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硅烷偶联剂的作用原理1 硅烷偶联剂的概述硅烷偶联剂是一种重要的有机硅功能材料，具有多种应用。
它通过特定结构的有机硅分子中的硅氧键，与无机材料如玻璃、金属、陶瓷等形成稳定的化学键，并在两种材料之间形成一层有机硅化合物的介质，从而实现有机硅与无机材料的连接。
硅烷偶联剂广泛应用于化工、医疗、生物等多个领域，其作用原理也逐步得到了深入研究。
2 硅烷偶联剂的结构与性质硅烷偶联剂主要是由硅和有机基团组成，其中硅和氧之间的键强度高于碳和氧之间的键。
这种结构使得硅烷偶联剂可以广泛应用于多种材料。
硅烷偶联剂的结构可以分为两种，一种是一元硅烷偶联剂，另一种是复合硅烷偶联剂。
一元硅烷偶联剂一般只含有一种有机基团，比如甲基、乙基等，这种种类的硅烷偶联剂在多种材料的的应用较常见。
而复合硅烷偶联剂则在硅烷分子的基础上添加了其他分子，例如氨基、酰胺基等，在生物领域中得到了广泛应用。
3 硅烷偶联剂的作用原理硅烷偶联剂的主要作用原理是通过其分子结构中的硅氧键实现有机硅和无机硅之间的连接。
具体来说，硅烷偶联剂分子通过其分子结构中的有机基团和硅烷分子的分子结构相互作用，形成硅氧键，从而实现有机硅和无机硅之间的连接。
硅烷偶联剂的连接是基于化学反应进行的，通过化学键形成介质，稳固的连接有机硅与无机硅。
同时，硅烷偶联剂可以通过其有机基团的特殊性质，调节有机硅与无机硅的性质，并防止有机硅因缺乏均一包覆而发生水解并分解。
硅烷偶联剂连接还可以使得不同性质的两种材料连接在一起，形成另一种性质的材料，在这种变化过程中，硅烷偶联剂起到了至关重要的作用。
4 硅烷偶联剂的应用领域硅烷偶联剂的应用领域非常广泛，涉及化工、医疗、生物等多个领域。
其中化工领域中，硅烷偶联剂主要应用于玻璃、金属、陶瓷等无机材料的表面改性，增加其界面耐久性；在纤维素、聚酯等有机材料中的表面涂覆、混合，并起到增加抗张强度的作用。
在医疗、生物领域中，硅烷偶联剂可以应用于细胞和组织的诊断和治疗中。
硅烷偶联剂在涂料中的应用硅烷偶联剂是一种广泛应用于涂料行业的化学物质，它能够改善涂料的性能和附着力。
在涂料中的应用主要包括增强涂料的耐候性、提升附着力和改善涂料的流变性能等方面。
硅烷偶联剂可以增强涂料的耐候性。
涂料在室外环境中经受日晒、风吹雨打等各种自然因素的侵蚀，容易出现褪色、龟裂、粉化等问题。
硅烷偶联剂能够与涂料中的有机分子和无机颗粒发生化学反应，形成稳定的化学键，从而提高涂料的耐候性。
此外，硅烷偶联剂还能够形成一层保护膜，阻止有害物质的渗透，延长涂料的使用寿命。
硅烷偶联剂能够提升涂料的附着力。
涂料的附着力是指涂料与基材之间的黏附程度，附着力的好坏直接影响涂料的使用寿命和装饰效果。
硅烷偶联剂能够与基材表面发生化学反应，形成化学键或物理吸附，增加涂料与基材之间的结合力，提高附着力。
尤其在一些特殊基材如玻璃、金属等上的涂料应用中，硅烷偶联剂更能发挥其优势，提供更好的附着性能。
硅烷偶联剂还可以改善涂料的流变性能。
流变性能是指涂料的流动性和粘度特性。
硅烷偶联剂能够在涂料中起到润滑作用，降低涂料的黏度，使得涂料更易于施工和涂布。
同时，硅烷偶联剂还能够改善涂料的分散性，均匀分散颜料和填料，提高涂料的色彩稳定性和光泽度。
在涂料行业中，硅烷偶联剂的应用不仅仅局限于上述几个方面。
