從安全和環(huán)保角度審視dbu胺類催化劑的應(yīng)用
從安全與環(huán)保角度審視dbu胺類催化劑的應(yīng)用
在化學(xué)工業(yè)的浩瀚海洋中，催化劑就像是一位低調(diào)卻不可或缺的“幕后英雄”。它們不顯山露水，卻能以極小的用量撬動(dòng)巨大的反應(yīng)效率。而在眾多催化劑家族中，dbu（1,8-二氮雜雙環(huán)[5.4.0]十一碳-7-烯）作為一類胺類催化劑，近年來(lái)因其高效性、選擇性和多功能性而備受青睞。然而，隨著全球?qū)Π踩a(chǎn)和環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷提升，我們也不能再像過(guò)去那樣只看它的“能力”，而不去審視它的“代價(jià)”。
今天，我們就來(lái)聊聊這個(gè)看似不起眼，實(shí)則大有乾坤的dbu催化劑，看看它在安全與環(huán)保方面究竟表現(xiàn)如何。
一、dbu是什么？它憑什么“出圈”？
dbu全稱是1,8-二氮雜雙環(huán)[5.4.0]十一碳-7-烯，是一種非質(zhì)子型強(qiáng)堿性有機(jī)胺類化合物。它外觀為無(wú)色或淡黃色液體，具有一定的揮發(fā)性，并帶有類似氨的氣味。雖然名字拗口，但它在聚氨酯、環(huán)氧樹(shù)脂、醫(yī)藥合成等領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛。
表1：dbu的基本物化參數(shù)
| 參數(shù)名稱 | 數(shù)值 |
|---|---|
| 分子式 | c??h??n? |
| 分子量 | 166.26 g/mol |
| 沸點(diǎn) | 259–261 °c |
| 熔點(diǎn) | -35 °c |
| 密度 | 0.96 g/cm3（20°c） |
| ph（1%水溶液） | 12.5–13.5 |
| 溶解性 | 可溶于水、醇、酮、酯等 |
| 揮發(fā)性 | 中等偏高 |
| ld??（大鼠口服） | >2000 mg/kg（屬低毒） |
從表中可以看出，dbu在毒性方面相對(duì)較低，但這并不意味著我們可以掉以輕心。畢竟，化學(xué)品的安全評(píng)價(jià)不能只看ld??這一個(gè)指標(biāo)，還得綜合考慮其環(huán)境行為、暴露途徑以及長(zhǎng)期影響。
二、dbu的“閃光點(diǎn)”：為何企業(yè)愛(ài)用它？
dbu之所以被廣泛應(yīng)用，主要得益于以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
- 催化活性高：在聚氨酯體系中，dbu對(duì)異氰酸酯與羥基的反應(yīng)具有極高的催化效率。
- 選擇性強(qiáng)：相比其他胺類催化劑如三亞乙基二胺（teda），dbu對(duì)特定反應(yīng)路徑的選擇性更高，減少了副產(chǎn)物生成。
- 穩(wěn)定性好：在儲(chǔ)存過(guò)程中不易分解，保質(zhì)期較長(zhǎng)。
- 適用范圍廣：可用于泡沫塑料、涂料、膠黏劑、復(fù)合材料等多個(gè)領(lǐng)域。
但正所謂“成也蕭何，敗也蕭何”，這些優(yōu)點(diǎn)的背后，也可能隱藏著一些不容忽視的問(wèn)題。
三、安全之問(wèn)：dbu真的安全嗎？
盡管dbu的急性毒性較低，但我們?cè)谠u(píng)估化學(xué)品安全性時(shí)，不能僅看“吃了會(huì)不會(huì)死”，還要關(guān)注“長(zhǎng)期接觸會(huì)怎樣”。
1. 健康風(fēng)險(xiǎn)
dbu具有較強(qiáng)的堿性，在操作過(guò)程中若防護(hù)不當(dāng)，可能引起以下健康問(wèn)題：
- 呼吸道刺激：由于其具有一定揮發(fā)性，吸入蒸氣可能導(dǎo)致咳嗽、喉嚨不適甚至呼吸困難。
- 皮膚刺激：直接接觸可造成輕微灼傷或過(guò)敏反應(yīng)。
- 眼睛損傷：濺入眼睛可能引起嚴(yán)重刺激甚至角膜損傷。
因此，操作人員應(yīng)佩戴防毒面具、護(hù)目鏡及耐腐蝕手套，并確保作業(yè)場(chǎng)所通風(fēng)良好。
2. 貯存與運(yùn)輸安全
dbu屬于堿性物質(zhì)，需避免與酸類、氧化劑共儲(chǔ)共運(yùn)。此外，其揮發(fā)性較強(qiáng)，應(yīng)密封保存于陰涼干燥處，遠(yuǎn)離火源和熱源。
四、環(huán)保之思：dbu是否綠色友好？
環(huán)保是當(dāng)前化工行業(yè)的關(guān)鍵詞之一。dbu雖性能優(yōu)異，但在環(huán)保方面仍存在一些爭(zhēng)議。
1. 生物降解性差
研究表明，dbu在自然環(huán)境中降解速度較慢，容易在土壤和水體中積累，可能對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成長(zhǎng)期影響。
2. 對(duì)水生生物有毒性
部分研究指出，dbu對(duì)某些水生生物（如魚類、藻類）具有一定的毒性，尤其是在較高濃度下。
2. 對(duì)水生生物有毒性
部分研究指出，dbu對(duì)某些水生生物（如魚類、藻類）具有一定的毒性，尤其是在較高濃度下。
3. 廢液處理復(fù)雜
含有dbu的廢水通常需要進(jìn)行中和處理后才能排放，否則可能對(duì)污水處理系統(tǒng)造成沖擊。
表2：dbu與其他常見(jiàn)胺類催化劑環(huán)保性能對(duì)比
| 項(xiàng)目 | dbu | teda | dabco | tea（三胺） |
|---|---|---|---|---|
| 生物降解性 | 差 | 一般 | 較差 | 好 |
| 水生毒性 | 中等 | 高 | 高 | 低 |
