硅烷偶联剂介绍目录1硅烷偶联剂 (1)有机硅烷偶联剂的选择原则 (3)偶联剂用量 (4)硅烷偶联剂作用机理 (5)硅烷偶联剂使用方法 (6)硅烷偶联剂分类与用途 (7)硅烷偶联剂A-151 (7)硅烷偶联剂A-171 (8)硅烷偶联剂A-172 (9)硅烷偶联剂KH-540 (9)硅烷偶联剂KH-550 (10)硅烷偶联剂KH-551 (10)硅烷偶联剂KH-560 (11)硅烷偶联剂KH-570 (12)硅烷偶联剂KH-580 (13)硅烷偶联剂KH-602 (13)硅烷偶联剂KH-791 (14)硅烷偶联剂KH-792 (15)硅烷偶联剂KH-901 (16)硅烷偶联剂KH-902 (16)硅烷偶联剂nd-22 (17)硅烷偶联剂ND-42(南大42) (17)硅烷偶联剂ND-43 (17)硅烷偶联剂SI-69 (18)苯基三甲氧基硅烷 (18)苯基三乙氧基硅烷 (19)甲基三乙氧基硅烷 (20)钛酸酯偶联剂 (20)钛酸酯偶联剂101(钛酸酯TTS) (20)钛酸酯偶联剂102 (21)钛酸酯偶联剂105 (21)有机硅烷偶联剂的选择原则有机硅烷偶联剂的选择一般凭借对有机硅烷偶联剂侧试数据进行经脸总结,准确.地预测有机硅烷偶联剂是非常困难的。
使用有机硅烷偶联剂后增大的键强度是一系列复杂因素的综合,如浸润、表面能、边界层的吸附、极性吸附,酸碱相互作用等.预选有机硅烷偶联剂可遵循以下规津:不饱和聚醋可选用乙烯纂、环氧基及甲基丙烯陈氧基型有机硅烷偶联剂;环氧树脂宜选用环氧基或氨基型有机硅烷偶联剂;酚醛树脂宜选用氨基或服基型有机硅烷偶联剂;烯烃聚合物宜选用乙烯基型右机硅烷偶联剂;硫磺硫化的橡胶宜选用疏基型有机硅烷偶联剂等,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应活性则取于碳官能团C-Y。
因此,对于不同基材或处理对象,选择适用的硅烷偶联剂至关重要。
选择的方法主要通过试验,预选并应在既有经验或规律的基础上进行。
例如,在一般情况下,不饱和聚酯多选用含CH2=CMeCOOVi及CH2-CHOCH2O的硅烷偶联剂:环氧树脂多选用含CH2CHCH2O及H2N硅烷偶联剂:酚醛树脂多选用含H2N及H2NCONH硅烷偶联剂:聚烯烃多选用乙烯基硅烷: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强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应等。
因而,光靠试验预选有时还不够精确,还需综合考虑材料的组成及其对硅烷偶联剂反应的敏感度等。
为了提高水解稳定性及降低改性成本,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,主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、酸碱反应以及互穿聚合物网络的生成等而实现的。
增黏主要围绕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。
对于第一种黏接,通常要求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要求增黏时所选用的硅烷偶联剂。
