偶聯劑的應用領域與用途

合成帶有活性硅烷基的高分子也是硅烷偶聯劑的發展方向之一，這種鈦酸酯偶聯劑對膠粘劑中的樹脂具有更好的相容性，可在被粘物表面形成一個均一面，因而具有更好的粘接效果。硅烷偶聯劑新開發的一項重要應用是用于生產水交聯聚乙烯，這項工藝是美國道康寧公司開發的，目前已商業化。近年來，國內在用有機硅乳液處理毛紡織物的試驗中，發現用硅烷偶聯劑與有機硅乳液并用，可以提高毛紡織物的服用性能。

　　目前常用的硅烷偶聯劑為三烷氧基型，但三烷氧基型偶聯劑有可能降低基體樹脂的穩定性，因而近年來二烷氧基型偶聯劑的研究和應用得到重視。

　　過氧基硅烷也是近年來開始研究的一種偶聯劑，它的特點是在熱的作用下，偶聯劑分解生成自由基，可以與烯類聚合物發生交聯，從而促進烯類聚合物的粘接。

　　偶聯劑的應用領域與用途

　　玻纖、玻璃鋼：提高復合材料濕態物理機械強度、濕態電氣性能，并改善玻纖的集束性、保護性和加工工藝。
　　膠粘劑和涂料：提高濕態下的粘合力、耐候性，改善顏料分散性，提高耐磨性和樹脂的交聯。
　　鑄造：提高樹脂砂的強度。以實現高度、低發氣。
　　橡膠：提高制品機械強度、耐磨性、濕態電氣性能和流變性。
　　密封膠：提高濕態的粘合力，提高填料的分散性，制品耐磨性。
　　紡織：令紡織品柔軟豐滿、提高其防水性、以及對染料的粘合力。
　　印刷油墨：提高粘合力的浸潤性。
　　填料表面處理：在樹脂中提高填料和樹脂的相容性、浸潤性、分散性。
　　交聯聚乙烯：用于交聯聚乙烯電纜及熱水管增強強度。耐用性及使用壽命。

　　主要用途

　　增強塑料中，能提高樹脂和增強材料界面結合力的化學物質。
　　在樹脂基體與增強材料的界面上，廣州鈦酸酯偶聯劑促進或建立較強結合的物質。
　　注：偶聯劑可施于增強材料上或加入樹脂中，或兩者給合。

　　了解硅烷偶聯劑使用說明

　　一、選用硅烷偶聯劑的一般原則

　　已知，硅烷偶聯劑的水解速度取于硅能團Si-X，而與有機聚合物的反應活性則取于碳官能團C-Y。因此，對于不同基材或處理對象，選擇適用的硅烷偶聯劑至關重要。選擇的方法主要通過試驗預選，并應在既有經驗或規律的基礎上進行。例如，在一般情況下，不飽和聚酯多選用含CH2=CMeCOO、Vi及CH2-CHOCH2O－的硅烷偶聯劑；環氧樹脂多選用含CH2－CHCH2O及H2N－硅烷偶聯劑；酚醛樹脂多選用含H2N－及H2NCONH－硅烷偶聯劑；聚烯烴多選用乙烯基硅烷；使用硫黃硫化的橡膠則多選用烴基硅烷等。由于異種材料間的黏接可度受到一系列因素的影響，諸如潤濕、表面能、界面層及極性吸附、酸堿的作用、互穿網絡及共價鍵反應等。因而，光靠試驗預選有時還不夠精確，還需綜合考慮材料的組成及其對硅烷偶聯劑反應的敏感度等。為了提高水解穩定性及降低改性成本，硅烷偶聯劑中可摻入三烴基硅烷使用；對于難黏材料，還可將硅烷偶聯劑交聯的聚合物共用。

　　硅烷偶聯劑用作增黏劑時，主要是通過與聚合物生成化學鍵、氫鍵；潤濕及表面能效應；改善聚合物結晶性、酸堿反應以及互穿聚合物網絡的生成等而實現的。增黏主要圍繞3種體系：即（1）無機材料對有機材料；（2）無機材料對無機材料；（3）有機材料對有機材料。對于第一種黏接，通常要求將無機材料黏接到聚合物上，故需優先考慮硅烷偶聯劑中Y與聚合物所含官能團的反應活性；后兩種屬于同類型材料間的黏接，故硅烷偶聯劑自身的反親水型聚合物以及無機材料要求增黏時所選用的硅烷偶聯劑。

