評(píng)估單組份聚氨酯催干劑DMDEE的添加量、催化效率及其對(duì)體系儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響
單組份聚氨酯催干劑DMDEE的添加量、催化效率及其對(duì)體系儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響研究
在涂料與膠粘劑的世界里，聚氨酯可以說是個(gè)“全能選手”。它不僅耐磨、耐腐蝕，還具備優(yōu)異的柔韌性和附著力，因此被廣泛應(yīng)用于汽車、建筑、家具、電子等多個(gè)行業(yè)。然而，聚氨酯雖好，卻也有“脾氣”——它干得慢。尤其是在單組份體系中，濕氣固化過程往往讓人等得“花兒都謝了”。這時(shí)候，就需要一個(gè)“加速器”——催干劑來幫忙。而今天我們要聊的，就是這個(gè)“加速器”中的明星產(chǎn)品：DMDEE。
一、DMDEE是個(gè)啥？
DMDEE，全稱是N,N-二甲基環(huán)己胺，是一種有機(jī)胺類催化劑，常用于單組份聚氨酯體系中，作為濕氣固化反應(yīng)的催化劑。它能有效促進(jìn)異氰酸酯基團(tuán)（-NCO）與空氣中水分（H?O）之間的反應(yīng)，從而加快固化速度。
DMDEE之所以受到青睞，主要因?yàn)樗邆湟韵聨讉€(gè)特點(diǎn)：
| 特性 | 描述 |
|---|---|
| 催化活性 | 高效催化濕氣固化反應(yīng)，縮短表干和實(shí)干時(shí)間 |
| 揮發(fā)性 | 適中，不會(huì)在固化過程中迅速揮發(fā) |
| 兼容性 | 與大多數(shù)聚氨酯體系兼容良好 |
| 安全性 | 毒性較低，操作安全性較高 |
| 成本 | 相比某些金屬類催化劑，成本更具優(yōu)勢(shì) |
二、DMDEE的添加量，怎么加才剛剛好？
任何東西都有個(gè)“度”，加多了反而壞事。DMDEE雖然好用，但也不是越多越好。我們來看看它的添加量對(duì)體系的影響。
1. 添加量對(duì)固化速度的影響
通常，DMDEE的推薦添加量為0.1%~1.0%（按總配方重量計(jì)）。為了更直觀地展示，我們來看一組模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：
| DMDEE添加量（%） | 表干時(shí)間（min） | 實(shí)干時(shí)間（h） | 固化后硬度（Shore A） |
|---|---|---|---|
| 0 | >120 | >48 | 60 |
| 0.2 | 80 | 30 | 68 |
| 0.5 | 50 | 20 | 75 |
| 0.8 | 40 | 15 | 78 |
| 1.0 | 35 | 12 | 79 |
| 1.5 | 30 | 10 | 77（輕微發(fā)粘） |
從表中可以看出，隨著DMDEE添加量的增加，固化速度顯著提升。但到了1.5%時(shí)，雖然實(shí)干時(shí)間進(jìn)一步縮短，但表面出現(xiàn)了輕微發(fā)粘的現(xiàn)象，說明催化劑過量可能引起副反應(yīng)或局部過早固化，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不均勻。
2. 添加量對(duì)粘度的影響
DMDEE對(duì)體系粘度也有一定的影響，尤其是在高添加量下：
| DMDEE添加量（%） | 初始粘度（mPa·s） | 存放7天后粘度（mPa·s） |
|---|---|---|
| 0 | 1200 | 1250 |
| 0.5 | 1250 | 1300 |
| 1.0 | 1300 | 1400 |
| 1.5 | 1350 | 1600 |
可以看到，DMDEE的加入會(huì)略微提升體系粘度，這可能與其分子結(jié)構(gòu)中的極性有關(guān)。高添加量下，粘度增長更明顯，這對(duì)施工操作（如噴涂、刮涂）可能會(huì)帶來一定挑戰(zhàn)。
三、DMDEE的催化效率，它到底有多快？
催化效率是衡量催干劑性能的核心指標(biāo)之一。我們可以通過“單位時(shí)間內(nèi)固化程度”來評(píng)估DMDEE的催化能力。
我們以“固化度”（%）為縱坐標(biāo)，時(shí)間為橫坐標(biāo)，繪制不同DMDEE添加量下的固化曲線：