根据不同的需求和涂料种类，还可以选择不同类型的硅烷偶联剂，如氨基硅烷、甲氧基硅烷、丙烯酸硅烷等。
每种类型的硅烷偶联剂都有其独特的特性和应用领域。
例如，氨基硅烷可用于改善涂料的粘结力和抗水性，甲氧基硅烷可用于增强涂料的耐磨性和耐化学腐蚀性，丙烯酸硅烷可用于提高涂料的耐久性和耐热性。
硅烷偶联剂在涂料中的应用广泛而重要。
它能够增强涂料的耐候性、提升附着力和改善涂料的流变性能。
在涂料行业的发展中，硅烷偶联剂将继续发挥重要作用，为涂料的性能和品质提供持久的保障。
偶联剂的种类、特点及应用偶联剂是一种重要的、应用领域日渐广泛的处理剂,主要用作高分子复合材料的助剂。
偶联剂分子结构的最大特点是分子中含有化学性质不同的两个基团,一个是亲无机物的基团,易与无机物表面起化学反应;另一个是亲有机物的基团,能与合成树脂或其它聚合物发生化学反应或生成氢键溶于其中。
因此偶联剂被称作“分子桥”,用以改善无机物与有机物之间的界面作用,从而大大提高复合材料的性能,如物理性能、电性能、热性能、光性能等。
偶联剂用于橡胶工业中,可提高轮胎、胶板、胶管、胶鞋等产品的耐磨性和耐老化性能,并且能减小NR用量,从而降低成本。
偶联剂的种类繁多,主要有硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、双金属偶联剂、磷酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂、铬络合物及其它高级脂肪酸、醇、酯的偶联剂等,目前应用范围最广的是硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂。
1 硅烷偶联剂硅烷偶联剂是人们研究最早、应用最早的偶联剂。
由于其独特的性能及新产品的不断问世,使其应用领域逐渐扩大,已成为有机硅工业的重要分支。
它是近年来发展较快的一类有机硅产品,其品种繁多,结构新颖,仅已知结构的产品就有百余种。
1945年前后由美国联碳(UC)和道康宁(DOW CORNING)等公司开发和公布了一系列具有典型结构的硅烷偶联剂; 1955年又由UC公司首次提出了含氨基的硅烷偶联剂;从1959年开始陆续出现了一系列改性氨基硅烷偶联剂;20世纪60年代初期出现的含过氧基硅烷偶联剂和60年代末期出现的具有重氮和叠氮结构的硅烷偶联剂,又大大丰富了硅烷偶联剂的品种。
近几十年来,随着玻璃纤维增强塑料的发展,促进了各种偶联剂的研究与开发。
改性氨基硅烷偶联剂、过氧基硅烷偶联剂和叠氮基硅烷偶联剂的合成与应用就是这一时期的主要成果。
我国于20世纪60年代中期开始研制硅烷偶联剂。
首先由中国科学院化学研究所开始研制Γ官能团硅烷偶联剂,南京大学也同时开始研制Α官能团硅烷偶联剂。
1.1 结构和作用机理硅烷偶联剂的通式为RNSIX(4-N),式中R为非水解的、可与高分子聚合物结合的有机官能团。
偶联剂的分类与用途小结偶联剂是一种常用的化学添加剂，可用于纺织、染料、皮革、医药、农药等各个领域。
根据具体的化学结构和功能，偶联剂可以分为缩聚型偶联剂、螯合型偶联剂和活性型偶联剂。
缩聚型偶联剂是通过与纤维材料中的活性基团反应而与其发生缩聚，从而形成偶联的化学键。
常见的缩聚型偶联剂有氨基硅烷、异氰酸酯和间苯二酚等。
它们可以增强纤维材料与染料、功能性涂层之间的结合力，提高纤维材料的色牢度、耐久性和抗污性能。
