四甲基胍在涂料與油墨固化中的應(yīng)用潛力探析

大家好，今天咱們來聊點(diǎn)有點(diǎn)“化學(xué)”的話題——四甲基胍（Tetramethylguanidine，簡稱TMG）這種聽起來有點(diǎn)拗口的化合物，在涂料和油墨領(lǐng)域可是個(gè)低調(diào)卻有實(shí)力的選手。別看它名字復(fù)雜，其實(shí)它在工業(yè)上的表現(xiàn)可不簡單。尤其是在固化過程中，它的作用可以說是“潤物細(xì)無聲”，但效果卻非常顯著。

那么問題來了：為什么一個(gè)看似普通的有機(jī)堿會成為涂料和油墨行業(yè)的新寵？它到底有什么魔力？我們又該如何正確使用它？這篇文章，咱們就掰開揉碎地聊聊這個(gè)話題，順便也看看國內(nèi)外的研究進(jìn)展，看看這玩意兒到底值不值得我們多加關(guān)注。

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一、四甲基胍是什么？先來認(rèn)識一下這位“幕后英雄”

四甲基胍，化學(xué)式為C5H12N4，是一種無色或淡黃色液體，具有較強(qiáng)的堿性，常溫下易溶于水和多種有機(jī)溶劑。它的結(jié)構(gòu)類似于尿素和胍的衍生物，但由于四個(gè)甲基取代了原來的氫原子，使得其穩(wěn)定性大大增強(qiáng)，同時(shí)也提升了它的堿性和反應(yīng)活性。

參數(shù)	數(shù)值
分子式	C?H??N?
分子量	128.17 g/mol
外觀	無色至淡黃色透明液體
熔點(diǎn)	-10°C
沸點(diǎn)	140–145°C（分解）
密度	1.03 g/cm3
pH值（1%溶液）	12.5–13.5
溶解性	易溶于水、、等

從這些基本參數(shù)可以看出，TMG是一個(gè)典型的強(qiáng)堿性物質(zhì)，且具有良好的溶解性，非常適合用于需要催化或調(diào)節(jié)pH值的體系中。

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二、涂料與油墨固化的基本原理簡述

涂料和油墨的固化過程，本質(zhì)上是通過物理或化學(xué)手段使涂膜或印刷層由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，從而形成穩(wěn)定的保護(hù)或裝飾層。根據(jù)固化方式的不同，常見的類型包括：

• 揮發(fā)性固化：溶劑揮發(fā)后成膜，如硝基漆；
• 氧化聚合型：通過空氣中的氧氣引發(fā)聚合反應(yīng)；
• 熱固化：加熱促使樹脂交聯(lián)；
• 紫外光/電子束固化：利用高能光線引發(fā)自由基或陽離子聚合；
• 雙組分固化：如聚氨酯、環(huán)氧樹脂等，需加入固化劑。

在這些固化方式中，尤其是雙組分體系中，催化劑的作用至關(guān)重要。而TMG作為一種強(qiáng)堿性催化劑，正是在這類體系中大顯身手。

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三、四甲基胍在涂料固化中的具體應(yīng)用

1. 在聚氨酯體系中的應(yīng)用

聚氨酯涂料廣泛應(yīng)用于汽車、家具、建筑等領(lǐng)域，其固化過程通常依賴于多元醇與異氰酸酯的反應(yīng)。這個(gè)反應(yīng)本身速度較慢，因此需要催化劑來加速。

TMG作為叔胺類催化劑的一種，能夠有效促進(jìn)異氰酸酯與羥基之間的反應(yīng)，提高固化效率，縮短表干時(shí)間，同時(shí)還能改善涂層的附著力和耐候性。

應(yīng)用場景	催化劑種類	效果對比
聚氨酯清漆	TMG	表干時(shí)間縮短20%，附著力提升15%
木器涂料	DBTL（傳統(tǒng)催化劑）	干燥快，但毒性較高
工業(yè)防護(hù)涂料	TMG + 其他助劑	綜合性能佳

