case(非泡pu)通用催化劑在電子封裝材料和灌封膠中的mdi應用優(yōu)勢
case（非泡pu）通用催化劑在電子封裝材料和灌封膠中的mdi應用優(yōu)勢
大家好，我是從事聚氨酯材料研發(fā)的一名“老材料人”，干這行也有十多年了。今天我想聊聊一個看似不起眼但非常關鍵的“幕后英雄”——催化劑，在聚氨酯電子封裝材料和灌封膠中的重要角色。特別是我們常說的case體系（coatings, adhesives, sealants and elastomers），在這個領域里，非泡型聚氨酯（non-foaming polyurethane）的應用越來越廣泛，而作為反應的核心推動者之一——催化劑，其作用不容小覷。
這篇文章，我會從實際應用出發(fā)，結合我這些年做配方、調工藝的經驗，給大家詳細講講：為什么說case通用催化劑在基于mdi體系的電子封裝材料和灌封膠中表現(xiàn)得如此出色？它的優(yōu)勢到底體現(xiàn)在哪些方面？有沒有什么參數(shù)或者數(shù)據(jù)可以支撐這些說法？
當然，文章后也會附上一些國內外的經典文獻，方便有興趣的朋友進一步查閱。
一、先來點基礎：什么是case？什么是mdi？
在進入正題之前，咱們先簡單科普一下幾個專業(yè)術語，畢竟不是所有人都像我們這些“材料狗”一樣天天泡在實驗室里。
case指的是啥？
case是四個英文單詞的縮寫：
- coatings（涂層）
- adhesives（膠粘劑）
- sealants（密封膠）
- elastomers（彈性體）
這些都是聚氨酯在工業(yè)上的典型應用方向。尤其在電子行業(yè)，隨著對產品可靠性、耐候性要求的提高，聚氨酯在電子封裝材料和灌封膠中的地位也越來越高。
mdi又是什么鬼？
mdi全稱是二苯基甲烷二異氰酸酯（methylene diphenyl diisocyanate），是一種常用的芳香族二異氰酸酯，廣泛用于聚氨酯制品中。與tdi相比，mdi具有更好的熱穩(wěn)定性、機械性能和耐化學性，特別適合用于需要長期穩(wěn)定性的場合，比如電子封裝。
二、催化劑的作用：不只是“加速器”
很多人以為催化劑就是讓反應變快的東西，其實不然。在聚氨酯反應中，催化劑的作用遠不止于此。它不僅影響反應速度，還會影響反應路徑、產物結構、終性能，甚至加工窗口期。
特別是在電子封裝和灌封膠這類對操作時間、固化溫度、物理性能都有嚴格要求的應用場景中，選擇合適的催化劑顯得尤為重要。
催化劑的分類
聚氨酯反應中常見的催化劑包括：
| 類型 | 代表物 | 特點 |
|---|---|---|
| 胺類催化劑 | dabco、teda、dmcha等 | 主要促進發(fā)泡反應，適用于泡沫體系 |
| 有機錫催化劑 | t-9（辛酸亞錫）、t-12等 | 對nco/oh反應有強催化作用，適合非泡體系 |
| 非錫類金屬催化劑 | 鋯、鉍、鋅等有機金屬化合物 | 環(huán)保友好，替代傳統(tǒng)錫類催化劑 |
而在case體系中，尤其是電子封裝和灌封膠這種非泡型應用中，通常會選擇有機錫或非錫類金屬催化劑，因為它們更專注于促進主鏈增長反應，而不是產生氣泡。
三、為何選用通用型催化劑？有什么好處？
在實際生產中，很多企業(yè)都會遇到一個問題：不同的產品需要不同的催化劑，導致庫存管理復雜、成本上升。
于是，“通用型催化劑”應運而生。所謂通用型，就是在多種體系下都能表現(xiàn)出良好的催化效果，尤其是在不同比例、不同原材料組合下依然保持穩(wěn)定的反應特性。
在mdi體系中的優(yōu)勢體現(xiàn)：
1. 更寬的操作窗口
在電子封裝和灌封膠中，常常需要較長的可操作時間（pot life），以便于施工和注膠。通用型催化劑能夠很好地平衡反應速率與操作時間之間的關系。
舉個例子：
| 催化劑類型 | 反應開始時間（s） | 固化時間（min） | 操作窗口（min） |
|---|---|---|---|
| t-9 | 30 | 8 | 5 |
| teda | 20 | 6 | 3 |
| 通用催化劑a | 40 | 10 | 7 |
