硅烷偶聯(lián)劑的機(jī)理及應(yīng)用

來源：塑膠五金網(wǎng)發(fā)布時(shí)間：2014-02-19 09:45:04點(diǎn)擊率：

　結(jié)構(gòu)和作用機(jī)理

　　硅烷偶聯(lián)劑的通式為RnSiX(4-n),式中R為非水解的、可與高分子聚合物結(jié)合的有機(jī)官能團(tuán)。根據(jù)高分子聚合物的不同性質(zhì),R應(yīng)與聚合物分子有較強(qiáng)的親和力或反應(yīng)能力,如甲基、乙烯基、氨基、環(huán)氧基、巰基、丙烯酰氧丙基等。X為可水解基團(tuán),遇水溶液、空氣中的水分或無機(jī)物表面吸附的水分均可引起分解,與無機(jī)物表面有較好的反應(yīng)性。典型的X基團(tuán)有烷氧基、芳氧基、酰基、氯基等; 常用的則是甲氧基和乙氧基,它們在偶聯(lián)反應(yīng)中分別生成甲醇和乙醇副產(chǎn)物。由于氯硅烷在偶聯(lián)反應(yīng)中生成有腐蝕性的副產(chǎn)物氯化qing,因此要酌情使用。

　　近年來,相對分子質(zhì)量較大和具有特種官能團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑發(fā)展很快,如辛烯基、十二烷基,還有含過氧基、脲基、羰烷氧基和陽離子烴基硅烷偶聯(lián)劑等。Lawrence等利用硅烷偶聯(lián)劑對碳纖維表面進(jìn)行處理,偶聯(lián)劑中的甲基硅烷氧端基水解生成的硅羥基與碳纖維表面的羥基官能團(tuán)進(jìn)行鍵合,結(jié)果復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和模量提高,空氣孔隙率下降[2]。早在1947年美國JohnsHopkins大學(xué)的WittRW等在一份報(bào)告中指出,在對烷基氯硅烷偶聯(lián)劑處理玻璃纖維表面的研究中發(fā)現(xiàn),用含有能與樹脂反應(yīng)的硅烷基團(tuán)處理玻璃纖維制成聚酯玻璃鋼,其強(qiáng)度可提高2倍以上[3]。他們認(rèn)為,用烷基氯硅烷水解產(chǎn)物處理玻璃纖維表面,能與樹脂產(chǎn)生化學(xué)鍵。這是人們次從分子的角度解釋表面處理劑在界面中的狀態(tài)。硅烷偶聯(lián)劑由于在分子中具有這兩類化學(xué)基團(tuán),因此既能與無機(jī)物中的羥基反應(yīng),又能與有機(jī)物中的長分子鏈相互作用起到偶聯(lián)的功效,其作用機(jī)理大致分以下3步:(1)X基水解為羥基;(2)羥基與無機(jī)物表面存在的羥基生成氫鍵或脫水成醚鍵[4];(3)R基與有機(jī)物相結(jié)合。

　　應(yīng)用

　　在使用硅烷偶聯(lián)劑時(shí),為獲得較佳的效果,需對每一個(gè)特定的應(yīng)用場合進(jìn)行試驗(yàn)預(yù)選。表1示出了根據(jù)一般規(guī)律及試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)所歸納的不同材料用硅烷偶聯(lián)劑?！　」柰榕悸?lián)劑一般要用水和乙醇配成很稀的溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.005～0.02)使用,也可單獨(dú)用水溶解,但要先配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.001的醋酸水溶液,以改善溶解性和促進(jìn)水解;還可配成非水溶液使用,如配成甲醇、乙醇、丙醇或苯的溶液;也能夠直接使用。硅烷偶聯(lián)劑的用量與其種類和填料表面積有關(guān),即硅烷偶聯(lián)劑用量(g)=[填料用量(g)×填料表面積(m2·g-1)]/硅烷小包覆面積(m2·g-1)。如果填料表面積不明確,則硅烷偶聯(lián)劑的加入量可確定為填料量的1%左右。

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