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  • 硅烷偶聯劑品種那麼多、用途那麼廣、而很快我們這裏應有盡有
  • 發佈時間: 2018-07-22 点击次数:4586 
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    硅烷偶聯劑又名硅烷處理劑、底塗劑,是一種在無機材料和高分子材料的複合體系中, 能通過物理和/或化學作用把二者結合,亦或能通過物理和/或化學反應, 使二者的親和性得到改善, 從而提高複合材料綜合性能的一種物質。硅烷偶聯劑是一種具有特殊結構的有機硅化合物。在它的分子中, 同時具有能與無機材料( 如玻璃、水泥、金屬等) 結合的反應性基團和與有機材料( 如合成樹脂等) 結合的反應性基團。因此, 通過硅烷偶聯劑可使兩種性能差異很大的材料界面偶聯起來, 以提高複合材料的性能和增加粘接強度, 從而獲得性能優異、可靠的新型複合材料。

    硅烷偶聯劑的結構及其作用機理

    1、结构特征

    硅烷偶聯劑分子中含有兩種不同的反應性基團,其通式爲RSiX3, X表示水解性官能基,它可與甲氧基、乙氧基、溶纖劑以及無機材料(玻璃、金屬、SiO2)等發生偶聯反應;R代表與聚合物分子有親和力或反應能力的活性官能團,如乙烯基、乙氧基、氨基、環氧基、甲基丙烯酰氧基、巰基等,可與無機材料、各種合成樹脂、橡膠發生偶聯反應。

    2、偶联机理

    硅烷偶聯劑在提高複合材料性能方面具有顯著的效果。但迄今爲止,還沒有一種理論能解釋所有的事實。常用的理論有化學鍵理論、表面浸潤理論、變形層理論、拘束層理論、還有就是布魯特曼提出的陽離子型硅烷偶聯劑的作用機理,以及自由基型硅烷偶聯劑的作用機理。

    化學鍵理論

    兩種不同性質材料界面間的偶聯機理,早在20世紀60年代,即研究了玻璃纖維增強塑料的機理,而現在人們進一步通過新型分析儀器爲手段,研究剖析了材料界面狀態,對吸附反應狀態等過程有了進一步的瞭解,從而提出了化學鍵合理論和物理吸附等的解釋,其中化學鍵合模型被認爲是比較成功的解釋。該理論認爲, 硅烷偶聯劑含有反應性基團, 它的一端能與無機材料表面的羥基或金屬表面的氧化物生成共價鍵或形成氫鍵, 另一端與有機材料形成氫鍵或生成共價鍵; 從而將無機材料和有機材料的界面有機地連接起來, 提高複合材料的各項性能。

    表面浸潤理論

    硅烷偶聯劑的表面能較低, 潤溼能力較高,能均勻地分佈在被處理表面, 從而提高異種材料間的相容性和分散性。硅烷偶聯劑的作用在於改善了有機材料對增強材料的潤溼能力。實際上, 硅烷偶聯劑在不同材料界面的偶聯過程是一個複雜的液固表面物理化學過程。首先, 硅烷偶聯劑的粘度及表面張力低、潤溼能力較高, 對玻璃、陶瓷及金屬表面的接觸角很小,可在其表面迅速鋪展開, 使無機材料表面被硅烷偶聯劑溼潤; 其次, 一旦硅烷偶聯劑在其表面鋪展開, 材料表面被浸潤, 硅烷偶劑分子上的兩種基團便分別向極性相近的表面擴散,由於大氣中的材料表面總吸附着薄薄的水層,一端的烷氧基便水解生成硅羥基,取向於無機材料表面,同時與材料表面的羥基發生水解縮聚反應;有機基團則取向於有機材料表面,在交聯固化中,兩者發生化學反應,從而完成異種材料間的偶聯過程。

    形態理論

    無機材料上的硅烷處理劑會以某種方式改變鄰近有機聚合物的形態,從而改進粘接效果。可變形層理論認爲,可產生一個撓性樹脂層以緩和界面應力;而約束層理論認爲,硅烷可將聚合物結構“緊束”在相間區域中。 

    硅烷偶聯劑的選擇原則

    有機硅烷偶聯劑的選擇一般憑藉對有機硅烷偶聯劑側試數據進行經臉總結,準確.地預測有機硅烷偶聯劑是非常困難的。使用有機硅烷偶聯劑後增大的鍵強度是一系列複雜因素的綜合,如浸潤、表面能、邊界層的吸附、極性吸附,酸鹼相互作用等。