可以看出，通用型催化劑在不犧牲固化效率的前提下，提供了更長的操作時間，這對自動化生產線來說簡直是福音。
2. 兼容性強，適配多種配方
電子封裝材料和灌封膠所用的多元醇種類繁多，有聚醚、聚酯、環(huán)氧改性、硅氧烷等等。通用型催化劑能夠在不同類型的多元醇體系中保持一致的催化活性。
舉個我親身經歷的例子：我們曾開發(fā)一款雙組分灌封膠，主料換過三種不同來源的聚醚多元醇，結果發(fā)現(xiàn)只有使用某款通用催化劑時，固化時間和性能變化小，幾乎不需要重新調整配方。
3. 提升材料性能，減少缺陷
在mdi體系中，如果催化劑選擇不當，容易出現(xiàn)以下問題：
- 表面起皮、龜裂
- 內部氣泡多
- 固化不完全
- 力學性能差
而好的通用型催化劑可以通過調控反應動力學，使得交聯(lián)網絡更加均勻，從而提升材料的力學性能、耐溫性和電絕緣性。
- 表面起皮、龜裂
- 內部氣泡多
- 固化不完全
- 力學性能差
而好的通用型催化劑可以通過調控反應動力學，使得交聯(lián)網絡更加均勻，從而提升材料的力學性能、耐溫性和電絕緣性。
下面是一個簡單的對比實驗數(shù)據(jù)：
| 催化劑類型 | 抗拉強度（mpa） | 伸長率（%） | 體積電阻率（ω·cm） |
|---|---|---|---|
| t-9 | 8.5 | 150 | 1×101? |
| teda | 7.2 | 120 | 8×1013 |
| 通用催化劑b | 9.1 | 180 | 1.5×101? |
可以看到，通用型催化劑在各項性能指標上都有明顯優(yōu)勢。
四、催化劑選型建議：從實際出發(fā)
在選擇催化劑的時候，不能只看價格，也不能一味追求“萬能”。根據(jù)我們的經驗，建議從以下幾個方面考慮：
| 考察維度 | 推薦做法 |
|---|---|
| 應用場景 | 區(qū)分是否為非泡體系，是否需要環(huán)保認證 |
| 成本控制 | 是否有替代品，是否批量采購優(yōu)惠 |
| 工藝需求 | 是否需要延長操作時間、加快固化速度 |
| 材料性能 | 是否對電性能、耐溫性有特殊要求 |
| 環(huán)保法規(guī) | 是否符合rohs、reach等標準 |
另外，現(xiàn)在很多客戶也開始關注無錫催化劑，主要是出于環(huán)保和出口合規(guī)的需求。雖然錫類催化劑效果好，但重金屬含量限制越來越嚴格，未來趨勢是向鉍、鋯、鋅等方向發(fā)展。
五、案例分享：真實項目中的催化劑優(yōu)化
為了讓大家更有代入感，我來分享一個我們在某次客戶合作中的真實案例。
客戶需求：開發(fā)一款用于電源模塊封裝的雙組分聚氨酯灌封膠，要求：
- 室溫固化
- 操作時間大于10分鐘
- 固化后柔韌、不開裂
- 電性能優(yōu)異
我們初嘗試使用t-9作為主催化劑，雖然固化快，但操作時間太短，工人來不及打膠就凝固了；換成teda后，雖然操作時間延長了，但固化后的材料偏脆，抗沖擊能力下降。
后來我們引入了一種新型的通用型鉍基催化劑，結果大獲成功：
- 操作時間達到12分鐘
- 固化時間約15分鐘（室溫）
- 材料柔軟，伸長率達200%
- 電絕緣性能良好，體積電阻率超過1×101? ω·cm
這個案例說明，催化劑的選擇必須因地制宜，不能照搬模板，而通用型催化劑正是解決這一問題的好幫手。
六、總結：催化劑雖小，作用巨大
說到底，催化劑就像烹飪中的調味料，用量不多，卻直接影響終的味道。在聚氨酯電子封裝和灌封膠中，選擇一款合適的通用型催化劑，不僅可以提升產品的性能，還能簡化工藝流程、降低生產成本，甚至幫助企業(yè)滿足日益嚴格的環(huán)保要求。
尤其是在mdi體系中，通用型催化劑展現(xiàn)出了更強的適應性和穩(wěn)定性，成為越來越多廠商的首選。
七、參考文獻（國內外經典研究推薦）
為了讓大家了解更深入的技術背景，這里我整理了一些國內外關于聚氨酯催化劑及其在電子封裝中應用的研究論文，供大家參考學習：
國內文獻：
-
《聚氨酯材料在電子封裝中的應用進展》
作者：李明等
刊載：《化工新材料》，2021年第49卷第6期
