硅烷偶联剂的使用方法.doc

一、选用硅烷偶联剂的一般原则　已知，硅烷偶联剂的水解速度取于硅能团Si－X，而与有机聚合物的反映活性则取于碳官能团C－Y因此，对于不同基材或解决对象，选择合用的硅烷偶联剂至关重要选择的措施重要通过实验预选，并应在既有经验或规律的基本上进行例如，在一般状况下，不饱和聚酯多选用含ＣH2=ＣMeCOO、Vi及CH2-CHOCH2O－的硅烷偶联剂;环氧树脂多选用含CＨ２－CHCH２O及H2Ｎ-硅烷偶联剂；酚醛树脂多选用含Ｈ2N－及H2NCOＮH-硅烷偶联剂;聚烯烃选用乙烯基硅烷;使用硫黄硫化的橡胶则多选用烃基硅烷等由于异种材料间的黏接可度受到一系列因素的影响,诸如润湿、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映等因而，光靠实验预选有时还不够精确,还需综合考虑材料的构成及其对硅烷偶联剂反映的敏感度等为了提高水解稳定性及减少改性成本,硅烷偶联剂中可掺入三烃基硅烷使用；对于难黏材料,还可将硅烷偶联剂交联的聚合物共用硅烷偶联剂用作增黏剂时，重要是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、酸碱反映以及互穿聚合物网络的生成等而实现的增黏重要环绕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。

对于第一种黏接,一般规定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映活性;后两种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以及无机材料规定增黏时所选用的硅烷偶联剂二、使用措施 犹如前述,硅烷偶联剂的重要应用领域之一是解决有机聚合物使用的无机填料后者经硅烷偶联剂解决,即可将其亲水性表面转变成亲有机表面，既可避免体系中粒子集结及聚合物急剧稠化，还可提高有机聚合物对补强填料的润湿性，通过碳官能硅烷还可使补强填料与聚合物实现牢固键合但是，硅烷偶联剂的使用效果，还与硅烷偶联剂的种类及用量、基材的特性、树脂或聚合物的性质以及应用的场合、措施及条件等有关本节侧重简介硅烷偶联剂的两种使用措施,即表面解决法及整体掺混法前法是用硅烷偶联剂稀溶液解决基体表面；后法是将硅烷偶联剂原液或溶液，直接加入由聚合物及填料配成的混合物中，因而特别合用于需要搅拌混合的物料体系 1、 硅烷偶联剂用量计算 被解决物(基体）单位比表面积所占的反映活性点数目以及硅烷偶联剂覆盖表面的厚度是决定基体表面硅基化所需偶联剂用量的核心因素为获得单分子层覆盖,需先测定基体的Si－ＯH含量已知,多数硅质基体的Si-ＯＨ含是来４-1２个/μ㎡,因而均匀分布时,１moｌ硅烷偶联剂可覆盖约7500ｍ2的基体。

具有多种可水解基团的硅烷偶联剂,由于自身缩合反映,多少要影响计算的精确性若使用Y３SｉX解决基体,则可得到与计算值一致的单分子层覆盖但因Y3SｉX价昂，且覆盖耐水解性差，故无实用价值此外,基体表面的Si-OH数,也随加热条件而变化例如,常态下Sｉ-ＯH数为5.３个／μ㎡硅质基体，经在4０0℃或800℃下加热解决后,则Sｉ－ＯＨ值可相应降为2．６个/μ㎡或＜1个/μ㎡反之，使用湿热盐酸解决基体，则可得到高Si-OH含量;使用碱性洗涤剂解决基体表面，则可形成硅醇阴离子硅烷偶联剂的可润湿面积(WS),是指1g硅烷偶联剂的溶液所能覆盖基体的面积(㎡/ｇ）若将其与含硅基体的表面积值(㎡/g)关连,即可计算出单分子层覆盖所需的硅烷偶联剂用量以解决填料为例，填料表面形成单分子层覆盖所需的硅烷偶联剂W(g）与填料的表面积S(㎡/g)及其质量成正比,而与硅烷的可润湿面积WS（㎡／g,可由表１查得)成反比据此,得到硅烷偶联剂用量的计算公式如下：硅烷用量（g)= 某些常用填料的表面（S)值示于表1　表1 常用填料的比表面积（S） 填料E－玻璃纤维石英粉高岭土黏土滑石粉硅藻土硅酸钙气相法白炭黑S/㎡.ｇ-1 ０.１-0.２１-27771.0-３.５2．6150-２50 此外,使用硅烷偶联剂解决填料时，还需测定填料含水量与否能满足硅烷偶联剂水解　反映的需要。

