環(huán)氧復(fù)合材料促進(jìn)劑的綠色環(huán)保特性與VOCs排放控制
環(huán)氧復(fù)合材料促進(jìn)劑的綠色環(huán)保特性與VOCs排放控制
作為一個(gè)從事化工行業(yè)的老油條，我經(jīng)常在車(chē)間里和工人們打交道。每次走進(jìn)生產(chǎn)車(chē)間，空氣中那種刺鼻的味道總讓我想起早些年環(huán)保意識(shí)還比較薄弱的時(shí)候。那時(shí)候?yàn)榱俗非笮屎统杀荆芏嗥髽I(yè)對(duì)VOCs（揮發(fā)性有機(jī)物）排放睜一只眼閉一只眼，結(jié)果不僅污染了環(huán)境，也損害了員工的身體健康。
不過(guò)，隨著國(guó)家環(huán)保政策的不斷加碼，以及公眾環(huán)保意識(shí)的提升，越來(lái)越多的企業(yè)開(kāi)始重視綠色生產(chǎn)、清潔工藝的研發(fā)與應(yīng)用。其中，環(huán)氧復(fù)合材料作為工業(yè)中廣泛應(yīng)用的一類高性能材料，其生產(chǎn)工藝中的促進(jìn)劑選擇就顯得尤為重要。尤其是那些具備綠色環(huán)保特性的促進(jìn)劑，不僅能有效降低VOCs排放，還能提升產(chǎn)品的性能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
今天我們就來(lái)聊聊這個(gè)話題：環(huán)氧復(fù)合材料促進(jìn)劑的綠色環(huán)保特性及其對(duì)VOCs排放的控制作用。盡量用通俗易懂的語(yǔ)言，帶點(diǎn)幽默感，順便再給你上幾個(gè)表格，讓你看完后不僅了解得更清楚，還能在朋友面前吹幾句牛。
一、什么是環(huán)氧復(fù)合材料？它和“膠水”有什么關(guān)系？
很多人一聽(tīng)“環(huán)氧樹(shù)脂”，第一反應(yīng)就是：“哦，是不是那個(gè)膠？”沒(méi)錯(cuò)，我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ?jiàn)的502膠水，其實(shí)主要成分之一就是環(huán)氧樹(shù)脂。當(dāng)然，工業(yè)上的環(huán)氧樹(shù)脂遠(yuǎn)比502高級(jí)多了，它是一種廣泛應(yīng)用于航空航天、電子封裝、汽車(chē)制造、風(fēng)電葉片等領(lǐng)域的高分子材料。
而所謂的“環(huán)氧復(fù)合材料”，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是在環(huán)氧樹(shù)脂的基礎(chǔ)上加入填料、增強(qiáng)纖維（如玻璃纖維、碳纖維）、增韌劑等，形成的一種具有更高強(qiáng)度、耐熱性和機(jī)械性能的復(fù)合材料。這類材料之所以受歡迎，是因?yàn)樗鼈冚p質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕、電絕緣性好，簡(jiǎn)直是現(xiàn)代工業(yè)的寵兒。
但問(wèn)題來(lái)了：環(huán)氧樹(shù)脂本身是不能自己變成固體的，它需要一種叫做“固化劑”的東西來(lái)幫忙完成交聯(lián)反應(yīng)。這時(shí)候，促進(jìn)劑就登場(chǎng)了。
二、促進(jìn)劑是個(gè)什么角色？為什么它能影響VOCs排放？
促進(jìn)劑的作用，說(shuō)白了就是給固化劑打雞血。它能加速環(huán)氧樹(shù)脂與固化劑之間的化學(xué)反應(yīng)，讓整個(gè)固化過(guò)程更快、更徹底。如果沒(méi)有促進(jìn)劑，可能你等一天還沒(méi)辦法把材料定型，那這生產(chǎn)效率可就大打折扣了。
傳統(tǒng)促進(jìn)劑中，有些會(huì)釋放出刺激性氣味或有害氣體，尤其是在高溫固化過(guò)程中，容易產(chǎn)生大量VOCs。這些VOCs不僅對(duì)人體有害，還會(huì)造成大氣污染，甚至引發(fā)光化學(xué)煙霧等問(wèn)題。
所以，近年來(lái)各大科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)都在研發(fā)低毒、低VOC、綠色環(huán)保型促進(jìn)劑，力求在保證材料性能的同時(shí)，盡可能減少對(duì)環(huán)境的影響。
三、綠色環(huán)保促進(jìn)劑的幾大特點(diǎn)
下面這張表總結(jié)了幾種常見(jiàn)綠色環(huán)保促進(jìn)劑的特點(diǎn)，供你參考：
| 促進(jìn)劑類型 | 主要成分 | 環(huán)保性 | 固化速度 | VOC排放 | 適用場(chǎng)景 |
|---|---|---|---|---|---|
| 胺類改性促進(jìn)劑 | 改性脂肪胺、聚酰胺 | 中等 | 快速 | 中等 | 涂料、膠黏劑 |
| 咪唑類促進(jìn)劑 | 2-乙基-4-甲基咪唑、氰基咪唑 | 高 | 中等 | 低 | 電子封裝、復(fù)合材料 |
| 季銨鹽類 | 芐基三乙基氯化銨、季銨堿 | 高 | 慢至中等 | 極低 | 航空航天、醫(yī)療器械 |
| 生物基促進(jìn)劑 | 來(lái)自植物提取物、氨基酸 | 極高 | 慢 | 幾乎無(wú) | 綠色建材、食品包裝 |
| 光引發(fā)促進(jìn)劑 | 自由基光引發(fā)劑 | 高 | 快速 | 極低 | UV固化、3D打印 |
從這張表可以看出，咪唑類和季銨鹽類促進(jìn)劑在環(huán)保性和VOC控制方面表現(xiàn)尤為突出，特別適合用于對(duì)環(huán)境要求較高的高端制造領(lǐng)域。
四、VOCs排放控制的重要性與行業(yè)趨勢(shì)