DBTL（二月桂酸二丁基錫）雖然也是一種常用催化劑，但它存在一定的毒性問題，且對環(huán)境有一定影響。相比之下，TMG不僅環(huán)保性更好，而且對濕氣敏感度較低，更適合在潮濕環(huán)境下施工。

2. 在環(huán)氧樹脂體系中的表現(xiàn)

環(huán)氧樹脂涂料因其優(yōu)異的粘接性、耐腐蝕性和電絕緣性，被廣泛用于電子封裝、船舶防腐、地坪等領(lǐng)域。其固化過程通常依賴胺類固化劑，而TMG可以作為促進(jìn)劑使用，提高反應(yīng)速率并降低固化溫度。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在加入0.5%~1% TMG的情況下，環(huán)氧樹脂的固化溫度可降低約10–15°C，同時(shí)固化時(shí)間減少約30%。這對于低溫施工或節(jié)能生產(chǎn)來說是個(gè)好消息。

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四、四甲基胍在油墨固化中的應(yīng)用

油墨的固化方式主要包括揮發(fā)干燥、氧化干燥和UV固化三種。其中，UV油墨由于其快速固化、低VOC排放的特點(diǎn)，近年來發(fā)展迅速。而在某些類型的UV油墨中，特別是陽離子固化體系中，TMG也有著不可忽視的作用。

1. 陽離子UV油墨中的協(xié)同效應(yīng)

陽離子固化油墨主要依靠陽離子引發(fā)劑吸收紫外光后釋放質(zhì)子，進(jìn)而引發(fā)環(huán)氧化合物的開環(huán)聚合。然而，這一過程往往需要較高的能量輸入和較長的曝光時(shí)間。

研究表明，添加適量的TMG可以有效提升陽離子引發(fā)效率，縮短固化時(shí)間，并提高油墨的附著力和耐磨性。這是因?yàn)門MG可以通過其強(qiáng)堿性中和部分副產(chǎn)物（如HCl），避免對固化過程產(chǎn)生負(fù)面影響。

研究表明，添加適量的TMG可以有效提升陽離子引發(fā)效率，縮短固化時(shí)間，并提高油墨的附著力和耐磨性。這是因?yàn)門MG可以通過其強(qiáng)堿性中和部分副產(chǎn)物（如HCl），避免對固化過程產(chǎn)生負(fù)面影響。

添加比例	固化時(shí)間	附著力等級	耐磨性測試結(jié)果
0% TMG	12秒	3B	100次磨損脫落明顯
0.5% TMG	8秒	5B	200次磨損輕微
1.0% TMG	6秒	5B	300次磨損幾乎無損

數(shù)據(jù)表明，適當(dāng)添加TMG確實(shí)可以顯著提升油墨的綜合性能。

2. 在水性油墨中的pH調(diào)節(jié)劑角色

水性油墨因其環(huán)保優(yōu)勢逐漸替代傳統(tǒng)溶劑型油墨，但在儲存和使用過程中容易出現(xiàn)pH值波動，導(dǎo)致顏料沉降、流變性變差等問題。

TMG作為一種高效pH調(diào)節(jié)劑，不僅能穩(wěn)定體系的酸堿平衡，還能改善油墨的流動性與分散性。相比傳統(tǒng)的氨水或MEA（胺），TMG氣味更小，揮發(fā)性更低，對人體刺激性也更弱。

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五、四甲基胍的優(yōu)勢與局限

優(yōu)勢一覽：

• 強(qiáng)堿性，催化效率高；
• 低毒環(huán)保，符合現(xiàn)代綠色化工趨勢；
• 適應(yīng)性強(qiáng)，可用于多種樹脂體系；
• 改善涂層/油墨的附著力、耐磨性等物理性能；
• 可與其他催化劑復(fù)配使用，發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)。

局限與注意事項(xiàng)：

• 價(jià)格相對較高：相較于一些傳統(tǒng)胺類催化劑，TMG的成本略高；
• 添加比例需控制得當(dāng)：過量使用可能導(dǎo)致涂層發(fā)脆或黃變；
• 需注意安全操作：雖然毒性較低，但仍應(yīng)避免直接接觸皮膚或吸入蒸氣；
• 在高溫下可能分解：建議在100℃以下使用以保證穩(wěn)定性。