此外，缩聚型偶联剂还可以用于改善纤维材料的润湿性和提高染料的上染率。
螯合型偶联剂是通过与杂质或金属离子形成螯合络合物，从而抑制其对纤维材料的不良影响。
常见的螯合型偶联剂有胺类、羧酸类和两性电解质等。
它们可以与金属离子结合形成稳定的络合物，防止纤维材料的变色、劣化和腐蚀。
此外，螯合型偶联剂还可以用于纺织品的柔顺和抗静电处理，以及皮革和纸张的鞣制和稳定。
活性型偶联剂是通过与纤维材料表面的活性基团发生化学反应，从而与其形成共价键。
常见的活性型偶联剂有异氰酸酯、醇酯和醛基等。
它们可以使纤维材料表面具有亲水性和吸附性，提高染料和功能性分子在纤维材料上的分散和吸附效果。
此外，活性型偶联剂还可以用于纤维材料的防水、防油和抗静电处理。
总的来说，偶联剂在纺织、染料、皮革、医药、农药等领域中具有广泛的应用。
它们可以通过与纤维材料表面发生化学反应来改善纤维材料的性能，并增强纤维材料与染料、功能性涂层之间的结合力。
偶联剂的分类与用途的综述可以帮助我们更好地理解和应用这些化学添加剂，以满足不同领域的需求。
偶联剂的种类和特点及应用偶联剂是指一类用于印染、造纸、水处理等领域的化工助剂，主要用于改善物质间的附着力，增强染料与纤维之间的相互作用，从而实现染色、粘合、防水和增强等效果。
下面将介绍几种常见的偶联剂的种类、特点和应用。
1.染料偶联剂染料偶联剂是一种能够帮助染料吸附到纤维上的化学品。
它们可以分为阳离子型、阴离子型和非离子型偶联剂。
阳离子型偶联剂常用于染色棉、羊毛等柔软纤维，而阴离子型偶联剂常用于染色涤纶、锦纶等合成纤维。
这些偶联剂可以提高染料在纤维上的附着力，增强染色的牢度和亮度。
2.粘合剂偶联剂粘合剂偶联剂是一种常用于纸张和纤维板等制品中的偶联剂。
它们可以在纤维表面形成一层均匀的涂层，提高纤维之间的附着力，增强材料的强度和耐久性。
粘合剂偶联剂具有良好的流动性和可溶性，能够提高产品的加工性能和终极性能。
3.防水偶联剂防水偶联剂主要用于纺织品、皮革和纸张等材料的防水处理。
它们可以在材料表面形成一层微细的涂层，防止水分渗透，并提高材料的防水性能和耐久性。
防水偶联剂可以广泛应用于户外服装、帐篷、雨伞、鞋子和包包等产品。
4.加强剂偶联剂加强剂偶联剂是一种常用于增强材料强度和耐久性的化学品。
它们可以在纤维表面形成一种保护性涂层，防止材料受到外部环境的损伤，并提高材料的耐磨性和抗拉强度。
加强剂偶联剂常用于橡胶制品、塑料制品和纤维增强材料等领域。
除了上述常见的种类外，偶联剂还可以根据不同的底材和应用领域进行特殊设计和定制。
例如，在水处理领域，偶联剂被用作一种能够将悬浮物和杂质结合在一起，形成沉淀物并提高水质净化效果的化学品。
总之，偶联剂作为重要的化工助剂，在印染、造纸、水处理等领域发挥着重要作用。
不同类型的偶联剂具有不同的特点和应用，可以根据具体需求选择合适的产品。
随着科技的不断进步，偶联剂的种类和应用还将不断发展和创新，为各行各业提供更好的解决方案。
偶联剂的种类特点及应用偶联剂是一类用于改善纤维染色和印刷的化学品，它们能够与纤维表面形成化学键，并将染料牢固地结合到纤维上。
偶联剂的种类繁多，不同的偶联剂适用于不同类型的纤维和染料。
下面将介绍几种常见的偶联剂的种类、特点及应用。
1.偶联剂EG（环氧偶联剂）：环氧偶联剂是最常用的偶联剂之一，它的主要特点是具有良好的耐洗牢度和耐光性。