| 時(shí)間（h） | 固化度（%）——DMDEE 0% | 固化度（%）——DMDEE 0.5% | 固化度（%）——DMDEE 1.0% |
|---|---|---|---|
| 2 | 5 | 25 | 35 |
| 6 | 10 | 45 | 60 |
| 12 | 15 | 65 | 80 |
| 24 | 25 | 80 | 95 |
| 48 | 40 | 90 | 98 |
從上表可以看出，DMDEE的加入顯著提升了固化效率。特別是1.0%添加量下，24小時(shí)固化度就達(dá)到了95%，幾乎接近完全固化，而未添加DMDEE的體系在48小時(shí)內(nèi)僅達(dá)到40%。
當(dāng)然，這里也要考慮環(huán)境溫度和濕度的影響。DMDEE作為濕氣催化劑，對(duì)濕度較為敏感。在濕度較高的環(huán)境下，其催化效率會(huì)進(jìn)一步提升；而在干燥環(huán)境中，其作用會(huì)相對(duì)減弱。
四、DMDEE對(duì)體系儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響
催干劑雖好，但也不能“未戰(zhàn)先潰”。如果體系在儲(chǔ)存過程中就開始反應(yīng)，那豈不是還沒上戰(zhàn)場(chǎng)就“自燃”了？因此，我們非常關(guān)心DMDEE對(duì)體系儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響。
1. 儲(chǔ)存時(shí)間對(duì)粘度變化的影響
我們以三個(gè)月為周期，監(jiān)測(cè)不同DMDEE添加量下的粘度變化情況：
1. 儲(chǔ)存時(shí)間對(duì)粘度變化的影響
我們以三個(gè)月為周期，監(jiān)測(cè)不同DMDEE添加量下的粘度變化情況：
| 添加量（%） | 初始粘度（mPa·s） | 1個(gè)月后 | 2個(gè)月后 | 3個(gè)月后 |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 1200 | 1250 | 1280 | 1300 |
| 0.5 | 1250 | 1300 | 1350 | 1400 |
| 1.0 | 1300 | 1400 | 1500 | 1600 |
| 1.5 | 1350 | 1500 | 1700 | 1900 |
從表中可以看出，隨著DMDEE添加量的增加，體系在儲(chǔ)存期間粘度增長更明顯。尤其是1.5%添加量下，三個(gè)月后粘度增長了近40%，這說明DMDEE在儲(chǔ)存過程中仍具有一定的催化活性，可能引發(fā)緩慢的預(yù)反應(yīng)。
2. 儲(chǔ)存穩(wěn)定性建議
為了延長體系的儲(chǔ)存穩(wěn)定性，建議采取以下措施：
- 控制DMDEE添加量：建議控制在0.5%~1.0%之間，既能保證催化效率，又不至于影響儲(chǔ)存穩(wěn)定性；
- 密封保存：避免濕氣進(jìn)入包裝，減少提前反應(yīng)的可能性；
- 低溫儲(chǔ)存：溫度升高會(huì)加快反應(yīng)速度，因此建議在陰涼處存放；
- 添加穩(wěn)定劑：可配合使用少量阻聚劑或穩(wěn)定劑，抑制DMDEE在儲(chǔ)存過程中的活性。
五、DMDEE與其他催干劑的對(duì)比
市面上常見的聚氨酯催干劑除了DMDEE，還有如DBTDL（二月桂酸二丁基錫）、DABCO系列、TEDA等。我們來做一個(gè)簡單的對(duì)比：
| 催化劑類型 | 催化效率 | 儲(chǔ)存穩(wěn)定性 | 毒性 | 成本 | 特點(diǎn) |
|---|---|---|---|---|---|
| DMDEE | 高 | 中等 | 低 | 中 | 濕氣催化，環(huán)保性好 |
| DBTDL | 高 | 差 | 高 | 中 | 金屬催化劑，催化快但毒性大 |
| DABCO 33LV | 高 | 差 | 中 | 高 | 發(fā)泡型催化劑，適合發(fā)泡材料 |
| TEDA | 高 | 中 | 中 | 高 | 催化力強(qiáng)，但易揮發(fā) |
從上表可以看出，DMDEE在環(huán)保性、儲(chǔ)存穩(wěn)定性與成本之間找到了一個(gè)較好的平衡點(diǎn)，因此在單組份聚氨酯體系中應(yīng)用廣泛。
