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一篇文章带你读懂偶联剂(一)
来源:艾邦高分子    更新时间:2016-04-19 10:51:46    浏览次数:
 
       偶联剂:是一类具有两性结构的物质,它们分子中的一部分基团可与无机表面的化学基团反应,形成化学键合;另一部分基团则有亲有机物的性质,可与有机分子发生化学反应或产生较强的分子间作用,从而将两种性质截然不同的材料牢固地结合起来,改善无机填料在聚合物基体中的分散状态,提高填充聚合物材料的力学性能和使用性能。
一、偶联剂的分类
       其化学结构可分:硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、锆酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、双金属偶联剂( 铝-锆酸酯、铝钛复合偶联剂)、稀土偶联剂、含磷偶联剂、含硼偶联剂等。(橡胶工业中最常用的是硅烷、钛酸酯和铝酸酯偶联剂)
       化学结构式:RnSiX4-n;
       R:为非水解的、可与高分子聚合物结合的有机官能团。可为:甲基、乙烯基、氨基、环氧基、巯基、丙烯酰氧丙基等;
       X:为可水解基团,遇水溶液、空气中的水分或无机物表面吸附的水分均可引起水解,与无机物表面有较好的反应性。可为:烷氧基、芳氧基、酰基、氯基等。其中,最常用的为甲氧基和乙氧基。
       注:无机端水解后与无机物界面反应,有机端则与有机界面进行作用,因而改进了复合材料组分间的作用
、作用机理
      (1)X基水解为羟基;
      (2)羟基与无机物表面存在的羟基生成氢键或脱水成醚键;
      (3)R基与有机物相结合。

 
、水解条件(三烷氧基硅烷与水的作用是偶联作用的基础,大部分硅烷经水解后为水溶性的)
       1)溶液的pH值对其稳定有很大影响
       2)常用的酸有盐酸、醋酸、月桂酸等。但在调节酸碱性促进水解的同时,也促进了硅醇之间的相互缩合,形成没有活性的聚合物
       3)酸碱性对硅烷上的有机官能团也有影响
四、使用方法
        1)预处理法:(干式法、湿式法、喷布法)干式法:将无机填料加入高速捏合机中进行搅拌,边搅拌边将硅烷偶联剂的醇水溶液,或有机溶液,或水溶液加入,使之均一分散后,干燥即可。
硅烷偶联剂用量
       注:若无机填料比表面积不明时,可确定为填料量的1%左右;针对密度较小的填料时,用溶剂稀释使用效果更好。(真正起偶联作用的是少量的偶联剂所形成的单分子层。)
2)整体掺合法(同时法)
       在有机基体与无机填料混合的过程中,同时加入硅烷偶联剂原液,然后进行成型加工或经高剪切混合挤出、切粒制成母料。
       特点:填料不必预处理,硅烷偶联剂的浓度也可任意调整,并且可以一步完成复合材料制品的配料。但要得到与预处理法相同的处理效果,必须使用三倍于预处理法的硅烷偶联剂。

五、
应用
       硅烷偶联剂可用于许多无机填料,其中在含硅酸成分多的玻璃纤维、石英粉及白碳黑中效果最好,在陶土和水合氧化铝中次之,对不含游离水的碳酸钙效果欠佳,硅烷偶联剂的有机基对聚合物的反应有选择性。
六、常见硅烷偶联剂
1.KH550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷 )
       溶解性:可溶于有机溶剂,但丙酮、四氯化碳不适宜作释剂;可溶于水。在水中水解,呈碱性。
主要应用于矿物填充的酚醛、聚酯、环氧、聚酰胺、碳酸酯等热塑性和热固体树脂,能大幅度提高增强塑料的干湿态抗弯强度、抗压强度、剪切强度等物理力学性能和湿态电气性能,并改善填料在聚合物中的润湿性和分散性。
2.A-151(乙烯基三乙氧基硅烷 )
       溶解性:可溶于有机溶剂,但丙酮、四氯化碳不适宜作释剂;可溶于水。在水中水解,呈碱性。
       主要用于聚乙烯交联;不饱和聚酯、聚乙烯、聚丙烯树脂等玻璃纤维增强塑料的玻纤表面处理;合成特种涂料;粘接剂;电子元器件的表面防潮处理;无机含硅填料的表面处理等;也用于复合玻璃中间层的表面处理。

未完待续,敬请期待。


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