表2列出某些硅烷偶联剂水解反映所需的最低水量 表2　硅烷水解反映所需的最低水量　硅烷偶联剂水解１g硅烷需水量/gＣIC3H6Ｓi(OMe)３０．27ＣH2-CHＯCＨ2OC３H6Sｉ(OMe)30．2３VｉSi(OＥｔ)３0．28ViSｉ（OＣ2H４ＯMe)3０.19ＨSＣ3H6Sｉ（OMe)30.28ＣH２=CMeCOＯＣ3Ｈ６Si（OMｅ)30.22H2NＣ３H６Si(OＥｔ）３0．25　倘若不掌握填料的比表面积，则可先用1%（质量分数）浓度的硅烷偶联剂溶液解决填料，同步变化浓度进行对比,以拟定合用的浓度 ２、 表面解决法 此法系通过硅烷偶联剂将无机物与聚合物两界面连结在一起，以获得最佳的润湿值与分散性表面解决法需将硅烷偶联剂酸成稀溶液,以利与被解决表面进行充足接触所用溶剂多为水、醇或水醇混合物，并以不含氟离子的水及价廉无毒的乙醇、异丙醇为宜除氨烃基硅烷外，由其她硅烷配制的溶液均需加入醋酸作水解催化剂,并将pＨ值调至3.5－５.5长链烷基及苯基硅烷由于稳定性较差,不适宜配成水溶液使用氯硅烷及乙酰氧硅烷水解过程中，将随着严重的缩合反映,也不适于制成水溶液或水醇溶液使用对于水溶性较差的硅烷偶联剂，可先加入0.１％－0.２%（质量分数）的非离子型表面活性剂，而后再加水加工成水乳液使用。

为了提高产品的水解稳定性的经济效益，硅烷偶联剂中还可掺入一定比例的非碳官能硅烷解决难黏材料时，可使用混合硅烷偶联剂或配合使用碳官能硅氧烷配好解决液后,可通过浸渍、喷雾或刷涂等措施解决一般说，块状材料、粒状物料及玻璃纤维等多用浸渍法解决;粉末物料多采用喷雾法解决;基体表面需要整体涂层的，则采用刷涂法解决下面简介几种具体的解决措施 （一） 使用硅烷偶联剂醇-水溶液解决法　 　此法工艺简便，一方面由９5%的EtOH及5%的Ｈ２Ｏ配成醇－水溶液,加入AcOＨ使pH为4.5-5.5搅拌下加入硅尝偶联剂使浓度达2%,水解5min后，即生成含Ｓｉ－ＯH的水解物当用其解决玻璃板时，可在稍许搅动下浸入1－２min，取出并浸入ＥtOH中漂洗2次,晾干后,移入110℃的烘箱中烘干5-10min，或在室温及相对湿度<60%条件下干燥2４h，即可得产物如果使用氨烃基硅烷偶联剂，则不必加ＨＯＡｃ但醇－水溶液解决法不合用于氯硅烷型偶联剂,后者将在醇水溶液中发生聚合反映当使用2％浓度的三官能度硅烷偶联剂溶液解决时,得到的多为3-８分子厚的涂层 (二) 使用硅烷偶联剂水溶液解决　 工业上解决玻璃纤维大多采用此法具体工艺是先将烷氧基硅烷偶联剂溶于水中，将其配成０.５％－2．0%的溶液。

对于溶解性较差的硅烷，可事先在水中加入0.１%非离子型表面活性剂配制成水乳液，再加入AcOＨ将pH调至5．5然后，采用喷雾或浸渍法解决玻璃纤维取出后在110-1２0℃下固化20－30miｎ，即得产品由于硅烷偶联剂水溶液的稳定性相差很大，如简朴的烷基烷氧基硅烷水溶液仅能稳定数小时,而氨烃硅烷水溶液可稳定几周由于长链烷基及芳基硅烷水溶液仅能稳定数小时,而氨烃硅水溶液可稳定几周由于长链烷基及世基硅烷的溶解度参数低，故不能使用此法配制硅烷水溶液时，无需使用去离子水，但不能使用含所氟离子的水 (三） 使用硅烷偶联剂-有机溶剂配成的溶液解决 　　使有硅烷偶联剂溶液解决基体时,一般多选用喷雾法解决前,需掌握硅烷用量及填料的含水量将偶联剂先配制成25%的醇溶液，而后将填料置入高速混合器内，在搅拌下泵入呈细雾状的硅烷偶联剂溶液，硅烷偶联剂的用量约为填料质量的０.2％－1.５%，解决２0min即可结束,随后用动态干燥法干燥之除醇外,还可使用酮、酯及烃类作溶剂,并配制成1%-５%（质量分数)的浓度为使硅烷偶联剂进行水解或部分水解,溶剂中还需加入少量水，甚至还可加入少量ＨOAｃ作水解催化剂，而后将待解决物料在搅拌下加入溶液中处瑼,再通过滤，及在８０－120℃下干燥固化数分钟,即可得产品。