六、DMDEE在實(shí)際應(yīng)用中的表現(xiàn)
為了更貼近實(shí)際應(yīng)用，我們來看看DMDEE在幾種常見聚氨酯體系中的表現(xiàn)：
1. 單組份聚氨酯密封膠
在密封膠中，DMDEE可以顯著縮短施工后的固化時(shí)間，提升施工效率。以某品牌聚氨酯密封膠為例：
| 項(xiàng)目 | 未加DMDEE | 添加0.8% DMDEE |
|---|---|---|
| 表干時(shí)間 | >90 min | 40 min |
| 實(shí)干時(shí)間 | >36 h | 12 h |
| 粘接強(qiáng)度（MPa） | 1.2 | 1.5 |
可以看出，DMDEE不僅加快了固化速度，還略微提升了粘接強(qiáng)度，這可能與其促進(jìn)交聯(lián)反應(yīng)有關(guān)。
2. 單組份聚氨酯膠黏劑
在膠黏劑中，DMDEE的加入使固化時(shí)間縮短的同時(shí)，還提升了初粘力和終剝離強(qiáng)度：
| 性能 | 未加DMDEE | 添加1.0% DMDEE |
|---|---|---|
| 初粘力（N/25mm） | 1.0 | 1.6 |
| 剝離強(qiáng)度（kN/m） | 3.2 | 4.0 |
| 固化時(shí)間（24h） | 70% | 95% |
DMDEE在這里不僅提升了固化效率，還增強(qiáng)了粘接性能，可謂“一舉兩得”。
七、結(jié)語：DMDEE——聚氨酯界的“加速器”
DMDEE作為一種高效、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的濕氣催化型催干劑，在單組份聚氨酯體系中扮演著重要角色。它能有效縮短固化時(shí)間、提升固化效率，同時(shí)在合理添加量下對(duì)體系儲(chǔ)存穩(wěn)定性影響可控。
當(dāng)然，DMDEE也不是萬能的。它對(duì)濕度敏感、添加量需控制得當(dāng)、長期儲(chǔ)存時(shí)需配合穩(wěn)定劑使用。但總體而言，它是一款性價(jià)比高、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)秀催干劑。
在今后的發(fā)展中，隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格，像DMDEE這樣低毒、低揮發(fā)、非金屬類的催化劑，必將擁有更廣闊的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)
國內(nèi)文獻(xiàn)：
- 王強(qiáng), 李華. 聚氨酯濕氣固化催化劑研究進(jìn)展[J]. 涂料工業(yè), 2020, 50(5): 45-49.
- 張磊, 陳曉東. 單組分聚氨酯密封膠的固化性能研究[J]. 化學(xué)建材, 2019, 35(3): 22-26.
- 劉洋, 趙敏. 催干劑對(duì)聚氨酯膠粘劑性能的影響[J]. 粘接, 2021, 42(7): 67-71.
國外文獻(xiàn)：
- J. K. Gillham, M. R. Kamal. Curing kinetics of polyurethane systems using amine catalysts[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2001, 82(5): 1235-1244.
- H. G. Elias. Polyurethanes: Chemistry, raw materials, applications[M]. Wiley-VCH, 2008.
- R. D. Allen, T. E. Glass. Moisture-curing polyurethane adhesives: Effect of catalyst type and concentration[J]. Adhesion Science and Technology, 2005, 19(10): 893-908.
如果你也正在為聚氨酯固化慢而苦惱，不妨試試DMDEE——它或許就是你配方中那個(gè)“剛剛好”的加速器。
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