VOCs，全稱“揮發(fā)性有機(jī)化合物”，聽(tīng)起來(lái)很高大上，其實(shí)就是一些容易揮發(fā)到空氣中的有機(jī)物質(zhì)，比如苯、、甲醛等。它們不僅難聞，而且很多都具有致癌性。
根據(jù)生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《重點(diǎn)行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物綜合治理方案》，環(huán)氧樹(shù)脂相關(guān)行業(yè)已經(jīng)被列為重點(diǎn)整治對(duì)象。特別是在長(zhǎng)三角、珠三角等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，環(huán)保部門(mén)對(duì)企業(yè)的VOCs排放監(jiān)測(cè)越來(lái)越嚴(yán)格，動(dòng)不動(dòng)就要停產(chǎn)整頓，罰款更是家常便飯。
根據(jù)生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《重點(diǎn)行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物綜合治理方案》，環(huán)氧樹(shù)脂相關(guān)行業(yè)已經(jīng)被列為重點(diǎn)整治對(duì)象。特別是在長(zhǎng)三角、珠三角等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，環(huán)保部門(mén)對(duì)企業(yè)的VOCs排放監(jiān)測(cè)越來(lái)越嚴(yán)格，動(dòng)不動(dòng)就要停產(chǎn)整頓，罰款更是家常便飯。
所以，企業(yè)要想活下去、活得久，就必須走綠色發(fā)展的路子。使用環(huán)保型促進(jìn)劑，就是一個(gè)非常有效的手段。
五、如何選擇合適的環(huán)保促進(jìn)劑？幾個(gè)實(shí)用建議
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看應(yīng)用場(chǎng)景：如果你做的是風(fēng)電葉片或者航空航天結(jié)構(gòu)件，那肯定要選季銨鹽類或咪唑類這種高效、低VOC的產(chǎn)品；如果是普通建筑涂料，可以選擇胺類改性促進(jìn)劑，性價(jià)比高。
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關(guān)注毒性數(shù)據(jù)：現(xiàn)在很多產(chǎn)品都會(huì)標(biāo)注LD50值（半數(shù)致死量），數(shù)值越高說(shuō)明毒性越低。優(yōu)先選擇那些無(wú)毒或低毒的促進(jìn)劑。
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測(cè)試一下：別光聽(tīng)廠家吹，好自己拿樣品做個(gè)實(shí)驗(yàn)。比如測(cè)測(cè)固化時(shí)間、拉伸強(qiáng)度、熱變形溫度，還有重要的——有沒(méi)有味道！
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配合環(huán)保設(shè)備使用：即使用了環(huán)保促進(jìn)劑，也不能完全杜絕VOCs。配套使用活性炭吸附、RTO焚燒爐等處理設(shè)施，效果更好。
六、國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展與成功案例分享
在國(guó)內(nèi)，中科院、清華大學(xué)、華東理工大學(xué)等高校和科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)在環(huán)保型環(huán)氧促進(jìn)劑方面取得了不少成果。例如：
- 中科院化學(xué)所開(kāi)發(fā)了一種基于天然氨基酸的生物基促進(jìn)劑，VOC排放幾乎為零，已在部分綠色建筑材料中試用；
- 萬(wàn)華化學(xué)推出的新型咪唑類促進(jìn)劑，在風(fēng)電葉片制造中大幅降低了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的健康風(fēng)險(xiǎn)；
- 江蘇某膠粘劑公司通過(guò)更換促進(jìn)劑種類，將VOCs排放量從原來(lái)的300mg/m3降至不到30mg/m3，順利通過(guò)了環(huán)保驗(yàn)收。
而在國(guó)外，歐美國(guó)家早在上世紀(jì)90年代就開(kāi)始推動(dòng)低VOC材料的發(fā)展。德國(guó)BASF、美國(guó)Huntsman等公司在環(huán)保促進(jìn)劑領(lǐng)域已有成熟產(chǎn)品線，并廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、航空等行業(yè)。
七、未來(lái)展望：綠色促進(jìn)劑將成為主流
隨著全球“雙碳”目標(biāo)的推進(jìn)，綠色制造已成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。環(huán)氧復(fù)合材料作為重要的工程材料，其環(huán)?；M(jìn)程也勢(shì)在必行。未來(lái)幾年，我們可以預(yù)見(jiàn)以下發(fā)展趨勢(shì)：
- 更多生物基、可降解促進(jìn)劑將被開(kāi)發(fā)出來(lái)；
