偶联剂作用

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1、偶联剂作用百科名片偶联剂是一种具有特殊结构的有机硅化合物。在它的分子中，同时具有能与无机材料(如玻璃、水泥、金属等)结合的反应性基团和与有机材料(如合成树脂等)结合的反应性基团。常用的理论有化学键理论、表面浸润理论、变形层理论、拘束层理论等。偶联剂作表面改性剂，用于无机填料填充塑料时，可以改善其分散性和黏合性。　　一、偶联剂作用与机理：　　B．Arkles根据偶联剂的偶联过程提出了4步反应模型，即：①与硅原子相连的SiX基水解，生成SiOH；②si—OH之间脱水缩合，生成含si—OH的低聚硅氧烷；③低聚硅氧烷中的SiOH与基材表面的OH形成氢键；④加热固化过程中，伴随脱水反

2、应而与基材形成共价键连接。一般认为，界面上硅烷偶联剂水解生成的3个硅羟基中只有1个与基材表面键合；剩下的2个si—OH，或与其他硅烷中的si—OH缩合，或呈游离状态。因此，通过硅烷偶联剂可使2种性能差异很大的材料界面偶联起来，从而提高复合材料的性能和增加黏结强度，并获得性能优异、可靠的新型复合材料。硅烷偶联剂广泛用于橡胶、塑料、胶黏剂、密封剂、涂料、玻璃、陶瓷、金属防腐等领域。现在，硅烷偶联剂已成为材料工业中必不可少的助剂之一。　　二、偶联剂的起源：　　1945年前后由美国联碳(UC)和道康宁(DowCorning)等公司开发了一系列具有典型结构的硅烷偶联剂；1955年又由

3、UC公司首次提出了含氨基的硅烷偶联剂；从1959年开始陆续出现了一系列改性氨基硅烷偶联剂；20世纪6O年代初期出现了含过氧基的硅烷偶联剂，60年代末期出现了具有重氮和叠氮结构的硅烷偶联剂。近几十年来，随着玻璃纤维增强塑料的发展，促进了各种偶联剂的研究与开发。改性氨基硅烷偶联剂、过氧基硅烷偶联剂和叠氮基硅烷偶联剂的合成与应用就是这一时期的主要成果。我国于2O世纪6O年代中期开始研制硅烷偶联剂。首先由中国科学院化学研究所开始研制官能团硅烷偶联剂，南京大学也同时开始研制官能团硅烷偶联剂。本文仅对硅烷偶联剂在复合材料中的应用进行阐述。　　三、偶联剂在复合材料中的作用　　(1)偶联改

4、性是在粒子表面发生化学偶联反应，粒子表面经偶联剂处理后可以与有机物产生很好的相容性。施卫贤等用硅烷偶联剂KH-570对磁性Fe3O4进行表面改性，并进一步对磁性复合粒子进行了分析和表征。用硅烷偶联剂KH-550处理Fe3O4磁性微粒；用扫描电镜检测改性微粒的表面特征。结果表明：Fe3O4和改性Fe3O4微粒均呈不规则形状，但改性Fe3O4微粒的分散性明显好于未改性Fe3O4微粒，这是由于微粒表面的偶联剂阻止了Fe3O4微粒间的团聚。Fe3O4和改性Fe3O4的粒度测试结果表明：改性Fe3O4有较大的比表面积、较小的粒径。　　硅烷偶联剂作为表面改性剂在金属防腐预处理上的应用是

5、它的最新应用。要获得与金属基体结合良好的防腐涂层，必须选择合适的涂覆系统、制定合理的涂覆工艺、进行严格的表面预处理。目前进行表面预处理的方法有2种：①采用等离子体聚合方法在金属表面上沉积一层有机物薄膜，但该法成本高，使其推广应用受到限制；②采用有机硅烷偶联剂水溶液处理，在金属表面上沉积一层很薄的有机硅烷薄膜。由于硅烷偶联剂在水解后能形成三羟基的硅醇，醇羟基之间可以互相反应生成一层交联的致密网状疏水膜，由于这种膜表面有能够和树脂起反应的有机官能基团，因此会大大提高漆膜的附着力，抗腐蚀、抗摩擦、抗冲击的能力也随之提高。　　(2)在塑料研究和生产过程中，通常使用大量廉价的无机填料

6、(或增强剂)。这不仅能增加塑料的质量，降低产品的成本，而且还能改善塑料制品的某些性能。然而，由于无机填料与有机聚合物在化学结构和物理形态上存在着显著的差异，两者缺乏亲和性，往往会使塑料制品的力学性能和成型加工性能受到影响。通过偶联剂与无机填料进行化学反应或物理包覆等方法，使填料表面由亲水性变成亲油性，从而达到与聚合物的紧密结合，使材料的强度、黏结力、电性能、疏水性、抗老化性能等显著提高。　　有人曾用各种硅烷偶联剂对玻璃纤维表面进行处理，结果表明：含有氨基的偶联剂比不含氨基的偶联剂对玻璃纤维的表面处理效果好，因为偶联剂的氨基与添加剂以及基体中的氨基有亲和性，再加上起交联作用的

7、助剂，使得复合材料的界面具有较好的粘合性，而没有氨基就没有这一功能；氨基还能与接枝的酸酐官能团反应，生成跨越界面的化学键，使界面的粘接强度提高，复合材料的整体性能提高。　　偶联剂具有2种不同性质的基团，亲无机物基团可与无机物表面(如玻璃、粉煤灰等含硅材料)的化学基团反应，形成强固的化学键合；亲有机物基团可与有机物分子反应或物理缠绕，从而使有机与无机材料的界面实现化学键接，大幅度提高粘接强度。但偶联剂是否可“偶联”2种无机材料呢?马一平首先做了有益的尝试，用硅烷偶联剂KH-570涂刷大理石，再抹水泥净浆，并进行宏观力