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在化學(xué)界有一個著名的媒婆，它身懷絕技，舌燦蓮花，有各種辦法可以將無機(jī)物和有機(jī)物這兩個不同的“物種”都能結(jié)合在一起。它就是大名鼎鼎的硅烷偶聯(lián)劑。

硅烷偶聯(lián)劑最早是于上世紀(jì)40年代由美國聯(lián)合碳化合物公司（UCC）和道康寧公司（DCC）首先為發(fā)展玻璃纖維增強(qiáng)塑料而開發(fā)的。

1947年Ralphkw等發(fā)現(xiàn)用丙烯基三乙氧基硅烷改性玻璃纖維而制成的聚酯復(fù)合材料可以得到雙倍的強(qiáng)度，從而開創(chuàng)了硅烷偶聯(lián)劑實際應(yīng)用的歷史，并極大的刺激了硅烷偶聯(lián)劑的研究與發(fā)展。

硅烷偶聯(lián)劑是一類具有特殊結(jié)構(gòu)的低分子有機(jī)硅化合物，它研究得最早且應(yīng)用較多，硅烷偶聯(lián)劑不僅能提高復(fù)合材料的力學(xué)性能，還能改善其耐水性，耐熱性和耐候性等性能。

01硅烷偶聯(lián)劑的概念

硅烷偶聯(lián)劑是在同一個分子里含有兩種無機(jī)反應(yīng)性和有機(jī)反應(yīng)性的硅基化學(xué)分子，通常典型結(jié)構(gòu)為：Rn-Si-(X)_4-n

偶聯(lián)機(jī)理如下圖：

02硅烷偶聯(lián)劑的結(jié)構(gòu)特征

硅烷偶聯(lián)劑的結(jié)構(gòu)通式為Y－Ｒ－Si－X3，Y代表有機(jī)官能基，Ｒ代表亞烷基，X代表能夠水解的基團(tuán)。

Y主要與有機(jī)聚合物反應(yīng)，而可水解基團(tuán)X主要控制水解速率。在相同的水解條件下，大基團(tuán)的可水解基水解速率慢;在酸性環(huán)境下，帶有較長亞烷基的水解較慢。

例如:可水解的烷氧基通常是乙氧基或是甲氧基，在相同的水解條件下，三甲氧基硅烷的水解速率要比三乙氧基硅烷的快。而α－甲基丙烯酰氧基－甲基－三乙氧基硅烷在酸性溶液中其水解速率是γ－甲基丙烯酰氧基－丙基－三乙氧基硅烷的20倍。

03硅烷偶聯(lián)劑的功能

硅烷偶聯(lián)劑既能與無機(jī)物中的羥基又能與有機(jī)聚合物中的長分子鏈相互作用,使兩種不同性質(zhì)的材料偶聯(lián)起來,從而改善生物材料的各種性能。因此，廣泛應(yīng)用在橡膠、塑料、填充復(fù)合材料、環(huán)氧封裝材料、彈性體、涂料、粘合劑和密封劑等方面。

04硅烷偶聯(lián)劑的應(yīng)用

01

用作表面處理劑

主要用于玻璃纖維的表面處理,能改善玻璃纖維和樹脂的粘接性能,大大提高玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的強(qiáng)度、電氣、耐水、耐候等性能;即使在濕態(tài),也能顯著提高復(fù)合材料的機(jī)械性能。

02

用于無機(jī)填料填充塑料

可預(yù)先對填料進(jìn)行表面處理,也可直接加入素質(zhì)中。能改善填料在樹脂中的分散性及粘接力,改善工藝性能和提高填充塑料(包括橡膠)的機(jī)械、電氣和耐候等性能。

03

用作密封劑、膠粘劑和涂料的增粘劑

能提高密封劑、粘接劑和涂料的粘接強(qiáng)度、耐水性、耐高溫、耐氣候等性能。

04

用作粘合促進(jìn)劑

用于難粘材料聚烯烴(如PE,PP)和特種橡膠(如硅橡膠、EPR、CR、氟橡膠)的粘合促進(jìn)劑。

05

用作紡織助劑

與有機(jī)硅乳液并用,可提高貿(mào)紡織品的服用性能,試織物具有柔軟、豐滿、回彈性好、防皺挺刮、防水抗靜電、耐洗、穿著舒適等優(yōu)點。

06

用于生化、環(huán)保方面硅烷偶聯(lián)劑

硅烷偶聯(lián)劑是制備硅樹脂固胰酶載體的重要原料。并可使固化酶不溶于水,未match失活的固相酶經(jīng)過濾后還可繼續(xù)使用,不僅提高了生物酶的利用率,還能避免造成污染和浪費。