    預選有機硅烷偶聯劑可遵循以下規津:不飽和聚醋可選用乙烯纂、環氧基及甲基丙烯陳氧基型有機硅烷偶聯劑;環氧樹脂宜選用環氧基或氨基型有機硅烷偶聯劑;酚醛樹脂宜選用氨基或服基型有機硅烷偶聯劑;烯烴聚合物宜選用乙烯基型右機硅烷偶聯劑;硫磺硫化的橡膠宜選用疏基型有機硅烷偶聯劑等。

    使用方法

    硅烷偶聯劑的使用方法主要有表面預處理法和直接加入法,前者是用稀釋的偶聯劑處理填料表面,後者是在樹脂和填料預混時,加入偶聯劑原液。硅烷偶聯劑配成溶液,有利於硅烷偶聯劑在材料表面的分散,溶劑是水和醇配製成的溶液,溶液一般爲硅烷(20%),醇(72%),水(8%),醇一般爲乙醇(對乙氧基硅烷)、甲醇(對甲氧基硅烷)及異丙醇(對不易溶於乙醇、甲醇的硅烷);因硅烷水解速度與PH值有關,中性最慢,偏酸、偏鹼都較快,因此一般需調節溶液的PH值、除氨基硅烷外,其他硅烷可加入少量醋酸,調節PH值至4-5,氨基硅烷因具鹼性,不必調節。因硅烷水解後,不能久存,最好現配現用,適宜在一小時用完。以下是一些具體應用方法(1)、預處理填料法(2)、硅烷偶聯劑水溶液(玻纖表面處理劑):玻纖表面處理劑常含有:成膜劑、抗靜電劑、表面活性劑、偶聯劑、水。(3)、底面法:將5%-20%的硅烷偶聯劑的溶液,通過塗、刷、噴,浸漬處理基材表面,取出室溫晾乾24小時,最好在120℃下烘烤15分鐘。(4)、直接加入法:硅烷亦可直接加入“填料/樹脂”的混合物中,在樹脂及填料混合時,硅烷可直接噴灑在混料中。

    硅烷偶聯劑的種類及作用

    自硅烷偶聯劑問世以來,氨基硅烷和改性氨基硅烷的品種較多,應用也比較成熟,並且有新的發展。而過氧化、疊氮硅烷沒多大的實際用途。近年來新開發的硅烷主要有環氧硅烷、含異氰酸酯基的硅烷、螯合型硅烷、含氟硅烷、乙烯基硅烷、疊氮化物、酸酐基和長鏈烷基硅烷等。以下兩圖就是常用硅烷偶聯劑的種類,代表性硅烷結構式、典型用途。

     

    硅烷偶聯劑的應用

    硅烷偶聯劑的應用十分廣泛,主要有以下幾方面。(1)用作表面處理劑,以改善室溫固化硅橡膠與金屬的粘合性能;(2)用於無機填料填充塑料時,可以改善其分散性和粘合性;(3)用作增粘劑,在水電站工程中提高水泥與環氧樹脂的粘合性;(4)用作密封劑,具有耐水、耐高溫、耐氣候等性能,用於氟橡膠與金屬的粘合密封;(5)用作單組分硅橡膠的交聯劑;(6)用作難粘材料聚烯烴(如PE,PP)和特種橡膠(如硅橡膠、EPR、CR、氟橡膠)的粘合促進劑。

    目前,硅烷在塗料中的應用主要集中在三方面:用於底塗層增強底材與塗層間的粘合性:用於改善顏料或填料在溶劑性塗料或水性塗料中的分散性;用於塗料樹脂的改性,以製成新的功能塗料。硅烷用作增進附着力的添加劑,使塗料結合在各種不同底材表面上,這樣的結合不僅減少在溼環境中的腐蝕和漆膜的剝落,而且能提高耐擦傷性和耐環境性。硅烷廣泛用於丙烯酸酯樹脂、環氧樹脂和聚氨酯塗料中,在溶劑性、高固體和水性塗料中均有效果,既可作底漆使用,也可作摻和助劑使用。硅烷在塗料中還可起顏料分散劑和粘接劑的作用,它們可牢固地結合在各種無機顏料和填料上。硅烷一旦附着到填料的表面上,它們就能降低塗料的粘度,改善填料的分散性,從而提高遮蓋力和提高塗層的耐久性和刷洗性。

     

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