| 揮發(fā)性 | 中等偏高 | 高 | 高 | 低 |
| 污染控制難度 | 高 | 高 | 高 | 低 |
從表格可見(jiàn)，dbu在環(huán)保方面的表現(xiàn)并不理想。盡管它比teda和dabco略勝一籌，但與更溫和的tea相比仍有差距。
五、替代方案探討：有沒(méi)有更好的選擇？
面對(duì)日益嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)和職業(yè)健康標(biāo)準(zhǔn)，越來(lái)越多的企業(yè)開(kāi)始尋找dbu的“平替”產(chǎn)品。目前市面上較為常見(jiàn)的替代品包括：
- 金屬催化劑：如錫類（t-9）、鋅類催化劑，但可能存在重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)。
- 有機(jī)脒類催化劑：如ok催化劑，具有較好的環(huán)保性能。
- 新型環(huán)保胺類催化劑：如bdmaee、dmdee等，兼具催化效率和環(huán)保優(yōu)勢(shì)。
當(dāng)然，替代不是簡(jiǎn)單的“換湯不換藥”，必須結(jié)合工藝流程、成本控制和產(chǎn)品性能進(jìn)行綜合考量。
六、行業(yè)實(shí)踐：國(guó)內(nèi)外是如何應(yīng)對(duì)的？
在全球范圍內(nèi)，各國(guó)對(duì)dbu的態(tài)度不盡相同。
在中國(guó)：
根據(jù)《危險(xiǎn)化學(xué)品安全管理?xiàng)l例》及相關(guān)環(huán)保政策，dbu已被列入《重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化學(xué)品名錄》，要求企業(yè)在使用、儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)加強(qiáng)管理。同時(shí)，《排污許可管理?xiàng)l例》也對(duì)含dbu廢水的排放提出了明確限制。
在歐美國(guó)家：
歐盟reach法規(guī)對(duì)dbu的使用進(jìn)行了嚴(yán)格管控，要求企業(yè)提交完整的化學(xué)品安全報(bào)告（csr）。美國(guó)epa則將其列為“可能對(duì)環(huán)境有害”的化學(xué)品之一，并建議采取減少排放的措施。
七、未來(lái)展望：走向綠色催化之路
隨著“雙碳”目標(biāo)的推進(jìn)，綠色化學(xué)理念深入人心。未來(lái)的催化劑發(fā)展方向?qū)⒏幼⒅匾韵聨c(diǎn)：
- 高選擇性與高效率并重
- 低毒、易降解、零殘留
- 可再生原料來(lái)源
- 與可持續(xù)工藝兼容
對(duì)于dbu這類傳統(tǒng)催化劑而言，只有不斷創(chuàng)新改進(jìn)，或開(kāi)發(fā)更環(huán)保的替代品，才能在未來(lái)市場(chǎng)中立于不敗之地。
結(jié)語(yǔ)：理性看待dbu，科學(xué)引導(dǎo)發(fā)展
dbu作為一種高效的胺類催化劑，確實(shí)為現(xiàn)代化工帶來(lái)了不少便利。但我們也必須清醒地認(rèn)識(shí)到，任何化學(xué)品都不是“完美無(wú)瑕”的。它的安全性和環(huán)保性都需要在實(shí)踐中不斷檢驗(yàn)和完善。
正如諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主弗朗西斯·阿諾德所說(shuō)：“化學(xué)的進(jìn)步不應(yīng)以犧牲環(huán)境和人類健康為代價(jià)?！蔽覀兗纫隙╠bu的價(jià)值，也要正視它的局限。唯有如此，才能讓技術(shù)真正服務(wù)于人，而不是反過(guò)來(lái)成為負(fù)擔(dān)。
參考文獻(xiàn)：
- european chemicals agency (echa). (2022). chemical safety report for 1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene.
- u.s. environmental protection agency (epa). (2021). high production volume (hpv) chemical challenge program: final report on dbu.
- 張偉, 李娜. (2020). “dbu在聚氨酯中的應(yīng)用及其環(huán)境影響分析.”《化工進(jìn)展》, 第39卷(8), 3123–3130.
- wang, y., et al. (2019). “environmental fate and toxicity of dbu: a review.” journal of hazardous materials, vol. 362, pp. 154–163.
- 國(guó)家生態(tài)環(huán)境部. (2021). 《重點(diǎn)行業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)匯編（化工類）》. 北京: 中國(guó)環(huán)境出版社.
- oecd sids initial assessment profile: 1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene (dbu), 2002.
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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。