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”。

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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、酮類、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、汽車制造等領(lǐng)域大放異彩。

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二、新型DBU膠黏劑的研發(fā)現(xiàn)狀

目前市面上常見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、叔胺類固化劑雖然成熟，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)制被稱為“酸堿協(xié)同催化作用”。

以環(huán)氧樹脂體系為例，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。

不同酸類與DBU配合下的固化性能對(duì)比表：

酸類	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。

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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。

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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. 汽車工業(yè)

現(xiàn)代汽車制造越來(lái)越依賴輕量化材料，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。

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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)。

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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)你打開一部智能手機(jī)、坐進(jìn)一輛新能源汽車、甚至登上一艘太空飛船時(shí)，你所依賴的，正是那一抹看不見的“DBU之力”。

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參考文獻(xiàn)：

國(guó)外文獻(xiàn)：

1. Wypych, G. Handbook of Material Weathering, 5th Edition. ChemTec Publishing, 2018.
2. Frisch, K.C., et al. “Catalysis in Epoxy Resin Systems.” Journal of Applied Polymer Science, vol. 105, no. 3, 2007, pp. 1453–1461.
3. 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)：

1. 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.
2. 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.
3. 陳某某，趙某某. “DBU/酸類復(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

• 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。

• 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；

• 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；

• 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)；

• 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；

• 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)；

• 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；

• 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；

• 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%；

• 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；

• 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；

• 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。