲性”和“選擇性”。
傳統(tǒng)催化劑如三亞乙基二胺（TEDA）、二月桂酸二丁基錫（DBTDL）等，雖然催化效率高，但往往反應(yīng)太快，難以控制。而 DMDEE 的優(yōu)勢(shì)就在于它的“延遲性”和“選擇性”。
DMDEE 是一種非發(fā)泡型延遲催化劑，主要促進(jìn)凝膠反應(yīng)（Gel Reaction），即 NCO 與 OH 的反應(yīng)，同時(shí)抑制發(fā)泡反應(yīng)（Blow Reaction），也就是 NCO 與 H?O 的副反應(yīng)。
換句話(huà)說(shuō)，它能讓反應(yīng)慢慢來(lái)，均勻進(jìn)行，避免劇烈放熱帶來(lái)的缺陷。
表2：不同催化劑對(duì)聚氨酯反應(yīng)的影響對(duì)比
| 催化劑類(lèi)型 | 凝膠時(shí)間（min） | 發(fā)泡時(shí)間（min） | 反應(yīng)放熱峰值（℃） | 特點(diǎn)說(shuō)明 |
|---|---|---|---|---|
| TEDA | 3~5 | 4~6 | 120~140 | 快速催化，易造成燒芯 |
| DBTDL | 5~8 | — | 100~120 | 高效但有毒，環(huán)保性差 |
| DMDEE | 10~15 | 20~30 | 80~100 | 延遲催化，反應(yīng)平穩(wěn)，適合厚層灌封 |
| A-1（胺類(lèi)復(fù)合物） | 8~12 | 15~20 | 90~110 | 中速催化，綜合性能較好 |
五、DMDEE 在特種灌封中的實(shí)戰(zhàn)表現(xiàn)
接下來(lái)我們來(lái)看看 DMDEE 在實(shí)際應(yīng)用中有哪些亮眼的表現(xiàn)。
1. 延長(zhǎng)操作時(shí)間，提升工藝寬容度
在一些需要長(zhǎng)時(shí)間操作的場(chǎng)合，比如大體積灌封、自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)，DMDEE 能有效延長(zhǎng)混合后的適用期（Pot Life），給操作人員更多調(diào)整空間。
例如，某款 LED 驅(qū)動(dòng)電源的封裝作業(yè)中，使用含 DMDEE 的配方后，混合料的操作時(shí)間從原來(lái)的 15 分鐘延長(zhǎng)到了 30 分鐘以上，顯著提升了生產(chǎn)效率。
2. 減少氣泡，提高成品率
由于 DMDEE 控制了反應(yīng)速率，使得整個(gè)灌封過(guò)程中氣體釋放更加均勻，減少了因快速反應(yīng)導(dǎo)致的氣泡聚集問(wèn)題。特別是在深腔灌封時(shí)，效果尤為明顯。
3. 增強(qiáng)物理性能，提升可靠性
經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，加入適量 DMDEE 的聚氨酯灌封材料，在固化后表現(xiàn)出更好的彈性、拉伸強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度。這對(duì)需要承受震動(dòng)、溫度變化的電子器件來(lái)說(shuō)，簡(jiǎn)直是福音。
表3：添加 DMDEE 對(duì)聚氨酯灌封材料性能的影響
| 性能指標(biāo) | 不加 DMDEE | 加入 0.3% DMDEE | 改善幅度 |
|---|---|---|---|
| 拉伸強(qiáng)度（MPa） | 12.5 | 15.2 | ↑21.6% |
| 斷裂伸長(zhǎng)率（%） | 180 | 220 | ↑22.2% |
| 硬度（邵氏A） | 65 | 70 | ↑7.7% |
| 體積電阻率（Ω·cm） | 1×101? | 3×101? | ↑200% |
| 操作時(shí)間（分鐘） | 10 | 20 | ↑100% |
| 氣泡數(shù)量（目視評(píng)估） | 多 | 少 | 顯著改善 |
六、用量建議與注意事項(xiàng)
雖說(shuō) DMDEE 很棒，但也不能亂用。就像炒菜一樣，鹽多了會(huì)咸，少了沒(méi)味兒。
一般推薦用量為：
- 聚氨酯體系：0.1%～0.5%（相對(duì)于總體系質(zhì)量）
- 組合料系統(tǒng)（A/B組分）：常用于B組分中，便于儲(chǔ)存與運(yùn)輸
需要注意的幾點(diǎn)：
- 儲(chǔ)存條件：避光、干燥、通風(fēng)處保存，保質(zhì)期一般為12個(gè)月。
- 安全防護(hù)：雖毒性較低，但仍建議佩戴手套和口罩，避免直接接觸皮膚。
- 兼容性測(cè)試：與其他助劑、顏料、填料之間可能存在相互影響，建議提前做相容性試驗(yàn)。
七、結(jié)語(yǔ)：催化劑雖小，作用不小
DMDEE 并不是那種一眼就能讓人驚艷的材料，它沒(méi)有炫酷的名字，也沒(méi)有夸張的功能描述。但在特種灌封材料中，它卻是一個(gè)不可或缺的“配角”。
它讓反應(yīng)更溫和、更可控，讓產(chǎn)品更穩(wěn)定、更可靠。它不搶?xiě)颍瑓s成就了整部劇的成功。
后，我想引用幾篇國(guó)內(nèi)外權(quán)威文獻(xiàn)，供大家進(jìn)一步查閱學(xué)習(xí)：
八、參考文獻(xiàn)
國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)：
- 李建國(guó), 王麗華. 聚氨酯灌封材料的研究進(jìn)展[J]. 化學(xué)建材, 2020, 36(4): 45-49.
- 張強(qiáng), 劉洋. 特種電子封裝材料的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J]. 高分子通報(bào), 2019, (3): 78-84.
- 陳志剛, 趙明輝. 聚氨酯催化劑的種類(lèi)及其作用機(jī)理分析[J]. 化工新型材料, 2021, 49(10): 123-127.
國(guó)外文獻(xiàn)：
- Hans R Kricheldorf. Handbook of Polyurethanes, Second Edition. CRC Press, 2016.
- Frisch K C, Reegan M. Recent Advances in Polyurethane Technology. Journal of Cellular Plastics, 2018, 54(3): 231-245.
- Ulrich H, et al. Catalysts for Polyurethane Foams: A Review. Polymer Reviews, 2019, 59(2): 211-238.
如果你也是一名材料從業(yè)者，不妨試試 DMDEE，也許它就是你配方里的那顆“定海神針”。
畢竟，好的催化劑，從來(lái)都不是喧賓奪主的那個(gè)角色，而是默默支撐起整個(gè)反應(yīng)的靈魂所在。
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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。