采用喷雾法解决粉末填料,还可使用硅烷偶联剂原液或其水解物溶液当解决金属、玻璃及陶瓷时,宜使0.5％-２.０%(质量分数)浓度的硅烷偶联剂醇溶液，并采用浸渍、喷雾及刷涂等措施解决,根据基材的处形及性能，既可随后干燥固化,也可在8０－１80℃下保持1-5min达到干燥固化 (四） 使用硅烷偶联剂水解物解决 　　即先将硅烷通过控制水解制成水解物而用作表面解决剂此法可获得比纯硅烷溶液更佳的解决效果它无需进一步水解,即可干燥固化 3、 整体掺混法 整体掺混法是在填料加入前,将硅烷偶联剂原液混入树脂或聚合物内因而，规定树脂或聚合物不得过早与硅烷偶联剂反映，以免减少其增黏效果此外，物料固化前,硅烷偶联剂必须从聚合物迁移到填料表面,随后完毕水解缩合反映为此,可加入金属羧酸酯作催化剂，以加速水解缩合反映此法对于宜使用硅烷偶剂表面解决的填料,或在成型前树脂及填料需经混匀搅拌解决的体系,尤为以便有效，还可克服填料表面解决法的某些缺陷有人使用多种树脂对比了掺混法及表面解决法的优缺陷觉得：在大多数状况下，掺混法效果亚于表面解决法掺混法的作用过程是硅烷偶剂从树脂迁移到纤维或填料表面,并过而与填料表面作用因此,硅烷偶联掺入树脂后,须放置一段时间，以完毕迁移过程,而后再进行固化，方能获得较佳的效果。

还从理论上推测，硅烷偶联剂分子迁移到填料表面的理,仅相称于填料表面生成单分子层的量,故硅烷偶联剂用量仅需树脂质量的0.５%-１.0%还需指出,在复合材料配方中,当使用与填料表面相容性好、且摩尔质量较低的添加剂,则要特别注意投料顺序,即先加入硅烷偶联剂,而后加入添加剂,才干获得较佳的成果　硅烷偶联剂是重要的、应用日渐广泛的解决剂之一它最初作为FPR玻璃纤的解决剂而开发的其后，随着新化合物的研制，逐渐在各个领域获得应用目前，硅烷偶联剂基本上合用于所有无机材料和有机材料的表面，下面重要简介硅偶联剂及其在复合材料中应用 1硅烷偶联剂 硅烷偶联剂是如下式所示的一类有机硅化合物,其特点是分子中具有２种以上不同的反映基团 通式：Y—Ｒ—Si—X3 ﻫR:烷基或芳基； ﻫX:甲氧基、乙氧基、氯基等;　ﻫY:有机反映基(乙烯基、环氧基、氨基、巯基等）　ﻫX所示的水解性基团能与有机材料化学结合,故硅烷偶联剂在无机材料和有机材料的界面起着桥梁作用,因而被广泛用于复合材料的改性目前,国内外硅烷偶联剂品种繁多，常用的见表1所列 ２ 在复合材料中的作用机理 人们对其作用机理已进行了相称多的研究,提出了多种理论,但至今无完整统一的结识。

２．１化学键理论　该理论觉得，硅烷中X基团能与无机材料表面的羟基起反映形成化学键,Y基团能与树脂起反映形成化学键这两种化学性质差别很大的材料以化学键“偶联”起来，获得良好的联接，这也是此类化合物被称为偶联剂的因素化学键理论始终比较广泛被用来解释偶联剂的作用，特别是如何选择偶联剂有一定的实际意义2．2浸湿效应和表面效应 在复合材料的制造中，液态树脂与被粘物的良好浸润是头等重要的如果能获得完全全的浸润，那么树脂对高能表面的物理吸的粘接强度将远高于有机树脂内聚强度用合适的硅烷偶联剂解决玻璃纤维(或其他无机材料）表面,会提高其表面张力,从而促使有机树脂能在无机物表面的浸润与展开 ２．3形态理论 无机材料上的硅烷解决剂会以某种方式变化邻近有机聚合物的形态,从而改善粘接效果可变形层理论觉得,可产生一种挠性树脂层以缓和界面应力;而约束层理论觉得,硅烷可将聚合物构造“紧束”在相间区域中 2.4其他理论　界面上的的偶联剂也许起着多种别的功能，如也许产生一种润滑作用,借以。