07

用于“假牙”成型

國內(nèi)牙科中“假牙”,一般是用改性甲基丙烯酸酯類聚合物與填料制成。為提高它們之間粘合力,以提高“假牙”的強(qiáng)度和剛度,在其未固化前,配方中加入KH- 570硅烷偶聯(lián)劑 。

08

除此之外

除此之外,硅烷偶聯(lián)劑還廣泛用作防水劑、交聯(lián)劑、金屬的防腐劑、玻璃和陶瓷的保護(hù)劑、纖維和皮革的整理劑以及石油開發(fā)和運輸?shù)闹鷦?。某些偶?lián)劑(如-氨丙基三乙氧基硅烷、-氯丙基三乙氧基硅烷)遇明火不燃,還可作為阻燃劑等。

05硅烷偶聯(lián)劑在線纜行業(yè)中

硅烷偶聯(lián)劑在電線電纜中主要是作為交聯(lián)劑和增粘劑使用，賦予材料的如下性能：

提高改性后的材料的熱形變穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，

提高改性后的材料的濕態(tài)電氣性能，

提高改性后的材料的耐化學(xué)性，

提高填料的添加量的同時改善加工性。

1

交聯(lián)劑

乙烯基硅烷是用于聚烯烴材料交聯(lián)的最常用的交聯(lián)劑，其反應(yīng)過程如下所示：

2

增粘劑/表面改性劑

在低煙無鹵線纜材料的生產(chǎn)中，常會使用硅烷偶聯(lián)劑作為無機(jī)阻燃材料的表面改性劑，提高填料在樹脂或者橡膠中的分散性和與樹脂的粘結(jié)性，并改善被填充基材的加工性能、機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性。

06硅烷偶聯(lián)劑在玻纖和復(fù)合材料中

硅烷偶聯(lián)劑是玻璃纖維增強(qiáng)聚合物的關(guān)鍵成分，玻纖極其親水，能把水吸附到界面上，如果不用硅烷處理表面，玻璃纖維和樹脂之間的結(jié)合將變?nèi)?，最后?dǎo)致斷裂。

有機(jī)硅烷在玻璃纖維中的作用可以歸納為：

（1）在增強(qiáng)復(fù)合材料中，改進(jìn)干、濕態(tài)的力學(xué)性能 使增強(qiáng)復(fù)合材料的電氣性能穩(wěn)定 
（2）在玻璃纖維增強(qiáng)材料的制造過程中改進(jìn)加工特性 
（3）在復(fù)合材料的制造中提高玻璃纖維的改進(jìn)處理 
（4）增加熱絕緣玻璃纖維的彈性和強(qiáng)度

硅烷偶聯(lián)劑在復(fù)合材料中形成化學(xué)鍵的作用機(jī)理如下圖：

07硅烷偶聯(lián)劑在橡膠混煉中

在橡膠行業(yè)，硅烷的獨特性質(zhì)被用于提高性能和改善工藝性能，硅烷在橡膠配方中充當(dāng)偶聯(lián)劑和分散劑。

由于在增強(qiáng)型橡膠中使用無機(jī)填料取代炭黑帶來的好處使硅烷在有機(jī)橡膠業(yè)中得到了很廣泛的應(yīng)用。和炭黑相比，白炭黑和其他無機(jī)填料能使橡膠獲得更優(yōu)異的物理性質(zhì)和性能。

BUT要使非炭黑填料起到作用必須用到硅烷偶聯(lián)劑，為了使無機(jī)填料和有機(jī)彈性體有效結(jié)合，硅烷的使用是其中一個關(guān)鍵因素，機(jī)理和前面礦物和填料處理類似，甲氧基或者乙氧基將和白炭黑或者粘土表面強(qiáng)力粘結(jié)，有機(jī)官能團(tuán)將和橡膠聚合物鍵合，機(jī)理見圖示

硅烷偶聯(lián)劑是繼有機(jī)硅工業(yè)中三大產(chǎn)品——硅油、硅橡膠、硅樹脂之后的第四大部類，其在有機(jī)硅工業(yè)中的地位日趨重要，已成為現(xiàn)代有機(jī)硅工業(yè)，有機(jī)高分子工業(yè)，復(fù)合材料工業(yè)及相關(guān)高技術(shù)領(lǐng)域中不可缺少的配套化學(xué)助劑，而且是一種重要的高科技含量，高附加值的有機(jī)硅產(chǎn)品。

—END—

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