环氧偶联剂能够与纤维表面形成稳定的环氧结构，使染料牢固地结合到纤维上。
此外，环氧偶联剂还具有优异的耐酸碱性能和耐高温性能，适用于各种纤维的染色和印花。
在纺织行业中，环氧偶联剂常用于丝绸、尼龙等合成纤维的染色和印花工艺中。
2.偶联剂KH（硅烷偶联剂）：硅烷偶联剂是一类短链有机硅化合物，具有良好的亲水性和涂敷性能。
硅烷偶联剂能够与纤维表面形成化学键，并且可以使纤维表面产生亲水性改善纤维的润湿性能。
此外，硅烷偶联剂还可以增强纤维的耐腐蚀性能和耐热性能，提高纤维的机械强度。
由于硅烷偶联剂具有优异的耐候性和抗污染性能，所以在户外纺织品和工业纺织品中得到广泛应用。
3.偶联剂AM（氨基甲酸酯偶联剂）：氨基甲酸酯偶联剂是一类含氨基和甲酸酯基的有机化合物，具有很好的界面活性和胶黏性。
氨基甲酸酯偶联剂能够与纤维表面形成胶体颗粒，增加染料与纤维之间的粘附力。
此外，氨基甲酸酯偶联剂还具有良好的稳定性和耐酸碱性能，能够有效抑制染料的渗漏，提高染色的均匀度和色牢度。
在纺织印染行业中，氨基甲酸酯偶联剂常用于棉纤维和麻纤维的染色工艺中。
4.偶联剂GA（缩醛偶联剂）：缩醛偶联剂是一类含缩醛基团的有机化合物，具有良好的酸碱稳定性和热稳定性。
缩醛偶联剂能够与纤维表面形成缩醛键，并将染料牢固地结合到纤维上。
此外，缩醛偶联剂还可以增加染料与纤维之间的反应活性，提高染色的效果和速度。
在化纤和醋酸纤维的染色和印花中，缩醛偶联剂常用于增加染料的亲和力和牢固度。
总之，偶联剂是一类重要的化学品，对于改善纤维染色和印花的效果起到关键作用。
混凝土中掺加硅烷偶联剂的效果及试验方法一、前言混凝土是建筑工程中不可或缺的材料之一，其质量直接关系到建筑物的安全和寿命。
然而，由于混凝土中存在着较多的孔隙和裂缝，使得其力学性能和耐久性较差，容易受到外界环境的影响。
因此，为了提高混凝土的力学性能和耐久性，掺加硅烷偶联剂成为了一种有效的途径。
二、硅烷偶联剂的作用硅烷偶联剂是一种能够与混凝土中的水泥基材料表面反应，并在表面形成一层亲水性和化学惰性的保护层的有机硅化合物。
这层保护层能够填补混凝土中的孔隙和裂缝，增加混凝土的密实度和强度，提高混凝土的抗渗性、耐久性和耐化学腐蚀性。
三、硅烷偶联剂的种类硅烷偶联剂按其化学结构可以分为有机硅偶联剂和无机硅偶联剂两类。
有机硅偶联剂是以有机基团为主要结构，例如3-甲氧基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷等。
无机硅偶联剂则是以无机硅氧基团为主要结构，例如甲基三乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷等。
四、试验方法1.试验材料水泥、砂、石、水、硅烷偶联剂。
2.试验步骤（1）混凝土的配制：按照常规的混凝土配合比，将水泥、砂、石和水按照一定比例混合搅拌，制成混凝土试块。
（2）硅烷偶联剂的掺加：将硅烷偶联剂按一定比例掺加到混凝土中，在混凝土中均匀分散。
（3）混凝土的养护：将混凝土试块放置在标准养护室中，进行养护，养护时间为28天。
（4）试验方法：① 强度试验：在混凝土试块的养护期结束后，进行强度试验。
按照国家标准进行混凝土抗压强度试验和抗拉强度试验。
② 耐久性试验：在混凝土试块的养护期结束后，进行耐久性试验。
