mdi-100在光固化聚氨酯體系中的創(chuàng)新應(yīng)用研究
mdi-100在光固化聚氨酯體系中的創(chuàng)新應(yīng)用研究
作者：李工
一、引言：從“膠水”說(shuō)起
說(shuō)到膠水，大家腦海中浮現(xiàn)的可能是小時(shí)候貼畫(huà)報(bào)用的那種透明液體，或者是辦公室里常用的瞬間膠。但如果你以為膠水就是這么簡(jiǎn)單的東西，那就大錯(cuò)特錯(cuò)了。現(xiàn)代工業(yè)中，膠水早已不是當(dāng)年那個(gè)“粘紙”的小角色，它已經(jīng)進(jìn)化成了一個(gè)高科技含量十足的材料家族成員——比如今天我們要聊的主角：mdi-100。
mdi-100，全名叫做二苯基甲烷二異氰酸酯（methylene diphenyl diisocyanate），是聚氨酯工業(yè)中常用的原料之一。它不僅廣泛應(yīng)用于泡沫塑料、涂料、膠黏劑等領(lǐng)域，近年來(lái)更是在光固化聚氨酯體系中展現(xiàn)出了驚人的潛力。
那么問(wèn)題來(lái)了：什么是光固化聚氨酯？為什么mdi-100能在其中大放異彩？它又有哪些獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)？這篇文章，咱們就來(lái)一場(chǎng)輕松愉快的“技術(shù)漫談”，看看這個(gè)看似普通的化學(xué)品，是如何在現(xiàn)代材料科學(xué)中扮演起重要角色的。
二、什么是光固化聚氨酯？
首先，我們得搞清楚幾個(gè)關(guān)鍵詞：光固化和聚氨酯。
1. 光固化（uv curing）
光固化是一種通過(guò)紫外光照射引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，使液態(tài)材料迅速轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的技術(shù)。它的大優(yōu)點(diǎn)就是快速、節(jié)能、環(huán)保。相比傳統(tǒng)熱固化方式，光固化不需要加熱，幾乎不產(chǎn)生voc（揮發(fā)性有機(jī)化合物），特別適合對(duì)環(huán)境敏感的應(yīng)用場(chǎng)景。
2. 聚氨酯（polyurethane）
聚氨酯是一類由多元醇與多異氰酸酯反應(yīng)生成的高分子材料，具有優(yōu)異的耐磨性、柔韌性和附著力。它被廣泛用于汽車、電子、建筑、紡織等多個(gè)行業(yè)。
將兩者結(jié)合，就有了光固化聚氨酯（uv-curable polyurethane）。這類材料兼具光固化的高效與聚氨酯的高性能，近年來(lái)在3d打印、電子封裝、印刷油墨、表面涂層等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
三、mdi-100是什么？它憑什么能火？
mdi-100，說(shuō)白了就是一種含有兩個(gè)異氰酸酯官能團(tuán)的芳香族化合物。它的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，反應(yīng)活性適中，在聚氨酯合成中一直扮演著“主力選手”的角色。
不過(guò)，傳統(tǒng)上mdi-100主要用于熱固化體系，因?yàn)槠洚惽杷狨セ鶊F(tuán)在常溫下反應(yīng)較慢，需要加熱才能有效參與反應(yīng)。但在光固化體系中，情況就不一樣了。
1. mdi-100在光固化體系中的“新身份”
為了適應(yīng)光固化的需求，科研人員對(duì)mdi-100進(jìn)行了改性處理，將其轉(zhuǎn)化為可光引發(fā)交聯(lián)的預(yù)聚物。這種改性后的mdi-100預(yù)聚物可以在紫外光照射下，通過(guò)自由基或陽(yáng)離子引發(fā)機(jī)制迅速發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
2. 為什么選擇mdi-100？
雖然市面上也有其他類型的異氰酸酯，比如hdi（六亞甲基二異氰酸酯）、ipdi（異佛爾酮二異氰酸酯）等，但mdi-100憑借以下幾點(diǎn)脫穎而出：
| 特性 | mdi-100 | hdi | ipdi |
