研究DBU二氮杂二环在生物基聚氨酯和特殊功能性材料中的应用潜力

在材料科学的江湖里，有一种“小个子大能量”的化合物，名叫DBU——全名是1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯（1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene）。它不像聚氨酯那样家喻户晓，也不像环氧树脂那般被工业界奉为座上宾，但它却是许多高端化学反应中不可或缺的“幕后推手”。今天，咱们就来聊一聊这个看似低调却身怀绝技的分子，在生物基聚氨酯和特殊功能性材料中的那些“骚操作”。

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一、DBU是谁？一个“碱性十足”的化学侠客

先别被这个名字吓住。DBU虽然名字长得像绕口令，但它的结构其实挺优雅：两个氮原子架起一座桥，形成一个刚性的双环体系。这种结构赋予了它极强的碱性（pKa约为12），却又不像传统强碱那样容易水解或腐蚀设备。它不溶于水，却能在多种有机溶剂中游刃有余，堪称“碱界的绅士”——既有力气干活，又不会砸场子。

在催化领域，DBU是个“多面手”。它可以促进迈克尔加成、酯交换、缩合反应，甚至还能在聚合反应中当“加速器”。尤其在聚氨酯合成这条赛道上，DBU近年来频频露脸，尤其是在环保型、生物基聚氨酯的研发中，俨然成了“新晋顶流”。

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二、生物基聚氨酯：绿色浪潮下的“新贵”

传统聚氨酯大多依赖石油基原料，比如异氰酸酯和多元醇。可随着“双碳”目标在全球铺开，科学家们开始琢磨：能不能用植物油、木质素、糖类这些“绿色原料”来替代化石资源？

答案是：能！而且已经有人做到了。

生物基聚氨酯，顾名思义，就是以可再生资源为原料合成的聚氨酯。它不仅环保，还能通过分子设计调控性能，比如柔韧性、耐热性、降解性等。然而，问题也随之而来——生物基多元醇往往活性较低，反应速度慢，交联效率差。这时候，就需要一位“催化剂高手”来救场。

而DBU，正是这位高手。

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三、DBU在生物基聚氨酯中的“神助攻”

1. 催化机制：温柔地推动反应

DBU在聚氨酯合成中主要扮演两种角色：一是作为非离子型催化剂，促进异氰酸酯与羟基之间的反应；二是参与“自催化”体系，特别是在无重金属催化的绿色配方中表现优异。

相比传统的锡类催化剂（如DBTDL），DBU不含有毒金属，符合REACH和RoHS等环保法规。更重要的是，它对水分敏感度低，不易引起副反应（比如脲的生成），这让终产品的稳定性更高。

2. 实际应用案例：从实验室走向生产线

某国内研究团队曾用大豆油基多元醇与MDI（二苯基甲烷二异氰酸酯）反应，分别使用DBU和DBTDL作为催化剂进行对比实验。结果如下表所示：

参数	DBU催化体系	DBTDL催化体系	备注
反应温度	70°C	65°C	DBU略需高温
凝胶时间（min）	12	8	DBTDL更快
拉伸强度（MPa）	18.3	17.9	DBU体系略优
断裂伸长率（%）	420	390	弹性更好
热分解起始温度（°C）	285	270	热稳定性更佳
残留毒性	极低	中等（含锡）	DBU更环保

可以看到，虽然DBU的催化速度稍慢，但在力学性能和热稳定性方面反而略有优势。这说明它不仅能“干活”，还能“干好活”。

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四、DBU在特殊功能性材料中的奇招妙用

如果说在生物基聚氨酯中DBU还是“配角”，那么在一些高附加值的功能性材料中，它已经可以C位出道了。

1. 自修复材料：让材料学会“自愈”

你有没有想过，如果手机壳划伤了能自己修复？或者汽车涂层被刮蹭后自动“补妆”？这可不是科幻片，而是自修复材料的现实应用。

DBU在这里的角色很特别——它能催化动态共价键的可逆反应，比如Diels-Alder反应或酯交换反应。研究人员将DBU嵌入聚合物网络中，当材料受损时，加热即可激活DBU，促使断裂的化学键重新连接，实现“自我疗伤”。

举个例子，浙江大学某课题组开发了一种基于呋喃-马来酰亚胺Diels-Alder反应的自修复聚氨酯。他们发现，加入0.5 wt%的DBU后，材料在80°C下仅需30分钟即可恢复90%以上的力学性能。

2. 形状记忆聚合物：会“变魔术”的材料

形状记忆聚合物（SMPs）是一种能在外界刺激（如热、光、pH）下从临时形状恢复到原始形状的智能材料。DBU在这类材料中常用于构建动态交联网络。

例如，通过DBU催化的 transesterification 反应，可以在聚酯网络中实现链段重排。这意味着材料不仅可以“记住”形状，还能“忘记”旧形状，重新编程。这种特性在医疗支架、柔性机器人等领域极具潜力。

3. 可降解材料：给地球一个“温柔的告别”

随着白色污染问题日益严峻，可完全降解的高分子材料成为研究热点。DBU在其中的作用不可小觑——它能催化酯键的水解或醇解，从而加速材料的降解过程。

更有意思的是，DBU本身也可以被设计成“可移除催化剂”。比如，通过引入温敏基团，使DBU在特定温度下从聚合物中析出，便于回收再利用，真正实现“绿色催化，绿色终结”。

更有意思的是，DBU本身也可以被设计成“可移除催化剂”。比如，通过引入温敏基团，使DBU在特定温度下从聚合物中析出，便于回收再利用，真正实现“绿色催化，绿色终结”。

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五、产品参数一览：DBU的“身份证”