硅烷偶联剂牌号偶联剂应用领域偶联剂作用KH-540 KH-550胶黏剂行业●提高粘接力及粘接寿命●在潮湿和干燥的条件下仍具有良好的粘结效果●更佳的耐溶剂性、提高储存寿命KH-560 KH-570 KH-792 Si-602 Si-563KH-540 KH-550涂料行业●有机聚合物和无机表面之间的附着力促进剂●粘合体系的交联剂和固化剂,共聚单体●填料和颜料的分散剂●在抗刮和抗腐蚀涂料中充当粘结组分及涂层KH-560 KH-570 KH-792 Si-602 Si-563 A-151A-171 A-172 KH-540 KH-550玻纤行业●无机材料与高分子基材之间的粘合促进剂●提高复合材料的机械性能和电性能●改善玻纤的集束性、保护性和加工性能KH-560 KH-570 KH-792 Si-602 Si-563 A-151 A-171 A-172 KH-540 KH-550橡胶●橡胶与填料之间的粘合促进●特种橡胶的耐磨剂●橡胶加工的改性剂KH-560 KH-570 KH-792 Si-602 A-151 A-171 A-172 KH-590KH-570 A-151电缆行业●提高聚乙烯的热稳定性,及高温时的强度●氢氧化铝/氢氧化镁填充的橡胶中,具有和好的湿电气性能●优异的耐化学稳定性,显著提高产品的电性能A-171 A-172KH-540 KH-550铸造行业●酚醛树脂和呋喃树脂是铸造工业重要的合成树脂粘合剂,硅烷偶联剂可以对这些树脂进行改性以获得高强度的树脂材料●提高铸造型树脂的机械强度和加工性能Si-602KH-540 Si-602纺织行业●改善纺织产品的手感柔软性改进剂●提高染料与织物的粘结力、耐久力●提高织物防水、防油、防污的能力Si-780 KH-590KH-540 KH-792塑料行业●高分子聚合物与填料之间的附着力促进剂●硅烷交联聚乙烯的交联剂●填料的润湿分散剂和偶联剂●塑料的物理、化学性能提高剂●加工改性剂Si-602 A-151 A-172KH-540 KH-550填料行业●改善树脂和填料的相容性●改善填料的分散性●控制体系的流变性●改善机械强度和电气性能●减小膨胀性和水蒸汽的穿透率●使填料与树脂之间形成高补强性能KH-560 KH-570 A-151 A-171 A-172 Si-563 KH-590KH-590 表面处理行业(磷化处理)●提高漆膜抗腐蚀、抗摩擦、抗冲击的能力●避免磷化处理出现的环境污染●具有比磷化处理更优越的漆膜附着力偶联剂用量有机硅烷偶联剂的用量有机硅烷偶联剂的用量与有机硅烷偶联剂的种类和填料比表面积有关,有机硅烷偶联剂的用量可以通过下式来计算G=(M×A)/B式中:G---有机硅烷偶联剂的用量(g)附一填料用量(g)A一填料比表面积(m':'g)B- 1机硅偶联剂最小包覆面积(mz/g)有机硅烷偶联剂最小包徽面积是从溶液中沉淀出Ig有机硅烷偶联剂所复盖的墓材即填料,不同的有机硅烷偶联剂其最小包覆面积不同,详见表1.如果有机硅烷偶联剂的最小包税面积和填料的比表面积不清楚,就先以l%重量的填料量的有机值烷偶联剂处理基材即填料,然后再改变浓度,以实验方法求取适合的用量.有机砖烷偶联剂的用量一般为处理基材即填料重量的0.1 -2%.7.1有机硅烷偶联剂的使用方法有机硅烷偶联剂的使用方法有如下三种:(1)表面打底法:用含有机硅烷偶联剂的溶液涂复无机填料表面,如玻璃、塑料或金属表面打底都属于此类。
(2)把有机硅烷偶联剂棍人液体聚合物及缤料中,即所谓整体掺和法。
(3)棍合法,即上述两种方法的综合.即所谓整理法。
它是用含有机硅烷偶联剂及往往功种以上不同助剂的专门水溶液来进行表面处理。
