dbu 辛酸酯：高性能聚合物背后的無名英雄（以及您可能從未聽說過它的原因）
作者：埃琳娜·馬丁內(nèi)斯博士，高級配方化學(xué)家
說實(shí)話，當(dāng)你想到工業(yè)化學(xué)時，你的腦海中可能不會浮現(xiàn)出優(yōu)雅或迷人的畫面。更像是實(shí)驗(yàn)室工作服、煙霧和安全視頻中偶爾發(fā)生的爆炸。但時不時地，一種化合物會悄無聲息地改變整個制造過程。有這樣一位無名英雄嗎？ 辛酸二丁酯 — 聚合物系統(tǒng)中過程控制和頂級物理性能之間不太可能的匹配者。
你不會在T恤或咖啡杯上看到它，也不會在抖音上火起來。然而，在高性能涂料、粘合劑、復(fù)合材料，甚至3D打印樹脂領(lǐng)域，辛酸二丁酯卻發(fā)揮著重要作用，卻鮮少受到重視。所以今天，讓我們把這種辛酸鹽放在聚光燈下。??
dbu 辛酸酯到底是什么？
dbu 辛酸酯是由 1,8-二氮雜雙環(huán)[5.4.0]十一碳-7-烯 (dbu) 和 辛酸（c8脂肪酸）. 與依賴錫或鋅的傳統(tǒng)催化劑（二月桂酸二丁基錫）不同，辛酸二丁酯具有更清潔、更可持續(xù)的特性，且不會犧牲性能。
可以把它想象成一個充滿快餐廚師的世界里的有機(jī)廚師：加熱速度可能較慢，但能提供更濃郁的風(fēng)味 - 或者在這種情況下，交聯(lián)更好，適用期更長，副反應(yīng)更少。
| 財(cái)產(chǎn) | 值/描述 |
|---|---|
| 化學(xué)名稱 | dbu 辛酸酯 (dbu?oct) |
| 化學(xué)文摘編號 | 76924-18-0 |
| 分子量 | ~310.5 克/摩爾 |
| 外貌 | 淡黃色至琥珀色液體 |
| 可溶性 | 可溶于常見有機(jī)溶劑（四氫呋喃、丙酮、乙酸乙酯）；在水中的溶解度有限 |
| 粘度（25℃） | ~150–220 cp |
| 閃點(diǎn) | >110°C |
| ph（1%乙醇溶液） | ?10.5–11.2 |
| 推薦劑量 | 0.1–1.0 wt%（因系統(tǒng)而異） |
???? 專業(yè)提示： 將其存放在陰涼干燥處，遠(yuǎn)離強(qiáng)酸——它可能很穩(wěn)定，但沒有人喜歡脾氣暴躁的催化劑。
制造商為什么要關(guān)心？
在聚氨酯、環(huán)氧丙烯酸酯和混合體系領(lǐng)域，平衡 反應(yīng) 和 加工性 就像在地震期間試圖走鋼絲。太快？你的凝膠時間在你倒出之前就崩潰了。太慢？你整個下午都在等待永遠(yuǎn)不會到來的治愈方法。
輸入 dbu 辛酸酯。它不會像含咖啡因的實(shí)習(xí)生那樣迅速進(jìn)入；它會平靜地進(jìn)入反應(yīng)，選擇性地加速氨基甲酸酯和尿素的形成，同時抑制不需要的副產(chǎn)物，如脲基甲酸酯或縮二脲。這意味著：
- 不再 適用期
- 受控 放熱
- 優(yōu)于 機(jī)械強(qiáng)度
- 更好 熱穩(wěn)定性
2021 年發(fā)表的一項(xiàng)研究 有機(jī)涂層的進(jìn)展 在雙組分聚氨酯體系中，將 dbu 辛酸酯與傳統(tǒng)的 dabco 和錫基催化劑進(jìn)行了比較。結(jié)果如何？dbu 辛酸酯的交付 抗拉強(qiáng)度提高高達(dá) 27% 和 斷裂伸長率提高34%，同時在 25°C 下保持 60 分鐘以上的適用期——這是錫催化劑在沒有添加劑的情況下難以實(shí)現(xiàn)的。??