为了让大家对DBU有个更直观的认识，下面整理一份详细的“产品档案”：

项目	参数/描述
化学名称	1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯
分子式	C₉H₁₆N₂
分子量	152.24 g/mol
外观	无色至淡黄色透明液体
密度（25°C）	0.98 g/cm³
沸点	255–257°C
熔点	约16–18°C
pKa（共轭酸）	~12（在乙腈中）
溶解性	易溶于、、乙腈、DMF；微溶于水
典型用量	0.1–2.0 wt%（相对于总反应物）
储存条件	避光、密封、干燥，室温保存
安全性	刺激性较强，需佩戴防护装备；LD50（大鼠，经口）约 1.6 g/kg
工业供应商	阿拉丁、百灵威、TCI、Merck、Sigma-Aldrich 等

值得注意的是，尽管DBU性能优越，但它对皮肤和呼吸道有刺激性，操作时务必小心。毕竟，再厉害的“化学侠客”，也得讲究“安全”。

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六、挑战与未来：DBU的“成长烦恼”

当然，DBU也不是完美无缺的“六边形战士”。它有几个“成长烦恼”：

1. 成本较高：相比传统胺类催化剂，DBU的价格偏高，限制了其在大规模工业中的应用。
2. 残留问题：虽然无毒金属，但若未完全反应或去除，可能影响材料的长期稳定性。
3. 颜色问题：某些情况下，DBU会导致聚合物轻微泛黄，对透明制品不利。

不过，科研人员早已开始“对症下药”。比如，通过固载化技术将DBU接枝到二氧化硅或聚合物载体上，既方便回收，又能减少残留；也有团队开发出DBU的衍生物，如脂环族DBU类似物，以改善热稳定性和色泽。

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七、结语：小分子，大未来

DBU，这个看似不起眼的有机碱，正在悄然改变高分子材料的面貌。它不仅是生物基聚氨酯合成中的“绿色催化剂”，更是智能材料、可降解材料、自修复系统中的“关键拼图”。

从田间的植物油到实验室的烧瓶，再到未来的智能穿戴设备，DBU的身影无处不在。它不像石墨烯那样光芒万丈，也不像AI材料那样喧嚣热闹，但它用自己的方式，默默推动着材料科学向更环保、更智能、更可持续的方向前进。

正如一位老教授曾对我说：“做材料研究，有时候不需要追热的风口，找到那个‘刚好合适’的分子，就能撬动一片新天地。” DBU，或许就是那个“刚好合适”的存在。

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参考文献

1. Zhang, Y., Xia, Q., & Liu, H. (2021). DBU-catalyzed synthesis of bio-based polyurethanes from castor oil: Kinetics and properties. Polymer Degradation and Stability, 183, 109432.

2. Li, J., Wang, X., & Chen, Y. (2020). Organocatalytic approach to sustainable polyurethanes using DBU as a non-toxic catalyst. Green Chemistry, 22(5), 1456–1465.

3. Luo, X., & Wan, Y. (2019). Self-healing polymers based on dynamic covalent chemistry catalyzed by DBU. ACS Applied Materials & Interfaces, 11(12), 11345–11353.

4. Yang, H., et al. (2022). Recyclable thermosets via DBU-mediated transesterification in plant oil-based polyurethanes. Macromolecules, 55(8), 3120–3130.

5. North, M., & Young, C. (2013). DBU as a catalyst for CO₂ utilization and polymer synthesis. Chemical Reviews, 113(5), 3248–3283.

6. 王立群, 李伟, & 张红梅. (2020). 《二氮杂二环在绿色聚氨酯合成中的应用进展》. 高分子通报, (6), 45–52.

7. 刘洋, 陈志远. (2021). 《DBU催化体系在生物基高分子材料中的研究现状》. 化工进展, 40(3), 1320–1328.

8. Debuigne, A., et al. (2015). Recent advances in metal-free ring-opening polymerization catalyzed by superbases like DBU. Progress in Polymer Science, 41, 1–24.

9. Zhao, Y., & Xu, J. (2017). Stimuli-responsive polyurethanes with switchable properties enabled by organocatalysts. Advanced Functional Materials, 27(18), 1606675.

10. 赵明, 孙晓峰. (2019). 《环境友好型聚氨酯催化剂的研究进展》. 精细化工, 36(7), 1021–1028.

这些文献，有的来自国际顶级期刊，有的出自国内核心杂志，它们共同见证了DBU从“冷门试剂”走向“功能明星”的历程。而我们，正站在这场材料革命的潮头，看着一个小分子，如何撬动一个大世界。

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公司其它产品展示:

• NT CAT T-12 适用于室温固化有机硅体系，快速固化。

• NT CAT UL1 适用于有机硅体系和硅烷改性聚合物体系，中等催化活性，活性略低于T-12。

• NT CAT UL22 适用于有机硅体系和硅烷改性聚合物体系，活性比T-12高，优异的耐水解性能。

• NT CAT UL28 适用于有机硅体系和硅烷改性聚合物体系，该系列催化剂中活性高，常用于替代T-12。

• NT CAT UL30 适用于有机硅体系和硅烷改性聚合物体系，中等催化活性。

• NT CAT UL50 适用于有机硅体系和硅烷改性聚合物体系，中等催化活性。

• NT CAT UL54 适用于有机硅体系和硅烷改性聚合物体系，中等催化活性，耐水解性良好。

• NT CAT SI220 适用于有机硅体系和硅烷改性聚合物体系，特别推荐用于MS胶，活性比T-12高。

• NT CAT MB20 适用有机铋类催化剂，可用于有机硅体系和硅烷改性聚合物体系，活性较低，满足各类环保法规要求。

• NT CAT DBU 适用有机胺类催化剂，可用于室温硫化硅橡胶，满足各类环保法规要求。