这种整理可以在玻璃纤维制造后直接进行预处理.7.2有机硅烷偶联剂的应用用有机硅烷偶联剂处理无机填料使之改性,具体操作如下:取无机填料重量的0.5.1.0%的有机硅烷偶联剂,用2-5倍盘的醇水溶液(水r醇=1/9)棍合分散把要处理的给定量的无机填料加人混合机开动搅拌,在室a下数分钟内将配制好的有机硅烷偶联剂醇水溶液加人棍合机内.继续搅拌5 -10mm,使之充分混合。
将混合机的温度按一定速率升至100 -150℃.再棍合搅拌30 ---60mh 1 .然后降至室沮供选用.硅烷偶联剂作用机理硅烷偶联剂的作用和效果以被人们认识和肯定,但界面上极少量的偶联剂为什么会对复合材料的性能产生如此显著的影响,现在还没有一套完整的偶联机理来解释。
偶联剂在两种不同性质材料之间界面上的作用机理已有不少研究,并提出了化学键合和物理吸着等解释。
其中化学键合理论是最古老却又是迄今为止被认为是比较成功的一种理论。
1. 化学结合理论该理论认为偶联剂含有一种化学官能团,能与玻璃纤维表面的硅醇基团或其他无机填料表面的分子作用形成共价键;此外,偶联剂还含有一种别的不同的官能团与聚合分子键合,以获得良好的界面结合,偶联剂就起着在无机相与有机相之间相互连接的桥梁似的作用。
下面以硅烷偶联剂为例说明化学键理论。
例如氨丙基三乙氧基硅烷,当用它首先处理无机填料时(如玻璃纤维等),硅烷首先水解变成硅醇,接着硅醇基与无机填料表面发生脱水反应,进行化学键连接,反应式如下:硅烷中的基团水解——水解后羟基与无机填料反应——经偶联剂处理的无机料填进行填充制备复合材料时,偶联剂中的Y基团将与有机高聚物相互作用,最终搭起无机填料与有机物之间的桥梁。
硅烷偶联剂的品种很多,通式中Y基团的不同,偶联剂所适合的聚合物种类也不同,这是因为基团Y对聚合物的反应有选择性,例如含有乙烯基和甲基丙烯酰氧基的硅烷偶联剂,对不饱和聚酯树脂和丙烯酸树脂特别有效。
其原因是偶联剂中的不饱和双键和树脂中的不饱和双键在引发剂和促进剂的作用下发生了化学反应的结果。
但含有这两种基团的偶联剂用于环氧树脂和酚醛树脂时则效果不明显,因为偶联剂中的双键不参与环氧树脂和酚醛树脂的固化反应。
但环氧基团的硅烷偶联剂则对环氧树脂特别有效,又因环氧基可与不饱和聚酯中的羟基反应,所以含环氧基硅烷对不饱和聚酯也适用;而含胺基的硅烷偶联剂则对环氧、酚醛、三聚氰胺、聚氨酯等树脂有效。
含-SH的硅烷偶联剂则是橡胶工业应用广泛的品种。
通过以上两反应,硅烷偶联剂通过化学键结合改善了复合材料中高聚物和无机填料之间的粘接性,使其性能大大改善,那么偶联剂的处理效果如何?可通过理论粘结力的推算进行表征。
根据界面化学的粘接理论,胶粘剂与被粘物之间单位面积的次价键粘接力主要考虑色散力。
2、浸润效应和表面能理论1963年,ZISMAN在回顾与粘合有关的表面化学和表面能的已知方面的内容时,曾得出结论,在复合材料的制造中,液态树脂对被粘物的良好浸润是头等重要的,如果能获的完全的浸润,那么树脂对高能表面的物理吸附将提供高于有机树脂的内聚强度的粘接强度。
3、可变形层理论为了缓和复合材料冷却时由于树脂和填料之间热收缩率的不同而产生的界面应力,就希望与处理过的无机物邻接的树脂界面是一个柔曲性的可变形相,这样复合材料的韧性最大。
偶联剂处理过的无机物表面可能会择优吸收树脂中的某一配合剂,相间区域的不均衡固化,可能导致一个比偶联剂在聚合物与填料之间的多分子层厚得多的挠性树脂层。
这一层就被称之为可变形层,该层能松弛界面应力,阻止界面裂缝的扩展,因而改善了界面的结合强度,提高了复合材料的机械性能。
4、约束层理论与可变形层理论相对,约束层理论认为在无机填料区域内的树脂应具有某种介于无机填料和基质树脂之间的模量,而偶联剂的功能就在于将聚合物结构“紧束”在相间区域内。