按照国家标准进行混凝土的抗渗试验和耐化学腐蚀试验。
五、试验结果分析硅烷偶联剂的掺加可以提高混凝土的力学性能和耐久性。
在进行强度试验时，硅烷偶联剂掺加的混凝土试块的抗压强度和抗拉强度均明显高于未掺加硅烷偶联剂的混凝土试块。
在进行耐久性试验时，硅烷偶联剂掺加的混凝土试块的抗渗性和耐化学腐蚀性均明显优于未掺加硅烷偶联剂的混凝土试块。
硅烷偶联剂硅烷偶联剂又名硅烷处理剂、底涂剂，是一类具有特殊结构的低分子有机硅化合物，其通式为RSiX3，式中R代表与聚合物分子有亲和力或反应能力的活性官能团，如氧基、巯基、乙烯基、环氧基、酰胺基、氨丙基等;X代表能够水解的烷氧基，如卤素、烷氧基、酰氧基等。
硅烷偶联剂是在分子中具有两种以上不同反应基的有机硅单体，它可以和有机与无机材料发生化学键合 (偶联)，增加两种材料的粘接性。
通式中n为0～3的整数; X表示水解性官能基，它可与甲氧基、乙氧基、溶纤剂以及无机材料(玻璃、)等发生偶联反应; Y为有机官能团，如乙烯基、乙氧基、氨基、环氧金属、SiO2基、甲基丙烯酰氧基、巯基等，可与无机材料、各种合成树脂、橡胶发生偶联反应。
典型硅烷偶联剂性能如下表：用于玻璃纤维、无机填料表面处理。
用作密封剂、胶粘剂和涂料增稠剂。
还应用于使固定化酶附着到玻璃基材表面、油井钻探防砂、使砖石表面具有憎水性、使荧光灯涂层具有较高的表面电阻、提高液体色谱中有机相对玻璃表面的吸湿性能等。
由硅氯仿与带有活性基团的烯烃在铂催化剂催化下加成再经醇解制得。
代表性硅烷偶联剂如表所示。
根据硅烷偶联剂的反应机理，水解性官能基X遇水生成硅醇。
如果是无机材料(如玻璃)，则偶联剂和玻璃表面的硅醇发生缩合反应，在玻璃和硅烷偶联剂之间形成共价键。
利用这一特点，硅烷偶联剂可用于处理玻璃纤维(制增强塑料)、改进涂料和粘合剂性能以及用于处理无机填料的表面等，对于玻纤增强不饱和聚酯来说，以用甲基丙烯酰氧基硅烷为宜;对于环氧树脂层压板，则以用环氧化硅烷及氨基硅烷为宜。
硅烷偶联剂的新用途是作为聚乙烯交联剂，通过聚乙烯和乙烯基三甲氧基硅烷接枝共聚，或通过聚乙烯与硅烷发生缩合反应进行交联。
经过处理的聚乙烯可用作电缆及复杂的异型材料。
为了适应功能性高分子复合材料的发展，已开发出一些新型硅烷偶联剂，如γ-脲基丙基- 三甲氧基硅烷，γ-缩水甘油基丙基-甲基-二乙氧基硅烷及N-苯基-γ-氨基丙基-二甲氧基硅烷等。
偶联剂的种类、特点及应用偶联剂是一种重要的、应用领域日渐广泛的处理剂,主要用作高分子复合材料的助剂。
偶联剂分子结构的最大特点是分子中含有化学性质不同的两个基团,一个是亲无机物的基团,易与无机物表面起化学反应;另一个是亲有机物的基团,能与合成树脂或其它聚合物发生化学反应或生成氢键溶于其中。
因此偶联剂被称作“分子桥”,用以改善无机物与有机物之间的界面作用,从而大大提高复合材料的性能,如物理性能、电性能、热性能、光性能等。
偶联剂用于橡胶工业中,可提高轮胎、胶板、胶管、胶鞋等产品的耐磨性和耐老化性能,并且能减小NR用量,从而降低成本。
偶联剂的种类繁多,主要有硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、双金属偶联剂、磷酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂、铬络合物及其它高级脂肪酸、醇、酯的偶联剂等,目前应用范围最广的是硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂。