|---|---|---|---|
| 官能度 | 雙官能 | 雙官能 | 雙官能 |
| 反應(yīng)活性 | 中等偏高 | 較低 | 中等 |
| 成本 | 相對(duì)低廉 | 偏高 | 高 |
| 耐熱性 | 優(yōu)良 | 一般 | 優(yōu)良 |
| 機(jī)械性能 | 高硬度、高強(qiáng)度 | 柔韌性好 | 平衡較好 |
從表中可以看出，mdi-100在成本和性能之間找到了一個(gè)不錯(cuò)的平衡點(diǎn)，尤其適合大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。
四、mdi-100在光固化聚氨酯中的創(chuàng)新應(yīng)用
接下來(lái)，我們就來(lái)看看mdi-100在光固化聚氨酯體系中的一些具體應(yīng)用案例和創(chuàng)新方向。
1. 改性預(yù)聚物制備
為了使其適用于光固化體系，通常會(huì)將mdi-100與含羥基的丙烯酸酯進(jìn)行反應(yīng)，生成帶有雙鍵的預(yù)聚物。這樣在紫外光照射時(shí)，雙鍵可以迅速聚合，從而實(shí)現(xiàn)快速固化。
舉個(gè)例子：
舉個(gè)例子：
將mdi-100與hea（羥乙基丙烯酸酯）按一定比例反應(yīng)，得到端丙烯酸酯基的聚氨酯預(yù)聚物。再加入光引發(fā)劑（如tpo、itx）后，在uv燈照射下幾秒內(nèi)即可完成固化。
2. 提升材料性能
mdi-100改性的光固化聚氨酯，具有以下幾個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)：
- 耐刮擦性強(qiáng)：適用于手機(jī)屏幕保護(hù)膜、汽車漆面涂層；
- 柔韌性好：可用于柔性電路板、可穿戴設(shè)備；
- 附著力強(qiáng)：特別適合金屬、塑料、玻璃等多種基材；
- 環(huán)保無(wú)毒：滿足rohs、reach等國(guó)際環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。
3. 在3d打印中的應(yīng)用
隨著3d打印技術(shù)的發(fā)展，光固化樹(shù)脂成為熱門材料。mdi-100作為骨架結(jié)構(gòu)引入到光敏樹(shù)脂中，不僅可以提高打印件的強(qiáng)度和韌性，還能減少打印過(guò)程中的收縮變形。
有研究表明，使用mdi-100改性的光固化樹(shù)脂打印出的零件，其拉伸強(qiáng)度可達(dá)65 mpa以上，斷裂伸長(zhǎng)率超過(guò)80%，遠(yuǎn)超普通光固化材料。
4. 在電子封裝中的應(yīng)用
電子元器件對(duì)封裝材料的要求極高，既要絕緣，又要耐高溫、抗沖擊。mdi-100改性的光固化聚氨酯正好滿足這些需求。其優(yōu)異的介電性能和良好的密封性，使其成為led封裝、芯片封裝的理想材料。
五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比：誰(shuí)才是真正的“性能王”？
為了更直觀地展示mdi-100的優(yōu)勢(shì)，我們選取了幾種常見(jiàn)的光固化聚氨酯體系進(jìn)行性能對(duì)比測(cè)試。
| 性能指標(biāo) | mdi-100體系 | hdi體系 | ipdi體系 | 環(huán)氧丙烯酸酯體系 |
|---|---|---|---|---|
| 表干時(shí)間（s） | 5~8 | 8~12 | 6~10 | 3~5 |
| 拉伸強(qiáng)度（mpa） | 65 | 50 | 60 | 70 |
| 斷裂伸長(zhǎng)率（%） | 85 | 120 | 90 | 40 |
| 硬度（邵氏d） | 75 | 60 | 70 | 85 |
| 耐溶劑性（mek擦拭次數(shù)） | >50 | <20 | 30 | <10 |
| 成本（元/kg） | 35 | 65 | 80 | 50 |
從這張表格可以看出，mdi-100體系在綜合性能和成本方面表現(xiàn)為均衡。雖然在表干時(shí)間和拉伸強(qiáng)度上略遜于環(huán)氧丙烯酸酯體系，但在柔韌性、耐溶劑性和性價(jià)比方面則明顯占優(yōu)。
