硅烷偶联剂及其应用
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硅烷偶联剂及其应用

2025-02-11 04:10:35 kaiyun官网入口登录

  ▶有机硅材料的四大门类(硅油、硅橡胶、硅树脂、硅烷偶联剂)之一,是近年来发展非常迅速的一类有机硅产品。

  ▶硅烷偶联剂具有品种多、结构较为复杂、用量少而效果非常明显、用途广泛等特点,其独特的性能与显著的改性效果,使其应用领域逐步扩大,产量大幅度上升,国际上报道的硅烷偶联剂超过100种。

  ▶硅烷偶联剂已成为现代有机硅工业、有机高分子工业、复合材料工业及相关的高新技术领域中必不可少的配套化学助剂。

  当硅烷中的H被一种或一种以上的其它基团取代后所得的衍生物,则称之为相应取代基硅烷,并可用通式:

  这既可能是指真正粘接力的提高,也可能是指浸润性、流变性和其它操作性能的改进。偶联剂还可能对界面区域产生改性作用,以增强有机相与无机相的边界层。

  鉴于含有机官能团的硅烷是一种有机与无机杂交的结构,因而可作为偶联剂,用作在各种各样的环境条件下有机聚合物与无机物之间的粘接增进剂。

  长链烷基: R-Si(Men)X4-n-1 (R为超过3碳的直链或侧链烷基)

  ③树脂的溶度参数与底材的溶度参数相近时,该树脂(或涂料)对底材的附着力愈好。

  ViSi(OMe)3在水中的稳定性(浓度、溶剂、pH值和F-离子的影响)

  在酸性条件下,各种RSi(OMe)3硅醇水溶液的相对稳定性按高、低顺序排列如下:

  a. 在γ-氨丙基三乙氧基硅烷醇溶液加入氨水后,容易形成不溶性的凝胶,按此推理,γ-氨丙基三烷氧基硅烷在水溶液中应该会缩聚成不溶物,使溶液混浊。

  b. γ-氨丙基三烷氧基硅烷在酸性(Ph=3~6)溶液中,该溶液较为稳定,其原因是生产两性离子O(HO)2 Si-CH2CH2CH2NH+3。

  ▶硅烷偶联剂在提高复合材料方面性能方面的显著效果虽已得到普遍的认可,但如何解释硅烷偶联剂的作用机理,至今还没有一种理论能够解释所有的事实。

  ▶鉴于界面上的极少量硅烷偶联剂会对复合材料的性能产生显著的影响,可以期望:阐明偶联机理将有利于了解有机聚合物对无机物表面粘接的基本属性,从而有助于正确而广泛得使用硅烷偶联剂。

  该理论认为这类化合物基团X(如烷氧基)能与如玻璃、金属、硅酸盐等表面上的M-OH(M=Si,Al,Fe等)起化学反应形成化学键;Y基团能与树脂起反应形成化学键。这样两种性质差别很大的材料,以化学键而“偶联”起来,获得了良好的粘结,这也就是把这类化合物称为偶联剂的原因。

  ▶所有这些理论从不同角度描述了各种条件下通过硅烷偶联剂起作用时所包含的一些因素。

  ▶此外,这些理论也未完全描述含有机官能团硅烷起到偶联剂作用以外的其它作用时的机理,如交联作用、助催化作用等。

  从偶联机理和实际应用效果出发,选择硅烷偶联剂时,应当主要考虑有机聚合物的应用性能、无机材料的特性、界面性能等因素。

  (4)硅烷偶联剂能使无机表面的临界表面张力接近有机聚合物的临界表面张力;

  (7)满足复合材料使用性能(如耐温性能、亲水疏水性能、机械性能、电性能等);

  硅烷偶联剂的的选定最终要依据实验和应用效果来确定。必要时考虑不同硅烷偶联剂的配合使用。

  (5)底胶(漆)处理法,分别采取了硅烷、硅烷溶液、硅烷与液态有机聚合物混合物作为底涂材料;

  当硅烷偶联剂用于处理有机/无机复合材料时,可从理论上计算硅烷偶联剂的用量。

  被处理材料(基体)单位比表面积所占反应活性点(如Si-OH)数目以及硅烷偶联剂覆盖表面的厚度(如单分子层、多分子层或整体层)是决定基体表面硅基化所需硅烷偶联剂用量的关键因素。

  由于硅烷多个可水解基团自身缩合反应、基体表面反应活性点随着外界条件的变化等因素影响计算的准确性,同时填料比表面、不同硅烷的可润湿面积测定计算较为复杂,理论计算硅烷用量在实际应用中往往并不经常采用。

  以理论计算为参考,在实际应用中可采用简单的用量调整试验来确定硅烷偶联剂的用量。

  如:直接混合时,可按有机聚合物质量的0.5-2% 添加,同时改变添加比例根据对比测定效果来确定合适的用量;

  或在用硅烷溶液处理填料时,配制1-5%(质量分数)浓度的硅烷溶液,同时调整浓度作对比,从而确定合适的浓度。

  ▶上世纪40年代美国UCC和Dow Corning公司开发和公布了一系列具有典型结构的硅烷偶联剂;

  这些硅烷偶联剂中,只有50种左右作为商品得到应用,而常用的只有20种左右。

  硅烷偶联剂的分类方法很多。在市场上常常按有机官能团的结构来进行分类,其类别大致有:

  (2)烷氧基化反应(又称酯化反应、醇解反应):通过此反应取代氯硅烷中的氯引入硅官能团。

  (5)硅/醇直接合成法:此方法合成的三烷氧基硅烷是合成三烷氧基硅烷偶联剂的基础,是代表发展趋势的先进方法。合成步骤短、投资少、无环境污染是这种方法的优势所在。