1 硅烷偶联剂硅烷偶联剂是人们研究最早、应用最早的偶联剂。
由于其独特的性能及新产品的不断问世,使其应用领域逐渐扩大,已成为有机硅工业的重要分支。
它是近年来发展较快的一类有机硅产品,其品种繁多,结构新颖,仅已知结构的产品就有百余种。
1945年前后由美国联碳(UC)和道康宁(DOW CORNING)等公司开发和公布了一系列具有典型结构的硅烷偶联剂;1955年又由UC公司首次提出了含氨基的硅烷偶联剂;从1959年开始陆续出现了一系列改性氨基硅烷偶联剂;20世纪60年代初期出现的含过氧基硅烷偶联剂和60年代末期出现的具有重氮和叠氮结构的硅烷偶联剂,又大大丰富了硅烷偶联剂的品种。
近几十年来,随着玻璃纤维增强塑料的发展,促进了各种偶联剂的研究与开发。
改性氨基硅烷偶联剂、过氧基硅烷偶联剂和叠氮基硅烷偶联剂的合成与应用就是这一时期的主要成果。
我国于20世纪60年代中期开始研制硅烷偶联剂。
首先由中国科学院化学研究所开始研制Γ官能团硅烷偶联剂,南京大学也同时开始研制Α官能团硅烷偶联剂。
1.1 结构和作用机理硅烷偶联剂的通式为RNSIX(4-N),式中R为非水解的、可与高分子聚合物结合的有机官能团。
根据高分子聚合物的不同性质,R应与聚合物分子有较强的亲和力或反应能力,如甲基、乙烯基、氨基、环氧基、巯基、丙烯酰氧丙基等。
X为可水解基团,遇水溶液、空气中的水分或无机物表面吸附的水分均可引起分解,与无机物表面有较好的反应性。
典型的X基团有烷氧基、芳氧基、酰基、氯基等;最常用的则是甲氧基和乙氧基,它们在偶联反应中分别生成甲醇和乙醇副产物。
由于氯硅烷在偶联反应中生成有腐蚀性的副产物氯化氢,因此要酌情使用。
近年来,相对分子质量较大和具有特种官能团的硅烷偶联剂发展很快,如辛烯基、十二烷基,还有含过氧基、脲基、羰烷氧基和阳离子烃基硅烷偶联剂等。
LAWRENCE等利用硅烷偶联剂对碳纤维表面进行处理,偶联剂中的甲基硅烷氧端基水解生成的硅羟基与碳纤维表面的羟基官能团进行键合,结果复合材料的拉伸强度和模量提高,空气孔隙率下降。
早在1947年美国JOHNSHOPKINS大学的WITTRW等在一份报告中指出,在对烷基氯硅烷偶联剂处理玻璃纤维表面的研究中发现,用含有能与树脂反应的硅烷基团处理玻璃纤维制成聚酯玻璃钢,其强度可提高2倍以上。
他们认为,用烷基氯硅烷水解产物处理玻璃纤维表面,能与树脂产生化学键。
这是人们第一次从分子的角度解释表面处理剂在界面中的状态。
硅烷偶联剂由于在分子中具有这两类化学基团,因此既能与无机物中的羟基反应,又能与有机物中的长分子链相互作用起到偶联的功效,其作用机理大致分以下3步:(1)X基水解为羟基;(2)羟基与无机物表面存在的羟基生成氢键或脱水成醚键;(3)R基与有机物相结合。
1.2 应用在使用硅烷偶联剂时,为获得较佳的效果,需对每一个特定的应用场合进行试验预选。
硅烷偶联剂一般要用水和乙醇配成很稀的溶液(质量分数为0.005～0.02)使用,也可单独用水溶解,但要先配成质量分数为0.001的醋酸水溶液,以改善溶解性和促进水解;还可配成非水溶液使用,如配成甲醇、乙醇、丙醇或苯的溶液;也能够直接使用。