　　二、使用方法

　　如同前述，硅烷偶聯劑的主要應用領域之一是處理有機聚合物使用的無機填料。后者經硅烷偶聯劑處理，即可將其親水性表面轉變成親有機表面，既可避免體系中粒子集結及聚合物急劇稠化，還可提高有機聚合物對補強填料的潤濕性，通過碳官能硅烷還可使補強填料與聚合物實現牢固鍵合。但是，硅烷偶聯劑的使用效果，還與硅烷偶聯劑的種類及用量、基材的特征、樹脂或聚合物的性質以及應用的場合、方法及條件等有關。本節側重介紹硅烷偶聯劑的兩種使用方法，即表面處理法及整體摻混法。前法是用硅烷偶聯劑稀溶液處理基體表面；后法是將硅烷偶聯劑原液或溶液，直接加入由聚合物及填料配成的混合物中，因而特別適用于需要攪拌混合的物料體系。

　　1、硅烷偶聯劑用量計算

　　被處理物（基體）單位比表面積所占的反應活性點數目以及硅烷偶聯劑覆蓋表面的厚度是決定基體表面硅基化所需偶聯劑用量的關鍵因素。為獲得單分子層覆蓋，需先測定基體的Si－OH含量。已知，廣州鈦酸酯偶聯劑多數硅質基體的Si－OH含是來4-12個/μ㎡，因而均勻分布時，1mol硅烷偶聯劑可覆蓋約7500m2的基體。具有多個可水解基團的硅烷偶聯劑，由于自身縮合反應，多少要影響計算的準確性。若使用Y3SiX處理基體，則可得到與計算值一致的單分子層覆蓋。但因Y3SiX價昂，且覆蓋耐水解性差，故無實用價值。此外，基體表面的Si-OH數，也隨加熱條件而變化。例如，常態下Si－OH數為5.3個/μ㎡硅質基體，經在400℃或800℃下加熱處理后，則Si－OH值可相應降為2.6個/μ㎡或＜1個/μ㎡。反之，使用濕熱鹽酸處理基體，則可得到高Si－OH含量；使用堿性洗滌劑處理基體表面，則可形成硅醇陰。

　　硅烷偶聯劑的可潤濕面積（WS），是指1g硅烷偶聯劑的溶液所能覆蓋基體的面積（㎡/g）。若將其與含硅基體的表面積值（㎡/g）關連，即可計算出單分子層覆蓋所需的硅烷偶聯劑用量。以處理填料為例，填料表面形成單分子層覆蓋所需的硅烷偶聯劑W（g）與填料的表面積S（㎡/g）及其質量成正比，而與硅烷的可潤濕面積WS（㎡/g，可由表4-29查得）成反比。據此，得到硅烷偶聯劑用量的計算公式如下：

　　2、表面處理法

　　此法系通過硅烷偶聯劑將無機物與聚合物兩界面連結在一起，以獲得最佳的潤濕值與分散性。表面處理法需將硅烷偶聯劑酸成稀溶液，以利與被處理表面進行充分接觸。所用溶劑多為水、醇或水醇混合物，并以不含氟離子的水及價廉無毒的乙醇、異丙醇為宜。除氨烴基硅烷外，由其他硅烷配制的溶液均需加入醋酸作水解催化劑，并將pH值調至3.5-5.5。長鏈烷基及苯基硅烷由于穩定性較差，不宜配成水溶液使用。氯硅烷及乙酰氧基硅烷水解過程中，將伴隨嚴重的縮合反應，鈦酸酯偶聯劑也不適于制成水溶液或水醇溶液使用。對于水溶性較差的硅烷偶聯劑，可先加入0.1%-0.2%（質量分數）的非離子型表面活性劑，而后再加水加工成水乳液使用。為了提高產品的水解穩定性的經濟效益，硅烷偶聯劑中還可摻入一定比例的非碳官能硅烷。處理難黏材料時，可使用混合硅烷偶聯劑或配合使用碳官能硅氧烷。

　　配好處理液后，可通過浸漬、噴霧或刷涂等方法處理。一般說，塊狀材料、粒狀物料及玻璃纖維等多用浸漬法處理；粉末物料多采用噴霧法處理；基體表面需要整體涂層的，則采用刷涂法處理。