硅烷偶联剂的选择标准

硅烷偶联剂的选择标准

偶联剂是一种具备两性构造的物质，他们分子的一部分基团能与无机表面的化学基团反应，产生化学键合；而另一个基团则有亲有机物的特性，可以与有机分子发生化学反应或形成较强的分子间作用，同时将两种性质完全不同的材料牢固地结合在一起。

选择适宜的偶联剂，可以改善无机填料在聚合物基体中的分散状态，提升填充聚合物材料的力学性能和性能指标。

一、选择硅烷偶联剂一般原则

硅烷偶联剂的水解速率取于硅能团Si-X，但与有机聚合物的反应活性则取于碳官能团C-Y。因而，针对不同基材或处理对象，选取适合的硅烷偶联剂尤为重要。

选取的办法主要是通过试验预选，并要在既有经验或规律原有基础上进行。比如，在通常情况下，不饱和聚酯多采用含CH2=CMeCOO、Vi及CH2-CHOCH2O－的硅烷偶联剂；环氧树脂多采用含CH2－CHCH2O及H2N－硅烷偶联剂；酚醛树脂多采用含H2N－及H2NCONH－硅烷偶联剂；聚烯烃选择乙烯基硅烷；采用硫黄硫化的橡胶则多选用烃基硅烷等。

因为异种材料间的黏接可度受到多方面因素影响，例如润湿、表面能、界面层及极性吸附、酸碱的作用、互穿网络及共价键反应等。因此，只靠试验预选有时候不够精确，还需要综合考虑材料的组成以及对硅烷偶联剂反应的敏感度等。

为了提升水解稳定性及降低改性成本，硅烷偶联剂中可掺加三烃基硅烷应用；针对难黏材料，还可以将硅烷偶联剂交联的聚合物共用。硅烷偶联剂作为增黏剂时，主要通过与聚合物生成化学键、氢键；润湿及表面能效应；改善聚合物结晶性、酸碱反应及其互穿聚合物网络的生成等而完成的。

增黏重点围绕3种体系，即：

（1）无机材料对有机材料；

（2）无机材料对无机材料；

（3）有机材料对有机材料。

针对第一种黏接，一般建议将无机材料黏接到聚合物上，故需优先考虑硅烷偶联剂中Y与聚合物所含官能团的反应活性；后两类是属于同类型材料间的黏接，故硅烷偶联剂自身的反亲水型聚合物及其无机材料要求增黏时所使用的硅烷偶联剂。

二、偶联剂的选择原则

1.硅烷类偶联剂主要应用于玻璃纤维及含硅填料，如石英、硅灰石等，也可作为部分金属的氧化物及氢氧化物，但不太适合CaCO3。树脂主要有热固性树脂。

2.钛酸酯类偶联剂对填料的用途广泛，如CaCO3，钛白粉等，还可以用以玻璃纤维中。树脂主要有热塑性树脂。

3.酸性填料应选择含碱性官能团的偶联剂，而碱性填料应选用含酸性官能团的偶联剂。

4.偶联剂添加量。硅烷偶联剂的使用量可以为填料的1%左右；钛酸酸类使用量通常为填料的0.25~2%。

5.一些表面活性剂会影响到钛酸酯偶联剂用发挥，如HSt等，因而他们必须要在填料、偶联剂、树脂充分混合后添加。

6.大部分钛酸酯类偶联剂易与酯类增塑剂产生酯交换反应，因而，该类偶联剂需待偶联剂添加后方可添加。钛酸酯类与硅烷类偶联剂混合添加协同效果更好。

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