低氣味反應(yīng)型平衡催化劑在電子灌封材料中的應(yīng)用
低氣味反應(yīng)型平衡催化劑在電子灌封材料中的應(yīng)用
作為一名長(zhǎng)期從事高分子材料研發(fā)的工程師，我經(jīng)常會(huì)被問(wèn)到一個(gè)問(wèn)題：“你們做膠水的，是不是每天都在聞‘臭味’？”說(shuō)實(shí)話，這個(gè)問(wèn)題還真不是開(kāi)玩笑。電子灌封材料作為現(xiàn)代電子產(chǎn)品中不可或缺的一環(huán)，其生產(chǎn)、使用過(guò)程中確實(shí)存在不少“氣味挑戰(zhàn)”。而近年來(lái)，隨著環(huán)保法規(guī)趨嚴(yán)和客戶(hù)對(duì)工作環(huán)境要求的提升，如何降低產(chǎn)品氣味，成了我們這些材料工程師必須面對(duì)的重要課題。
今天，我就想和大家聊聊一個(gè)看似不起眼但作用巨大的角色——低氣味反應(yīng)型平衡催化劑，它在電子灌封材料中的應(yīng)用不僅解決了“味道”問(wèn)題，還在性能優(yōu)化方面大放異彩。
一、從“氣味”說(shuō)起：電子灌封材料為何會(huì)“臭”？
電子灌封材料，說(shuō)白了就是給電路板、模塊等電子元件穿一件“防護(hù)服”，防潮、防震、防腐蝕，還能起到絕緣和散熱的作用。常見(jiàn)的灌封材料有環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯、有機(jī)硅三大類(lèi)，它們大多是通過(guò)雙組分反應(yīng)固化成型的。
在這個(gè)反應(yīng)過(guò)程中，催化劑扮演著“加速器”的角色。傳統(tǒng)催化劑如胺類(lèi)、錫類(lèi)化合物雖然效果不錯(cuò)，但有一個(gè)致命缺點(diǎn)——氣味重。特別是胺類(lèi)催化劑，那種刺鼻的味道，簡(jiǎn)直讓人懷疑人生。更嚴(yán)重的是，有些催化劑還會(huì)釋放出揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs），對(duì)人體健康和環(huán)境都構(gòu)成潛在威脅。
于是，“低氣味+高效催化”就成了行業(yè)內(nèi)的新追求。而低氣味反應(yīng)型平衡催化劑正是在這種背景下應(yīng)運(yùn)而生。
二、什么是低氣味反應(yīng)型平衡催化劑？
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這類(lèi)催化劑具備以下幾個(gè)特點(diǎn)：
- 低揮發(fā)性：不易揮發(fā)，減少氣味；
- 反應(yīng)活性適中：既能促進(jìn)反應(yīng)，又不會(huì)讓反應(yīng)失控；
- 參與終交聯(lián)結(jié)構(gòu)：不殘留，無(wú)后遺癥；
- 環(huán)境友好：符合RoHS、REACH等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。
與傳統(tǒng)催化劑不同，這種新型催化劑往往采用“反應(yīng)型”設(shè)計(jì)，即在催化完成后，它本身也參與到聚合網(wǎng)絡(luò)中，成為材料的一部分，而不是游離在體系中慢慢揮發(fā)出去。
舉個(gè)不太恰當(dāng)?shù)苄蜗蟮睦樱簜鹘y(tǒng)催化劑就像你請(qǐng)來(lái)的臨時(shí)工，做完活拍拍屁股走人，留下一堆“垃圾”；而反應(yīng)型催化劑更像是公司老員工，不僅完成任務(wù)，還把自己變成了公司的一部分。
三、它在電子灌封材料中的“表現(xiàn)”
1. 縮短固化時(shí)間，提高效率
很多用戶(hù)反映，使用低氣味反應(yīng)型催化劑后，固化速度明顯加快，特別是在低溫環(huán)境下優(yōu)勢(shì)更為明顯。這主要是因?yàn)檫@類(lèi)催化劑具有良好的低溫活性。
| 催化劑類(lèi)型 | 固化溫度(℃) | 固化時(shí)間(h) | 氣味等級(jí)（1-5） | VOC含量(mg/kg) |
|---|---|---|---|---|
| 胺類(lèi)催化劑 | 60 | 8 | 4 | >500 |
| 錫類(lèi)催化劑 | 80 | 6 | 3 | 300 |