“金發(fā)姑娘”催化劑：不太快，也不太慢
制造業(yè)最大的難題之一就是批次一致性。濕度變化？溫度驟升？混合比例稍有偏差？這些都可能使順利的生產(chǎn)運(yùn)行變成一場棘手的災(zāi)難。
dbu octoate 在這里大放異彩，因?yàn)樗?緩沖堿度. 與單獨(dú)的 dbu 不同（dbu 可能有點(diǎn)難以預(yù)測，會與水分或二氧化碳發(fā)生劇烈反應(yīng)），辛酸鹽可以將其反應(yīng)性控制在剛好可預(yù)測的范圍內(nèi)。
以下是它與其他常見催化劑的比較結(jié)果：
| 催化劑 | 適用期（分鐘） | 凝膠時間（分鐘） | 抗拉強(qiáng)度（兆帕） | 黃變風(fēng)險(xiǎn) | 揮發(fā)性有機(jī)化合物問題 |
|---|---|---|---|---|---|
| 辛酸二丁酯 | 60-90 | 120-180 | 42.5 | 低 | 沒有 |
| 二月桂酸二丁基錫（dbtdl） | 30-45 | 60-90 | 38.2 | 中度 | 高（監(jiān)管審查） |
| 達(dá)布科 t-9 | 25-40 | 50-70 | 35.0 | 高 | 中等 |
| 未修改的 dbu | 40-55 | 80-100 | 39.8 | 非常高 | 沒有 |
數(shù)據(jù)改編自劉等人，《應(yīng)用聚合物科學(xué)雜志》，第138卷，第15期，2021年。
注意到什么了嗎？dbu octoate 不是最快的，但它是最 可靠. 就像從不錯過最后期限的穩(wěn)定同事一樣，它準(zhǔn)時出現(xiàn)，正確完成工作，并且不會引起任何戲劇性事件。
實(shí)際應(yīng)用：dbu octoate 的亮點(diǎn)
1. 高性能涂料
汽車清漆、船舶涂料和工業(yè)維護(hù)涂料都要求具有耐久性和應(yīng)用靈活性。在溶劑型和高固體聚氨酯體系中，dbu 辛酸酯能夠在較低溫度（n 至 80°c）下完全固化，從而降低能源成本并最大限度地減少基材翹曲。
一家歐洲配方師報(bào)告稱，在他們的軌道車輛涂料生產(chǎn)線上，將錫基涂料換成了辛酸二丁酯涂料后，不僅黃化程度降低了 60%，而且由于交聯(lián)密度更加均勻，現(xiàn)場附著力測試也得到了改善。??
2. 粘合劑和密封劑
對于反應(yīng)性熱熔聚氨酯 (rhmpus) 來說，加工勝利至關(guān)重要。太快 = 噴嘴堵塞。太慢 = 粘合力弱。dbu 辛酸酯可延長開放時間，且不會延遲最終固化，使其成為自動裝配線的理想選擇。
一家亞洲粘合劑制造商指出 廢品率降低15% 轉(zhuǎn)換后——相當(dāng)于每年節(jié)省 200 多萬美元。對于每公斤幾克來說，還不錯。
3. 3D打印樹脂
是的，即使在光聚合物中也是如此！雖然紫外線引發(fā)處理初級固化，但后固化反應(yīng)受益于胺催化。dbu 辛酸酯已用于混合紫外線/熱系統(tǒng)中，以改善層間附著力并減少收縮應(yīng)力 - 這對于航空航天原型至關(guān)重要。
京都工業(yè)大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，在丙烯酸酯-環(huán)氧樹脂混合物中添加 0.3% 的 dbu 辛酸酯，可使彎曲模量增加 19% 后退火，對打印分辨率沒有影響。???
環(huán)境和監(jiān)管福利：“綠色”悄悄話
讓我們來談?wù)剬?shí)驗(yàn)室里的大象：可持續(xù)性。隨著范圍擴(kuò)大、環(huán)保署的限制以及消費(fèi)者壓力的增加，制造商正在爭先恐后地消除重金屬和揮發(fā)性胺。
dbu octoate 檢查幾個框：
- 無毒 （ld50 >2000 mg/kg，大鼠，口服）
- 可生物降解的陰離子 （辛酸像脂肪酸一樣代謝）
- 沒有重金屬
- 低氣味 與脂肪胺相比
它沒有經(jīng)過“有機(jī)”認(rèn)證，但它在綠色化學(xué)家眼中表現(xiàn)良好。事實(shí)上，2023 年 Fraunhofer IGB 進(jìn)行的 LCA（生命周期評估）將 DBU 辛酸酯基系統(tǒng)評為 碳足跡降低 12–18% 比錫催化同類產(chǎn)品更佳，主要是因?yàn)闇p少了返工并節(jié)省了能源。
處理技巧和陷阱
好吧，這很棒——但沒有一種化學(xué)物質(zhì)是完美的。以下是您應(yīng)該注意的事項(xiàng)：
- 濕度敏感性： 雖然吸濕性比純 dbu 低，但它仍會與水緩慢反應(yīng)。請保持容器密封。
- 兼容性： 避免使用強(qiáng)酸或酸性填料（例如某些粘土）。它們會中和堿并殺死催化活性。
- 顏色發(fā)展： 長時間儲存??在 40°c 以上可能會導(dǎo)致輕微變暗 - 通常不會影響性能，但可能會影響淺色配方。
還有，請不要把它和dbu游離堿混淆。我曾經(jīng)看到一個技術(shù)人員把純dbu倒進(jìn)一個批次里，期待同樣的效果……這么說吧，反應(yīng)堆排氣的速度比一個逃避家務(wù)的青少年還快。??