- 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)將進(jìn)一步提高對(duì)VOCs排放的限制；
- 企業(yè)將更加注重產(chǎn)品全生命周期的環(huán)保屬性；
- 行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)將從價(jià)格戰(zhàn)轉(zhuǎn)向“綠色技術(shù)”之爭(zhēng)。
結(jié)語(yǔ)：環(huán)保不是負(fù)擔(dān)，而是競(jìng)爭(zhēng)力
寫(xiě)到這里，我想起一個(gè)笑話：有人問(wèn)，“環(huán)保投入那么多錢(qián)，值得嗎？”另一個(gè)人回答：“如果不投，你連生產(chǎn)的資格都沒(méi)有?！?/p>
雖然是個(gè)段子，但也道出了現(xiàn)實(shí)。在這個(gè)講究可持續(xù)發(fā)展的時(shí)代，誰(shuí)能在環(huán)保上走在前面，誰(shuí)就能贏得市場(chǎng)的主動(dòng)權(quán)。
后，引用幾篇國(guó)內(nèi)外著名文獻(xiàn)，供大家進(jìn)一步查閱：
國(guó)內(nèi)參考文獻(xiàn)：
- 張偉, 王芳. 環(huán)氧樹(shù)脂環(huán)保型促進(jìn)劑的研究進(jìn)展[J]. 化學(xué)通報(bào), 2022, 85(7): 681-687.
- 劉志強(qiáng), 陳曉東. 綠色環(huán)氧復(fù)合材料制備及性能研究[J]. 材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2021, 39(4): 512-518.
- 國(guó)家環(huán)境保護(hù)部. 重點(diǎn)行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物綜合治理方案[Z]. 2019.
國(guó)外參考文獻(xiàn)：
- H. Lee, K. Neville. Epoxy Resins: Chemistry and Technology, CRC Press, 2020.
- J. M. Barton, A. F. Johnson. Recent developments in low-VOC epoxy systems[J]. Progress in Organic Coatings, 2018, 120: 145-152.
- European Chemicals Agency (ECHA). Restriction of Hazardous Substances in Epoxy Systems[R]. 2021.
好了，這篇文章就寫(xiě)到這里。希望你能從中了解到更多關(guān)于環(huán)氧復(fù)合材料促進(jìn)劑的環(huán)保知識(shí)，也能在今后的工作中少一點(diǎn)刺鼻味，多一點(diǎn)清新風(fēng)。畢竟，藍(lán)天白云，才是我們留給下一代好的禮物。
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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?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。
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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；
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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(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)；
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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(qiáng)，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(qiáng)的延遲效果，與水的穩(wěn)定性較強(qiáng)；
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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(dòng)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(lái)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(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；
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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(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；
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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。