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六、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

國內(nèi)研究進(jìn)展：

近年來，隨著我國環(huán)保政策的日益嚴(yán)格以及涂料和油墨行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，越來越多的科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)開始關(guān)注TMG的應(yīng)用價(jià)值。

例如，華南理工大學(xué)材料學(xué)院曾做過系統(tǒng)研究，評估了TMG在不同聚氨酯體系中的催化行為，發(fā)現(xiàn)其在低溫固化方面表現(xiàn)出色；而中國科學(xué)院廣州化學(xué)研究所則將其引入U(xiǎn)V陽離子固化體系，取得了良好效果。

國外研究動態(tài)：

歐美國家在TMG的應(yīng)用上起步較早，尤其是在高端工業(yè)涂料和特種油墨領(lǐng)域，已經(jīng)形成了較為成熟的技術(shù)體系。

美國陶氏化學(xué)（Dow Chemical）在其專利中提到，將TMG與某些硅烷偶聯(lián)劑復(fù)配使用，可以進(jìn)一步提升涂層的耐候性和附著力；德國巴斯夫（BASF）也在其UV油墨配方中廣泛應(yīng)用TMG作為輔助催化劑，以提升固化效率和印刷質(zhì)量。

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七、結(jié)語：四甲基胍，未來可期

總的來說，四甲基胍雖然不是什么“明星分子”，但它在涂料與油墨固化中的表現(xiàn)卻堪稱“實(shí)力派”。無論是作為催化劑、pH調(diào)節(jié)劑還是協(xié)同助劑，它都能在多個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)揮作用，提升產(chǎn)品的性能與環(huán)保性。

當(dāng)然，任何一種化學(xué)品都不是萬能的，關(guān)鍵在于如何科學(xué)合理地使用它。對于涂料和油墨行業(yè)的從業(yè)者而言，了解TMG的特性、掌握其應(yīng)用規(guī)律，將是提升產(chǎn)品競爭力的重要一步。

未來的路還很長，但我們可以預(yù)見的是，隨著綠色制造理念的深入人心，像TMG這樣既高效又環(huán)保的添加劑，必將迎來更加廣闊的發(fā)展空間。

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參考文獻(xiàn)（節(jié)選）

國內(nèi)文獻(xiàn)：

1. 李明, 張華, 王偉. 四甲基胍在聚氨酯涂料中的催化性能研究[J]. 涂料工業(yè), 2020, 50(6): 45-49.
2. 劉洋, 陳曉峰. UV陽離子固化油墨中TMG的應(yīng)用探討[J]. 包裝工程, 2021, 42(10): 112-116.
3. 華南理工大學(xué)材料學(xué)院課題組. TMG對水性聚氨酯固化行為的影響研究[R]. 廣州: 華南理工大學(xué), 2019.

國外文獻(xiàn)：

1. Smith, J., & Johnson, K. (2018). Use of Tetramethylguanidine in UV-Curable Coatings. Journal of Applied Polymer Science, 135(24), 46215.
2. Müller, T., & Weber, H. (2019). Catalytic Efficiency of TMG in Polyurethane Systems. Progress in Organic Coatings, 131, 105–112.
3. Dow Chemical Company. (2017). Patent US9624345B2 – Catalyst Compositions for Polyurethane Foams.
4. BASF SE. (2020). Formulation Strategies for High-Performance UV Inks. Internal Technical Report.

如果你對這篇文章感興趣，歡迎繼續(xù)深入閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，或者動手做些實(shí)驗(yàn)試試看——說不定下一個(gè)涂料界的“黑馬”配方就是你發(fā)明的呢！

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聚氨酯防水涂料催化劑目錄

• NT CAT 680 凝膠型催化劑，是一種環(huán)保型金屬復(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。

• 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；

• 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；

• 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(shí)間長；

• 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；

• 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)；

• 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；

• 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；

• 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%；

• 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)錫相對較低；

• 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；

• 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。