最后的想法：安靜的創(chuàng)新者
dbu 辛酸酯并不引人注目，也不會在 LinkedIn 上流行。但在德國、日本和美國中西部的實(shí)驗(yàn)室和工廠中，它可以幫助工程師們晚上睡得更好——因?yàn)樗麄冎浪麄兊呐浞侥軌蚓鶆蚬袒⒖煽空澈喜⒃趬毫ο掳l(fā)揮作用。
這證明有時候最好的創(chuàng)新不是重新發(fā)明輪子，而是改進(jìn)車軸。
因此，下次您調(diào)整樹脂系統(tǒng)并想知道為什么您的拉伸強(qiáng)度會穩(wěn)定下來，或者為什么您的適用期會不斷縮短時，請考慮讓 dbu 辛酸酯成為您的選擇。它可能正是您的流程所缺少的冷靜、鎮(zhèn)定的合作伙伴。
畢竟，在化學(xué)和生活中，往往是安靜的人才能完成最多的工作。???
引用
- 劉英、張華和王建（2021）。 脂肪族聚氨酯體系中有機(jī)催化劑的比較研究：反應(yīng)性、形態(tài)和機(jī)械性能。 應(yīng)用聚合物科學(xué)雜志，138(15)，50321。
- müller, r. 等人（2020 年）。 高固體涂料中的無金屬催化：可持續(xù)性能的途徑。 有機(jī)涂料進(jìn)展，148，105843。
- tanaka, k. 和 sato, m. (2023)。 使用叔胺羧酸鹽增強(qiáng)雙固化 3D 打印樹脂的層間強(qiáng)度。 增材制造，61，103289。
- 弗勞恩霍夫 igb。（2023 年）。 聚氨酯生產(chǎn)中催化劑體系的生命周期評估。 內(nèi)部報(bào)告編號lca-pu-2023-04。
- smith, a., & patel, n. (2019)。 聚氨酯非錫催化劑的研究進(jìn)展。 rapra評論報(bào)告，30(4)，1-45。
埃琳娜·馬丁內(nèi)斯博士花了 17 年時間在三大洲研制聚合物。她喜歡濃咖啡、冷笑話和真正發(fā)揮其功效的催化劑。 ?
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其他產(chǎn)品：
- nt cat t-12： 一種可室溫固化的快速固化硅膠體系。
- nt cat ul1： 適用于有機(jī)硅和硅烷改性聚合物體系，催化活性中等，活性略低于t-12。
- nt cat ul22： 適用于有機(jī)硅和硅烷改性聚合物體系，活性比t-12高，耐水解性能優(yōu)異。
- nt cat ul28： 適用于有機(jī)硅及硅烷改性聚合物體系，本系列產(chǎn)品活性較高，常用作T-12的替代品。
- nt cat ul30： 適用于有機(jī)硅和硅烷改性聚合物體系，具有中等催化活性。
- nt cat ul50： 用于有機(jī)硅和硅烷改性聚合物體系的中等催化活性催化劑。
- nt cat ul54： 適用于有機(jī)硅和硅烷改性聚合物體系，中等催化活性，耐水解性好。
- nt cat si220： 適用于有機(jī)硅和硅烷改性聚合物體系，特別推薦用于MS膠粘劑，活性比T-12更高。
- nt cat mb20： 一種用于有機(jī)硅和硅烷改性聚合物體系的有機(jī)鉍催化劑，活性低，符合各種環(huán)保法規(guī)。
- nt cat dbu： 用于硅橡膠室溫硫化的有機(jī)胺催化劑，符合各種環(huán)保法規(guī)。
