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"分子桥”——硅烷偶联剂
* 来源 :有机硅 * 作者 :fgwmyj * 发表时间 :2021-11-29 * 浏览 : 1338

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偶联剂简介

       偶联剂是一种“分子桥”,可改善无机物与有机物之间的界面作用,用作高分子复合材料的助剂,提高其物理性能、电性能、热性能、光性能等。

       偶联剂分子中含两种不同基团:一是亲无机物基团,易与无机物表面反应;二是亲有机物基团,与树脂或其他聚合物反应或生成氢键溶于其中。

02

硅烷偶联机理

        硅烷偶联剂的通式为RnSiX4-n,式中R是与聚合物分子有较强亲和力的有机官能团,X是与无机物有较好反应性的可水解基团,这种结构使得偶联剂分子既能与无机物中的羟基反应,又能与有机高分子链相互作用,从而发挥偶联功能。

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硅烷偶联剂与无机物作用机理

       硅烷偶联剂在不同的材料界面的偶联过程是一个复杂的液固表面物理化学过程。总的来说是水解硅羟基取向无机表面,有机基团取向聚合物表面:

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硅烷偶联剂偶联机理简要示意图

03

硅烷偶联剂的应用

       硅烷偶联剂主要用于胶粘剂、涂料、复合材料增强,以下是部分功能硅烷的种类、代表性硅烷结构式、典型用途。

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       目前,硅烷在涂料中的应用主要集中在三方面:用于底涂层增强底材与涂层间的粘合性:用于改善颜料或填料在溶剂性涂料或水性涂料中的分散性;用于涂料树脂的改性,以制成新的功能涂料。

硅烷在底漆中的的应用:硅烷偶联剂在改善两种不相容的材料之间的粘接力方面是非常有效

的。作为增粘剂,硅烷偶联剂通过一个硅烷“桥”,将涂料和基材以化学链的形式结合起来,改善性能。

 硅烷作为附着力促进剂:当涂料中含有少量硅烷偶联剂,在其涂布后,硅烷迁移到底材的界面,与无机表面上的水分反应,水解生成硅醇基互缩合形成网状结构的膜覆盖于底材的表面,增强了其内聚力和耐水侵蚀的稳定性,从而显著提高与底材间附着力。

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玻璃钢拉伸强度和冲击强度

 硅烷用于颜料和填料的改性:硅烷偶联剂处理颜料或填料,使其易被基料润湿,颜料或填料在基料中分散稳定,防止沉淀和结块。填料表面经硅烷偶联剂改性后,使涂料的粘度大幅度降低,即使增大颜料或填料添加量也不会影响涂料的流动,起到增加涂料产量、降低生产成本的作用。

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硅烷偶联剂改性铝粉颜料

       未改性的颜料铝粉具有疏水性,无法分散在水性体系中,全部漂浮于水面;相比其他 3 种硅烷偶联剂,经 WD-60 表面改性后的颜料铝粉能大部分悬浮在水性体系中,亲水性较好。说明不同偶联剂的效果也不同。

04

硅烷偶联剂的合成

       硅烷偶联剂作为有机硅行业的下游产品,它的合成技术业已成熟,工业化已经实现,下面简要介绍一些偶联剂的合成原理。

(1)硅氢加成法

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卤烃基硅烷偶联剂

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氨烃基硅烷偶联剂

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甲基丙烯酰氯烃基硅烷偶联剂

(2)转化法

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前景与展望

       硅烷偶联剂作为有机硅行业的下游产品,支撑着整个有机硅行业的发展,更好的开发、合成和使用硅烷偶联剂,扩展其在建筑、电子、航空等各领域中的应用可带动整个有机硅行业的发展。

参考文献

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