硅烷偶联剂的用量与其种类和填料表面积有关,即硅烷偶联剂用量(G)=[填料用量(G)×填料表面积(M2/G)]/硅烷最小包覆面积(M2/G)。
如果填料表面积不明确,则硅烷偶联剂的加入量可确定为填料量的1%左右。
颗粒状或粉状填料可用偶联剂溶液浸渍,然后用离心分离机或压滤机将溶液滤去,再将填料加热、干燥、粉碎。
如果用来制造补强复合材料或玻璃钢,可用连续法先将玻璃纤维或玻璃布浸渍偶联剂溶液,然后干燥、浸树脂、干燥,再加热层压而成玻璃钢板。
以上做法称为表面预处理法,都是先将无机材料或被粘物的表面用偶联剂溶液预处理,然后再与有机树脂接触、压合、粘合、成型,其中阳离子型硅烷偶联剂在兼具降低粘度和起偶联作用方面最有效。
硅烷偶联剂的应用十分广泛,主要有以下几方面:••用作表面处理剂,以改善室温固化硅橡胶与金属的粘合性能;•用于无机填料填充塑料时,可以改善其分散性和粘合性;•用作增粘剂,在水电站工程中提高水泥与环氧树脂的粘合性;•用作密封剂,具有耐水、耐高温、耐气候等性能,用于氟橡胶与金属的粘合密封;•用作单组分硅橡胶的交联剂;•用作难粘材料聚烯烃(如PE,PP)和特种橡胶(如硅橡胶、EPR、CR、氟橡胶)的粘合促进剂。
2 钛酸酯偶联剂钛酸酯偶联剂最早出现于20世纪70年代。
1974年12月美国KENRICH石油化学公司报道了一类新型的偶联剂,它对许多干燥粉体有良好的偶联效果。
此后加有钛酸酯偶联剂的无机物填充聚烯烃复合材料相继问世。
目前钛酸酯偶联剂已成为复合材料不可缺少的原料之一。
2.1 结构和作用机理(1)结构钛酸酯偶联剂按其化学结构可分为4类:单烷氧基脂肪酸型、磷酸酯型、螯合型和配位体型。
钛酸酯偶联剂的分子式为:R—O—TI O—X—R′—Y)N,具有如下功能:••①通过R基与无机填料表面的羟基反应,形成偶联剂的单分子层,从而起化学偶联作用。
填料界面上的水和自由质子(H+)是与偶联剂起作用的反应点。
•②—O—能发生各种类型的酯基转化反应,由此可使钛酸酯偶联剂与聚合物及填料产生交联,同时还可与环氧树脂中的羟基发生酯化反应。
•③X是与钛氧键连接的原子团,或称粘合基团,决定着钛酸酯偶联剂的特性。
这些基团有烷氧基、羧基、硫酰氧基、磷氧基、亚磷酰氧基、焦磷酰氧基等。
•④R′是钛酸酯偶联剂分子中的长链部分,主要是保证与聚合物分子的缠结作用和混溶性,提高材料的冲击强度,降低填料的表面能,使体系的粘度显著降低,并具有良好的润滑性和流变性能。
•⑤Y是钛酸酯偶联剂进行交联的官能团,有不饱和双键基团、氨基、羟基等。
•⑥N反映了钛酸酯偶联剂分子含有的官能团数。
(2)作用机理:1977年,MONTESJ等提出钛酸酯偶联剂能在填料表面形成单分子膜。
HANCD等提出偶联剂在填充体系中具有增塑作用和界面粘合作用。
钛酸酯偶联剂能在无机物界面与自由质子(H+)反应,形成有机单分子层。
由于界面不形成多分子层及钛酸酯偶联剂的特殊化学结构,生成的较低表面能使粘度大大降低。
用钛酸酯偶联剂处理过的无机物是亲水和亲有机物的。
将钛酸酯偶联剂加入聚合物中可提高材料的冲击强度,填料添加量可达50%以上,且不会发生相分离。
以上是单分子层理论,还有化学键理论、浸润效应和表面能理论、可变形层理论、约束层理论、酸碱反应理论等。
钛酸酯偶联剂的作用机理较为复杂,到目前为止人们已进行了相当多的研究,提出了多种理论,但至今尚无完整统一的认识。
