硅烷偶聯劑化學及其應用

 

1、硅烷偶聯劑化學

1.1、硅烷的結構

Y-R- Si Men X3-n

Y (有機基團）

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

注：X為可水解基團，可與含羥基無機材料反應。X 基團越大，水解越慢，主鏈上的Me基團進一步減慢了水解反應。

X (可水解基團）

Cl、Me-O-、Et-O-、i-Pr-O-、MeO-CH2CH2-O-

注：Y為有機官能團，可與高分子出現化學反應或形成氫鍵等，從而與高分子形成牢靠的結合。

1.2、常用硅烷

1.3、硅烷的偶聯和交聯功效

有機(聚合物)分子之間形成化學鍵；

每一個已接枝的硅烷基團(-Si[OR]3)含有三個可交聯點；

交聯需要濕氣并放出醇；

交聯加強耐化學性和耐UV性；

如用于：交聯聚乙烯電纜，管材；水性涂料的耐水性，耐化學品，耐擦洗。

1.4、硅烷的偶聯功效

1.4.1、在有機-無機界面形成化學鍵接；

1.4.2、防止濕氣沿著界面滲透；

1.4.3、防止界面破壞；

1.4.4、將強度由填料傳遞到樹脂；

1.4.5、加強填料的分散性或降低材料的粘度。

1.5、硅烷的水解反應

一般 X= 甲氧基、乙氧基、異丙氧基等。

X = Cl 快速水解，但很少用因水解的產物 (HCl) 有腐蝕性。

影響硅烷水解和縮聚反應的原因：

1.5.1、硅烷在水中的濃度

1.5.2、硅烷水溶液的pH值

1.5.3、催化劑

1.5.4、硅烷的水溶解性

1.5.5、空間位阻和極性原因

1.6、硅烷的水解反應原理

1.6.1、特種的酸和通常的堿可催化水解反應；

1.6.2、水解反應在pH 7時最慢；

1.6.3、在pH少于4或大于7時，可促進低聚物的形成；

1.6.4、Y吸電子基團可加速水解反應如氨基硅烷；

1.6.5、與水不混溶的硅烷水基慢如；

1.6.6、硅鏈上的大基團會減慢水解反應；

1.6.7、醇類溶劑減慢水解反應；

1.6.8、硅烷三醇不穩定, 容易進一步縮聚。

1.7、硅烷水解的催化劑

任何酸或堿可催化水解反應：

1.7.1、天然酸, 如鹽酸, 硫酸和磷酸；

1.7.2、氫氧化物和醇鹽, 如苛性蘇打；

1.7.3、錫IV和錫II復合物, 如二月桂酸二丁錫；

1.7.4、鈦酸酯, 如四-異丙氧基鈦酸酯；

1.7.5、鋯鹽, 如乙氧鋯；

1.7.6、磷復合物, 如磷酸鹽和亞磷酸鹽的水解產物；

1.7.7、胺, 如三丁基胺和咪唑啉。

1.8、硅烷有機基團的重點化學反應

1.8.1、烯基硅烷偶聯劑

CH2＝CH－SiX3

CH2＝CH－(CH2)n－SiX3

a.聚合與共聚反應

b.加成反應

1.8.2、含氨基的硅烷偶聯劑

H2N－C3H6Si(OR)3

a.加成反應

b.與羧酸衍生物反應

1.8.3、含環氧的硅烷偶聯劑

a.與氨基加成反應

b.環氧基團與羧基反應

c.與羥基在強堿或雙金屬催化加成反應

1.8.4、含巰基的硅烷偶聯劑

a.與含不飽和基團的有機物加成反應

2、硅烷偶聯劑應用

2.1、硅烷偶聯劑的功能

2.1.1、是可用作基體間的彈性橋聯劑，即改善兩種區別化學性能材料之間的粘接性，達到加強制品的機械、電絕緣、抗老化及憎水等綜合性能的目的；

2.1.2、是可用作材料表面改性劑，賦予防水、防靜電、防霉、防臭、抗血凝及生理惰性等性能；

2.1.3、是用作非交聯聚合物體系的交聯固化劑，使其實現常溫常壓固化。

2.2、硅烷在涂料中的應用

2.2.1、加強附著力

a.在有機聚合物與無機氧化物之間增多附著力

b.在難附著的有機底材上加強附著力

2.2.2、交聯劑（加強耐水性）

a.可反應性聚合物

b.擁有潮氣固化反應的特點

2.3、硅烷在橡膠中的應用

硅烷偶聯劑重點用在白炭黑中，與白炭黑和橡膠起反應，重點功效是：

2.3.1、增多白炭黑與橡膠的結合力

2.3.2、增多制品的耐磨性

2.3.3、減小制品的滾動阻力

2.4、硅烷在膠黏劑中的應用

性能優點：優異的附著力、加強拉伸強度和彈性

功效原理：Y 暗示乙烯基、環氧基、氨基、等有機官能團，常與膠黏劑基體樹脂中的有機官能團出現反應﹔X暗示氯基、甲氧基、乙氧基等，這些基團易水解成硅醇而與無機材料(玻璃、硅石、金屬等)表面的氧化物或羥基反應，生成穩定的硅氧鍵。因此呢，通過運用硅烷偶聯劑“分子橋”，把兩種完全區別的材料粘結在一塊。

2.5、加強填料填充聚合物性能

2.5.1、加強填料在聚合物中的分散性

韌性哥注：經過硅烷處理的填料，能夠與聚合物基材結合更緊密，在有些填充量比很強的場合，填料加的多，容易出現刮白現象，經過硅烷處理的填料，就能避免。

2.5.2、加強機械強度(撕裂強度, 拉伸強度, 斷裂伸長率, 沖擊強度)

2.5.3、降低擠出和加工過程中產生的熱.

2.5.4、防止過早熱分解.

2.5.5、加強濕態電氣性能和濕態機械性能.

2.6、硅烷的防水性

性能優點：

a.明顯的憎水性能

b.明顯降低石膏、水泥等建材的吸水率

c.良好的呼氣透氣性

d.加強建材耐堿、鹽、酸的侵蝕能力

應用 : 瓷磚、混凝土 、石材….

硅烷 : YC-1004, YC-1005

2.7、硅烷與烯烴交聯反應

將熱塑性聚乙烯經過分子之間的化學鍵形成三維的分子結構, 阻止材料重新熔融的過程。

2.7.1、硅烷交聯反應功效：

a.加強長時間運用溫度

b.加強耐蠕變性

c.加強耐溶劑性

d.加強耐應力開裂性

2.7.2、硅烷交聯反應應用：

a.電線電纜 – 用于低壓和中壓電力電纜的絕緣

b.管材 – 水管和地板采暖管

c.熱收縮制品 – 電力電纜的片材

d.薄膜 - 耐蠕變和收縮用途

e.生產硅烷交聯熱塑性橡膠TPV

2.8、硅烷在玻璃纖維中的應用

2.9、有機硅烷對無機材料的反應性

平常硅烷偶聯劑歸類及型號：

氨基：A-1100, A-1102, A-1110, A-1170

雙氨基：A-1120, A-2120

三氨基：A-1130

異氰酸酯：A-1310

環氧：A-186, A-187

甲基丙烯酰氧基：A-174

巰基：A-1891

聚硫：A-1289, A-1589

脲基：A-1160, A-1524

乙烯基：A-171, A-151, A-172, A-2171, RC-1

硅脂：A-137, A-162, A-1230, A-1630

源自：網絡，未知第1作者，整理辛苦了，謝謝！

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