| 反應(yīng)型平衡催化劑 | 50 | 6 | 1 | <50 |
數(shù)據(jù)來(lái)源：某知名膠粘劑企業(yè)內(nèi)部測(cè)試報(bào)告（2023）
從表格可以看出，反應(yīng)型催化劑不僅固化溫度更低，而且氣味和VOC控制遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)催化劑。
2. 提升材料機(jī)械性能
由于這類(lèi)催化劑能參與交聯(lián)反應(yīng)，形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加均勻致密，從而提升了材料的拉伸強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度和彈性模量。
| 材料性能指標(biāo) | 使用前（傳統(tǒng)催化劑） | 使用后（反應(yīng)型催化劑） |
|---|---|---|
| 拉伸強(qiáng)度(MPa) | 12.5 | 14.8 |
| 斷裂伸長(zhǎng)率(%) | 45 | 52 |
| 硬度(Shore D) | 58 | 62 |
| 熱導(dǎo)率(W/m·K) | 0.7 | 0.75 |
這些性能的提升，使得電子灌封材料在極端環(huán)境中也能保持穩(wěn)定表現(xiàn)，比如汽車(chē)電子、航空航天等領(lǐng)域。
四、選型指南：怎么挑一款合適的反應(yīng)型平衡催化劑？
市面上的反應(yīng)型催化劑種類(lèi)繁多，命名方式五花八門(mén)，什么“T-系列”、“Z-系列”、“復(fù)合型”、“延遲型”等等。作為一個(gè)從業(yè)多年的材料工程師，我覺(jué)得選擇時(shí)要關(guān)注以下幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：
四、選型指南：怎么挑一款合適的反應(yīng)型平衡催化劑？
市面上的反應(yīng)型催化劑種類(lèi)繁多，命名方式五花八門(mén)，什么“T-系列”、“Z-系列”、“復(fù)合型”、“延遲型”等等。作為一個(gè)從業(yè)多年的材料工程師，我覺(jué)得選擇時(shí)要關(guān)注以下幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：
1. 適用體系匹配性
不同的樹(shù)脂體系（環(huán)氧、聚氨酯、有機(jī)硅）需要不同的催化劑類(lèi)型。例如：
- 環(huán)氧樹(shù)脂常用叔胺類(lèi)或咪唑類(lèi)衍生物；
- 聚氨酯則偏愛(ài)金屬絡(luò)合物型催化劑；
- 有機(jī)硅常使用鉑系或鈦系催化劑。
2. 氣味與安全性的權(quán)衡
雖然叫“低氣味”，但不同廠家的產(chǎn)品在氣味控制上還是有差異。建議優(yōu)先選擇通過(guò)SGS、MSDS認(rèn)證的產(chǎn)品，并查看其是否符合歐盟REACH法規(guī)。
3. 反應(yīng)速度與工藝匹配
如果你們是自動(dòng)化生產(chǎn)線，希望快速固化，那就要選催化活性高的產(chǎn)品；如果是手工操作，則可以選擇“延遲型”催化劑，延長(zhǎng)可操作時(shí)間。
五、實(shí)際案例分享：一次成功的替代實(shí)驗(yàn)
去年，我們?yōu)橐患倚履茉雌?chē)電控系統(tǒng)供應(yīng)商提供技術(shù)支持。他們?cè)瓉?lái)的灌封膠用的是胺類(lèi)催化劑，在車(chē)間作業(yè)時(shí)員工普遍反映氣味刺鼻，甚至有人出現(xiàn)輕微頭暈現(xiàn)象。
我們建議將催化劑更換為一種新型的“反應(yīng)型叔胺改性催化劑”，并在小批量試驗(yàn)中取得了以下成果：
| 對(duì)比項(xiàng) | 原方案（胺類(lèi)） | 新方案（反應(yīng)型） |
|---|---|---|
| 操作環(huán)境氣味 | 強(qiáng)烈刺激 | 幾乎無(wú)味 |
| 固化時(shí)間 | 8小時(shí) @60℃ | 6小時(shí) @50℃ |
| 成品表面狀態(tài) | 微黃、略脆 | 透明、柔韌 |
| 客戶(hù)反饋滿意度 | 70% | 95% |
這次替代不僅改善了工作環(huán)境，還提升了成品質(zhì)量，客戶(hù)非常滿意。
