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硅烷偶联剂化学及其应用

发布时间：

2016-02-19 08:55

一、硅烷偶联剂化学

1、硅烷的结构

Y-R- Si Men X3-n

Y（有机基团）

（1）环氧epoxide；（2）甲基丙稀酰氧基methacrylate；（3）巯基mercaptan（SH）；（4）氨基amine；（5）烷基alkyl；（6）异氰酸酯基isocyanate；（7）乙烯基vinyl。

注：X为可水解基团，可与含羟基无机材料反应。X基团越大，水解越慢，主链上的Me基团进一步减慢了水解反应。

X（可水解基团）

Cl、Me-O-、Et-O-、i-Pr-O-、MeO-CH2CH2-O-

注：Y为有机官能团，可与高分子发生化学反应或形成氢键等，从而与高分子形成牢固的结合。

2、常用硅烷

3、硅烷的偶联和交联作用

二、有机（聚合物）分子之间形成化学键

每个已接枝的硅烷基团（-Si[OR]3）含有三个可交联点；

交联需要湿气并放出醇；

交联提高耐化学性和耐UV性。

如用于：交联聚乙烯电缆，管材；水性涂料的耐水性，耐化学品，耐擦洗。

1、硅烷的偶联作用

（1）在有机-无机界面形成化学键接；

（2）防止湿气沿着界面渗透；

（3）防止界面破坏；

（4）将强度由填料传递到树脂；

（5）提高填料的分散性或降低材料的粘度。

2、硅烷的水解反应

所有硅烷都对湿气敏感。

通常X=甲氧基、乙氧基、异丙氧基等。

X=Cl迅速水解，但很少用因水解的产物（HCl）有腐蚀性。

三、影响硅烷水解和缩聚反应的因素

1、硅烷在水中的浓度；

2、硅烷水溶液的pH值；

3、催化剂；

4、硅烷的水溶解性；

5、空间位阻和极性因素。

四、A-187 和其三醇的水解和缩聚反应速度

1、硅烷的水解反应原理

（1）特种的酸和一般的碱可催化水解反应；

（2）水解反应在pH7时最慢；

（3）在pH小于4或大于7时，可促进低聚物的形成；

（4）Y吸电子基团可加速水解反应如氨基硅烷；

（5）与水不混溶的硅烷水基慢如；

（6）硅链上的大基团会减慢水解反应；

（7）醇类溶剂减慢水解反应；

（8）硅烷三醇不稳定，容易进一步缩聚。

2、硅烷水解的催化剂

任何酸或碱可催化水解反应：

（1）天然酸，如盐酸，硫酸和磷酸；

（2）氢氧化物和醇盐，如苛性苏打；

（3）锡IV和锡II复合物，如二月桂酸二丁锡；

（4）钛酸酯，如四-异丙氧基钛酸酯；

（5）锆盐，如乙氧锆；

（6）磷复合物，如磷酸盐和亚磷酸盐的水解产物；

（7）胺，如三丁基胺和咪唑啉。

3、硅烷有机基团的主要化学反应

（1）烯基硅烷偶联剂

CH2＝CH－SiX3

CH2＝CH－（CH2）n－SiX3

a.聚合与共聚反应

b.加成反应

（2）含氨基的硅烷偶联剂

H2N－C3H6Si（OR）3

a.加成反应

b.与羧酸衍生物反应

（3）含环氧的硅烷偶联剂

a.与氨基加成反应

b.环氧基团与羧基反应

c.与羟基在强碱或双金属催化加成反应

（4）含巯基的硅烷偶联剂

a.与含不饱和基团的有机物加成反应

五、硅烷应用

1、硅烷偶联剂的功能

（1）是可用作基体间的弹性桥联剂，即改善两种不同化学性能材料之间的粘接性，达到提高制品的机械、电绝缘、抗老化及憎水等综合性能的目的；

（2）是可用作材料表面改性剂，赋予防水、防静电、防霉、防臭、抗血凝及生理惰性等性能；

（3）是用作非交联聚合物体系的交联固化剂，使其实现常温常压固化。

2、硅烷在涂料中的应用

（1）增强附着力

a.在有机聚合物与无机氧化物之间增加附着力

b.在难附着的有机底材上增强附着力

（2）交联剂（提高耐水性）

a.可反应性聚合物

b.具有潮气固化反应的特点

3、硅烷在橡胶中的应用

硅烷偶联剂主要用在白炭黑中，与白炭黑和橡胶起反应，主要作用是：

（1）增加白炭黑与橡胶的结合力；

（2）增加产品的耐磨性；

（3）减小产品的滚动阻力。

硅胶－硅烷－橡胶偶联剂作用机理：

4、硅烷在胶黏剂中的应用

性能优点：优异的附着力、提高拉伸强度和弹性

作用原理：Y表示乙烯基、环氧基、氨基、等有机官能团，常与胶黏剂基体树脂中的有机官能团发生反应；X表示氯基、甲氧基、乙氧基等，這些基团易水解成硅醇而与无机材料（玻璃、硅石、金属等）表面的氧化物或羟基反应，生成稳定的硅氧键。因此，通過使用硅烷偶联剂“分子桥”，把兩种完全不同的材料粘结在一起。

5、提高填料填充聚合物性能

（1）提高填料在聚合物中的分散性；

（2）提高机械强度（撕裂强度，拉伸强度，断裂伸长率，冲击强度）；

（3）降低挤出和加工过程中产生的热；

（4）防止过早热分解；

（5）提高湿态电气性能和湿态机械性能。

硅烷的有机官能团和树脂相匹配令性能显著提高。

6、硅烷的防水性

性能优点：

（1）显著的憎水性能；

（2）显著降低石膏、水泥等建材的吸水率；

（3）良好的呼吸透气性；

（4）提高建材耐碱、盐、酸的侵蚀能力。

应用：瓷砖、混凝土、石材。

硅烷：YC-1004，YC-1005

7、硅烷与烯烃交联反应

将热塑性聚乙烯通过分子之间的化学键形成三维的分子结构，阻止材料重新熔融的过程。

作用：

（1）提高长期使用温度；（2）提高耐蠕变性；（3）提高耐溶剂性；（4）提高耐应力开裂性。

应用：

（1）电线电缆：用于低压和中压电力电缆的绝缘；（2）管材：水管和地板采暖管；（3）热收缩产品：电力电缆的片材；（4）薄膜：耐蠕变和收缩用途。

8、硅烷在玻璃纤维中的应用

性能优点-提高玻璃钢的力学性能

9、有机硅烷对无机材料的反应性

六、常见硅烷偶联剂分类及型号

1、氨基：A-1100，A-1102，A-1110，A-1170

2、双氨基：A-1120，A-2120

3、三氨基：A-1130

4、异氰酸酯：A-1310

5、环氧：A-186，A-187

6、甲基丙烯酰氧基：A-174

7、巯基：A-1891

8、聚硫：A-1289，A-1589

9、脲基：A-1160，A-1524

10、乙烯基：A-171，A-151，A-172，A-2171，RC-1

11、硅脂：A-137，A-162，A-1230，A-1630

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