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1、硅烷偶聯(lián)劑

硅烷偶聯(lián)劑是在同一個分子里含有兩種反應(yīng)基團的物質(zhì)（無機和有機反應(yīng)性）的硅基化學(xué)分子，通常典型結(jié)構(gòu)為：Yn-Si-(OR)4-n。Y是有機官能團如氨基、甲基丙烯酰氧基、環(huán)氧等；OR是烷氧基如甲氧基、乙氧基或乙酰氧基等。

硅烷偶聯(lián)劑會在無機材料（如玻璃、金屬、礦物）和有機材料（如有機聚合物、涂料、粘合劑等）的界面起作用，結(jié)合或偶聯(lián)兩種截然不同的材料，偶聯(lián)機理如下圖一：

2、為什么要用硅烷偶聯(lián)劑

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，涂料、膠黏劑、復(fù)合材料等產(chǎn)品的性能、技術(shù)、應(yīng)用越來越受到重視。如使用玻纖維或礦物增強有機聚合物時，聚合物和無機材料之間的界面渉及許多物理和化學(xué)因素之間復(fù)雜交叉作用。這些因素和粘合力、物理強度、膨脹系數(shù)、濃度梯度和產(chǎn)品性能的保持力相關(guān)，影響附著力重要破壞因素就是水分遷移到無機增強的親水表面，水分侵蝕了界面，破壞了粘結(jié)。

真正的偶聯(lián)劑在無機和有機材料的界面可以形成耐水鍵。因為硅烷偶聯(lián)劑有獨特的物理和化學(xué)性能，不光是增強了結(jié)合強度，更重要的是防止了在復(fù)合材料老化和使用過程中在界面上的鍵結(jié)解體。

硅烷偶聯(lián)劑能把性能截然不同的兩種物質(zhì)通過化學(xué)或物理的作用結(jié)合起來，因此也被稱為是無機和有機物質(zhì)界面間的“橋梁”。

3、硅烷對聚合物的鍵結(jié)作用

硅烷對有機聚合物的作用非常復(fù)雜，熱固性聚合物的反應(yīng)性和硅烷的有機反應(yīng)性相匹配。例如環(huán)氧硅烷或者氨基硅烷會與環(huán)氧樹脂結(jié)合；氨基硅烷會與酚醛樹脂作用；甲基丙烯酰氧和單烯烴硅烷會利用交聯(lián)與不飽和聚酯樹脂的苯乙烯結(jié)合；

對于表面缺乏極性的熱塑性聚合物（聚乙烯、聚丙烯等），通過硅烷偶聯(lián)劑的實現(xiàn)結(jié)合可以解釋為是在界面區(qū)域通過相互擴散和互穿網(wǎng)絡(luò)體系而成的。如圖二

圖二 互穿參透網(wǎng)絡(luò)（IPN）結(jié)合機理

為了優(yōu)化IPN配方，硅烷和樹脂的相溶性非常重要，一種方法就是匹配兩種材料的溶解度參數(shù)，這將提高形成具有最優(yōu)性能良好復(fù)合材料的幾率，即使對反應(yīng)性起作用的熱固性聚合物來說，溶解度參數(shù)的匹配也將提高復(fù)合材料的性能。

4、硅烷對無機材料的鍵結(jié)

硅原子上含有三個無機反應(yīng)性基團的硅烷偶聯(lián)劑（通常是甲氧基、乙氧基）可以很好的結(jié)合多數(shù)無機材料表面的羥基，特別是結(jié)構(gòu)中含有硅、鋁或者重金屬的材料，通過與添加的或者無機填料表面的殘留水反應(yīng)，硅原子上的烷氧基水解釋放出硅醇，然后這些硅醇與無機表面的羥基反應(yīng)形成氫鍵后脫水形成硅氧鍵。如圖三

5、如何選擇硅烷

所有硅烷偶聯(lián)劑硅原子上的三個烷氧基和無機材料都具有同等良好的結(jié)合性能。

多種有機官能烷氧基硅烷都是可以獲得的。硅原子上的有機官能團需要和要結(jié)合的樹脂聚合物類型進行匹配?？梢該?jù)此來指導(dǎo)在特定應(yīng)用中使用哪種硅烷偶聯(lián)劑。

在硅烷上的有機基團可以是活性的也可以是非活性的，這些基團可以是疏水的，也可以是親水的，或者是具有多種熱穩(wěn)定特性等。

因為有機結(jié)構(gòu)不同，基團的溶解度參數(shù)各異，一定程度上，這將影響聚合物體系和用于表面處理的硅氧烷體系之間的相互滲透。

表1列出了常見的用于硅原子有機取代基的一些特征，綜上所述硅烷的選擇應(yīng)考慮到這些因素:匹配化學(xué)反應(yīng)性、溶解性、結(jié)構(gòu)特征、聚合物結(jié)構(gòu)中具有相同參數(shù)的有機硅烷的熱穩(wěn)定性。

表1硅烷上不同取代基特性

6、硅烷典型用途

偶聯(lián)劑：通過硅烷的分子橋作用將高分子聚合物（各種樹脂、橡膠、塑料）與無機材料（填料、纖維）偶聯(lián)起來，從而提高復(fù)合材料力學(xué)強度和電氣性能。這方面用途包括玻璃鋼（玻璃纖維增強各種樹脂）、塑料改性（PA、PP等工程塑料的填充、加纖、阻燃等）、橡膠改性（填充、加纖、阻燃等）、低煙無鹵阻燃電纜材料、樹脂砂鑄造、摩擦材料等。

附著力促進劑：通過硅烷偶聯(lián)劑的分子橋作用提高樹脂涂層對基材（無機材料、極性樹脂）的附著力、耐水性、耐腐蝕性、耐水煮，這在涂料、油墨、膠黏劑、密封膠等行業(yè)有廣泛的應(yīng)用。

表面處理劑和分散劑：通過硅烷偶聯(lián)劑的表面處理，是無機礦物粉體、玻璃纖維、晶須、顏料表面又親水憎油變成親油憎水，提高其在有機高分子聚合物中的分散、相容性和潤濕性，改善加工填料的流變性，并使無機填料表面具有一定的反應(yīng)性（需要與合適的聚合物反應(yīng)）。這一特性使硅烷偶聯(lián)劑成為一種主流的高效無機礦物粉體、玻纖及晶須和無機顏料的表面處理劑。

交聯(lián)劑（固化劑）：有機官能烷氧基硅烷可以和有機聚合物反應(yīng)，將三烷氧基硅烷基團結(jié)合到聚合物主鏈上；然后可以和水汽反應(yīng)，交聯(lián)硅烷，并形成穩(wěn)定的三維結(jié)構(gòu)。這種機理可以用于交聯(lián)塑料（特別是聚乙烯）和其他有機樹脂（如丙烯酸樹脂和聚氨酯膠），來賦予油漆涂料和粘合劑以耐久防水和耐高溫性能。這方面的典型用途有乙烯基硅烷用于硅烷交聯(lián)聚乙烯樹脂的生產(chǎn)、氨基硅烷作為環(huán)氧樹脂改性硅樹脂的固化劑、聚氨酯密封膠中可作為除濕劑。