2.2 应用钛酸酯偶联剂的预处理法有两种:••①溶剂浆液处理法,即将钛酸酯偶联剂溶于大量溶剂中,与无机填料接触,然后蒸去溶剂;•②水相浆料处理法,即采用均化器或乳化剂将钛酸酯偶联剂强制乳化于水中,或者先将钛酸酯偶联剂与胺反应,使之生成水溶性盐后,再溶解于水中处理填料。
钛酸酯偶联剂可先与无机粉末或聚合物混合,也可同时与二者混合,但一般多采用与无机物混合法。
在使用钛酸酯偶联剂时要注意以下几点:••(1)用于胶乳体系中,首先将钛酸酯偶联剂加入水相中,有些钛酸酯偶联剂不溶于水,需通过采用季碱反应、乳化反应、机械分散等方法使其溶于水。
•(2)钛酸酯用量的计算公式为:钛酸酯用量=[填料用量(G)×填料表面积(M2/G)]/钛酸酯的最小包覆面积(M2/G)。
其用量通常为填料用量的0.5%,或为固体树脂用量的0.25%,最终由效能来决定其最佳用量。
钛酸酯偶联剂用量一般为无机填料的0.25%～2%。
•(3)大多数钛酸酯偶联剂特别是非配位型钛酸酯偶联剂,能与酯类增塑剂和聚酰树脂进行不同程度的酯交换反应,因此增塑剂需待偶联后方可加入。
•(4)螯合型钛酸酯偶联剂对潮湿的填料或聚合物的水溶液体系的改性效果最好。
•(5)钛酸酯偶联剂有时可以与硅烷偶联剂并用以产生协同效果。
但是,这两种偶联剂会在填料界面处对自由质子产生竞争作用。
(6)单烷氧基钛酸酯偶联剂用于经干燥和煅烧处理过的无机填料时改性效果最好。
碳酸钙在橡胶、塑料工业中是一种很重要的填料。
通过钛酸酯偶联剂对其改性,可大大增强碳酸钙的用量,提高其对橡胶的补强作用。
钛酸酯偶联剂还大量用于其它无机填料的表面改性中,特别是在磁性复合材料和磁性记录材料方面的应用,具有高填充性、耐热性,可提高磁性粒子与树脂的粘合性、弹性及磁性的稳定性;用于导电性复合材料或涂料中,通过利用铜粉作导电基质,可提高材料的分散性、耐湿性、致密性和导电性;加入PVC、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、PS、PE、PC、聚砜、聚酰胺、聚酰亚胺等树脂中,可降低燃烧时的发烟性能;用于绝缘电缆包皮,可改善其耐潮湿性及耐磨性。
3 铝酸酯偶联剂铝酸酯偶联剂是由福建师范大学研制的一种新型偶联剂,其结构与钛酸酯偶联剂类似,分子中存在两活性基团,一类可与无机填料表面作用;另一类可与树脂分子缠结,由此在无机填料与基体树脂之间产生偶联作用。
铝酸酯偶联剂在改善制品的物理性能,如提高冲击强度和热变形温度方面,可与钛酸酯偶联剂相媲美;其成本较低,价格仅为钛酸酯偶联剂的一半,且具有色浅、无毒、使用方便等特点,热稳定性能优于钛酸酯偶联剂。
通过采用各种偶联剂对碳酸钙进行改性得出以下结论:oo经铝酸酯偶联剂改性的活性碳酸钙具有吸湿性低、吸油量少、平均粒径较小、在有机介质中易分散、活性高等特点;o铝酸酯偶联剂的热稳定性优于钛酸酯偶联剂,基本上不影响原碳酸钙的白度;o经铝酸酯偶联剂改性的活性碳酸钙广泛适用于填充PVC,PE,PP,PU和PS等塑料,不仅能保证制品的加工性能和物理性能,还可增大碳酸钙的填充量,降低制品成本。
4 双金属偶联剂双金属偶联剂的特点是在两个无机骨架上引入有机官能团,因此它具有其它偶联剂所没有的性能:加工温度低,室温和常温下即可与填料相互作用;偶联反应速度快;分散性好,可使改性后的无机填料与聚合物易于混合,能增大无机填料在聚合物中的填充量;价格低廉,约为硅烷偶联剂的一半。