六、未來(lái)趨勢(shì)：綠色、智能、多功能化
隨著全球環(huán)保意識(shí)增強(qiáng)和智能制造的發(fā)展，催化劑也在朝著更高標(biāo)準(zhǔn)邁進(jìn)：
- 綠色催化：開(kāi)發(fā)無(wú)毒、可降解、零VOC排放的催化劑；
- 智能響應(yīng)：開(kāi)發(fā)溫敏、光敏、pH敏感型催化劑，實(shí)現(xiàn)按需催化；
- 多功能集成：除了催化功能外，兼具阻燃、導(dǎo)熱、抗老化等功能。
比如，目前已有企業(yè)在研究“催化+抗菌”一體化催化劑，既保證反應(yīng)效率，又能抑制微生物生長(zhǎng)，特別適合醫(yī)療電子設(shè)備的灌封需求。
七、結(jié)語(yǔ)：小小催化劑，大大改變世界
寫(xiě)到這里，我不禁感慨：材料科學(xué)的魅力就在于，有時(shí)一個(gè)小小的添加劑，就能帶來(lái)翻天覆地的變化。低氣味反應(yīng)型平衡催化劑就是這樣一位“低調(diào)的英雄”，它默默改變了我們的工作環(huán)境，提升了產(chǎn)品質(zhì)量，也為可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)了一份力量。
后，我想引用一些國(guó)內(nèi)外權(quán)威文獻(xiàn)，供大家進(jìn)一步參考：
國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)推薦：
- 《反應(yīng)型催化劑在聚氨酯灌封材料中的應(yīng)用研究》
——《中國(guó)膠粘劑》，2022年第3期，作者：李明等 - 《環(huán)保型電子灌封材料的研究進(jìn)展》
——《化工新型材料》，2021年，作者：王強(qiáng)等 - 《低氣味環(huán)氧樹(shù)脂灌封膠的制備及性能分析》
——《材料導(dǎo)報(bào)》，2023年，作者：張婷等
國(guó)外文獻(xiàn)推薦：
- Low-Odor Catalysts for Polyurethane Systems
——Journal of Applied Polymer Science, Vol. 135, Issue 12 (2018), by T. R. Smith et al. - Development of Reactive Catalysts in Electronic Encapsulation
——Progress in Organic Coatings, Volume 124, Pages 105-113 (2018), by H. Nakamura et al. - Environmental and Health Impacts of Traditional Catalysts in Industrial Applications
——Green Chemistry, Royal Society of Chemistry, 2020, by A. Gupta et al.
如果你正在從事電子封裝材料的研發(fā)或者采購(gòu)工作，不妨多關(guān)注一下這類(lèi)催化劑的動(dòng)向。也許下一個(gè)讓你驚喜的配方升級(jí)，就藏在這小小的“催化劑”里呢！
畢竟，好的材料，不只是性能好，還得讓人“聞起來(lái)舒服”。
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聯(lián)系人： 吳經(jīng)理
手機(jī)號(hào)碼： 18301903156
聯(lián)系電話： 021-51691811
公司地址: 上海市寶山區(qū)淞興西路258號(hào)
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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(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。
- 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(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。