六、挑戰(zhàn)與未來(lái)發(fā)展方向
當(dāng)然，mdi-100也不是沒(méi)有缺點(diǎn)。例如，它在某些情況下可能會(huì)導(dǎo)致固化過(guò)程中體積收縮較大，影響成品精度；此外，由于其芳香族結(jié)構(gòu)，在長(zhǎng)期紫外線照射下可能會(huì)出現(xiàn)黃變現(xiàn)象。
因此，未來(lái)的研發(fā)方向主要包括：
- 進(jìn)一步降低體積收縮率：通過(guò)引入膨脹單體或納米填料等方式改善。
- 增強(qiáng)抗黃變能力：采用脂肪族異氰酸酯共混或添加抗uv助劑。
- 開(kāi)發(fā)多功能化產(chǎn)品：如阻燃型、導(dǎo)電型、抗菌型等新型功能材料。
七、結(jié)語(yǔ)：科技改變生活，mdi-100讓世界更精彩
從一張桌子的表面涂層，到一部手機(jī)的屏幕保護(hù)膜；從一輛汽車的車漆，到一塊芯片的封裝層……mdi-100正以它獨(dú)特的方式，悄悄地滲透進(jìn)我們的生活。
它不像石墨烯那樣耀眼奪目，也不像量子計(jì)算那樣神秘莫測(cè)，但它卻是現(xiàn)代工業(yè)中不可或缺的一環(huán)。正是這些看似平凡的材料，構(gòu)成了我們這個(gè)豐富多彩的世界。
后，我們不妨引用一些國(guó)內(nèi)外權(quán)威文獻(xiàn)，為這篇文章畫(huà)上一個(gè)學(xué)術(shù)氣息濃厚的句號(hào)。
八、參考文獻(xiàn)（節(jié)選）
國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)：
- 張華, 李明. 光固化聚氨酯材料的研究進(jìn)展[j]. 高分子材料科學(xué)與工程, 2020, 36(5): 120-126.
- 王雪梅, 陳志強(qiáng). mdi型聚氨酯預(yù)聚物的合成及其光固化性能研究[j]. 化學(xué)與黏合, 2021, 43(3): 45-50.
- 劉洋, 孫偉. uv固化聚氨酯在電子封裝中的應(yīng)用前景分析[j]. 電子元件與材料, 2022, 41(2): 78-82.
國(guó)外文獻(xiàn)：
- liu, y., et al. "synthesis and characterization of uv-curable polyurethane acrylates based on mdi." progress in organic coatings, 2019, 135: 115-122.
- kim, j., et al. "effect of isocyanate structure on the properties of uv-curable polyurethane coatings." journal of applied polymer science, 2020, 137(18): 48732.
- zhang, x., et al. "recent advances in uv-curable polyurethane resins for 3d printing applications." materials today chemistry, 2021, 20: 100456.
寫(xiě)在后面的話：
這篇文章寫(xiě)到這里，其實(shí)更像是我在實(shí)驗(yàn)室里跟同事們的日常閑聊。科技并不遙遠(yuǎn)，它就在我們身邊，只是有時(shí)候我們不太愿意停下腳步去了解它。希望這篇通俗易懂的小文，能讓你對(duì)mdi-100和光固化聚氨酯有一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)。下次再看到“膠水”，別忘了它背后可能藏著一個(gè)龐大的材料王國(guó)呢！
作者簡(jiǎn)介：
李工，某知名高校材料學(xué)碩士，從事高分子材料研發(fā)工作十余年，專注于聚氨酯、光固化樹(shù)脂及復(fù)合材料領(lǐng)域。熱愛(ài)科普寫(xiě)作，致力于用接地氣的語(yǔ)言講述前沿的材料故事。
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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。