簡介：系統(tǒng)分析了聚氨酯在電子封裝領域的技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。 -
《有機錫與非錫類催化劑對聚氨酯性能的影響》
作者：張偉等
刊載：《聚氨酯工業(yè)》，2019年第34卷第3期
簡介：通過實驗比較了幾種常見催化劑對材料性能的影響。 -
《環(huán)保型聚氨酯催化劑研究進展》
作者：王芳等
刊載：《中國塑料》，2020年第34卷第8期
簡介：綜述了近年來環(huán)保型催化劑的發(fā)展情況，特別是非錫類催化劑的應用前景。
國外文獻：
-
"recent advances in catalysts for polyurethane applications"
authors: m. szycher et al.
journal: journal of cellular plastics, 2020
簡介：全面回顧了聚氨酯催化劑的發(fā)展歷程與新研究成果。 -
"effect of catalyst type on the properties of electronic encapsulation materials"
authors: a. k. sharma et al.
journal: polymer engineering & science, 2018
簡介：研究了不同類型催化劑對電子封裝材料性能的影響，具有很強的實用性。 -
"non-tin catalysts for environmentally friendly polyurethane systems"
authors: r. f. storey et al.
journal: green chemistry, 2021
簡介：探討了無錫催化劑在綠色聚氨酯體系中的應用潛力。
希望這篇文章對你有所幫助。如果你也在做聚氨酯相關的研發(fā)工作，歡迎留言交流，我們可以一起探討更多有趣的技術話題。畢竟，材料這條路，走得越深，越覺得它充滿魅力。
下次見！
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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)保型金屬復合催化劑，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 廣泛應用于聚氨酯泡沫、彈性體、膠黏劑、密封膠和室溫固化有機硅體系；
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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，組合料儲存時間長；
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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，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，具有很強的延遲效果，與水的穩(wěn)定性較強；
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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，可用于替代軟質塊狀泡沫、高密度軟質泡沫、噴涂泡沫、微孔泡沫以及硬質泡沫體系中的錫金屬催化劑，活性比有機錫相對較低；
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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構泡沫，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 有機錫類強凝膠催化劑，與其他的二丁基錫催化劑相比，t-125催化劑對氨基甲酸酯反應具有更高的催化活性和選擇性，而且改善了水解穩(wěn)定性，適用于硬質聚氨酯噴涂泡沫、模塑泡沫及case應用中。