硅烷偶聯(lián)劑應(yīng)用研究

硅烷偶聯(lián)劑在新材料中的應(yīng)用研究

硅烷偶聯(lián)劑的應(yīng)用面極廣，可以處理有機(jī)材料，也可以處理無機(jī)材料，通過硅烷偶聯(lián)劑的處理后材料的某些性能會(huì)得到顯著提高。以下介紹幾種硅烷偶聯(lián)劑的在新材料中的具體應(yīng)用研究。

在光材料中的應(yīng)用

西安交大重點(diǎn)研究了硅烷偶聯(lián)劑對(duì)太陽電池鋁漿性能的影響及分析，當(dāng)硅烷偶聯(lián)劑為2.5%時(shí)，有機(jī)載體的表面張力可從約30 mN/m 降低至25.69 mN/m，提高了鋁1粉顆粒之間以及鋁膜與硅片之間的黏附作用，從而減少劃痕和灰化，進(jìn)而可使鋁電極的接觸電阻由0.60 Ω 降低至0.19 Ω。如在丁1腈酚醛結(jié)構(gòu)膠中加入硅烷作增粘劑，可以顯著提高膠接強(qiáng)度。

有學(xué)者將目光對(duì)準(zhǔn)了玻璃的發(fā)光性能，這種玻璃是硅烷偶聯(lián)劑改性的芪3 摻雜鉛-錫-氟磷酸鹽的玻璃。將含有芪3的改性SnF2粉末摻入低熔點(diǎn)鉛錫氟磷酸鹽玻璃，獲得了芪3摻雜的有機(jī)/無機(jī)雜化玻璃，這種玻璃有更好的投射性和均勻性。

在納米級(jí)材料及復(fù)合材料中的應(yīng)用

復(fù)合材料由于其優(yōu)異的性能，越來越受到大家的青睞，但是復(fù)合材料的固有缺點(diǎn)不能消除，通過利用硅烷偶聯(lián)劑的加入可以制備性能更佳的復(fù)合材料。納米材料中加入偶聯(lián)劑后就像增強(qiáng)體一樣，可以顯著提高材料性能。

用硅酸鈉制備納米SiO2乳液，用氯化銨控制粒徑大小,然后與天然膠乳共混共沉制備出SiO2/NR復(fù)合材料。經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑處理的納米SiO2 在復(fù)合材料中分散均勻，力學(xué)性能較好。硅烷偶聯(lián)劑KH-570應(yīng)用領(lǐng)域1、復(fù)合材料：硅烷偶聯(lián)劑KH-570主要用于不飽和聚酯復(fù)合材料,可以提高復(fù)合材料的機(jī)械性能、電氣性能、透光性能,特別是能大幅度提高復(fù)合材料的濕態(tài)性能。除了無機(jī)復(fù)合材料，在納米氧化鋅制備中也加入了硅烷偶聯(lián)劑，采用的硅烷偶聯(lián)劑有KH550、KH 560、KH 570對(duì)納米ZnO進(jìn)行了改性，研究表明硅烷偶聯(lián)劑KH570改性效果較好，改性后納米ZnO 粉體表面包覆了KH 570，晶型沒有發(fā)生明顯改變但分散性變好。

除了制備納米級(jí)的材料的研究，在復(fù)合材料中也有應(yīng)用，如偶聯(lián)劑在復(fù)合水泥砂漿中應(yīng)用研究，研究結(jié)果表明，0.5%-1%硅烷偶聯(lián)劑的水溶液能較大幅度地提高多種復(fù)合水泥砂漿的抗折強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，且能提高普通水泥砂漿和聚合物改性水泥砂漿的稠度，但會(huì)使其分層度略有增大。又如采用硅烷偶聯(lián)劑KH-550對(duì)廢環(huán)氧模塑料粉(廢EMC粉)進(jìn)行表面改性并制備了相應(yīng)的改性廢EMC粉/PVC復(fù)合材料，提高了拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度，而且也大大改善了廢EMC 粉和PVC之間的相容性，提高了界面結(jié)合強(qiáng)度。橡膠體系，對(duì)填料改性其補(bǔ)強(qiáng)作用，減少橡膠和防老劑用量，提高制品耐磨強(qiáng)度，抗張強(qiáng)度，撕裂強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率，明顯改善膠料的抗老化性能。

硅烷偶聯(lián)劑的應(yīng)用范圍

硅烷偶聯(lián)劑的應(yīng)用大致可歸納為三個(gè)方面：

（一）用于玻璃纖維的表面處理，能改善玻璃纖維和樹脂的粘合性能，大大提高玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的強(qiáng)度、電氣、抗水、抗氣候等性能，即使在濕態(tài)時(shí)，它對(duì)復(fù)合材料機(jī)械性能的提高，和效果也十分顯著。

目前，在玻璃纖維中使用硅烷偶聯(lián)劑已相當(dāng)普遍，用于這一方面的硅烷偶聯(lián)劑約占其消耗總量的50％，其中用得較多的品種是乙烯基硅烷、氨基硅烷、甲1基酰氧基硅烷等。

（二）用于無機(jī)填料填充塑料?？深A(yù)先對(duì)填料進(jìn)行表面處理，也可直接加入樹脂中。能改善填料在樹脂中的分散性及粘合力，改善工藝性能和提高填充塑料（包括橡膠）的機(jī)械、電學(xué)和耐氣候等性能。

（三）用作密封劑、粘接劑和涂料的增粘劑，能提高它們的粘接強(qiáng)度、耐水、耐氣候等性能。硅烷偶聯(lián)劑往往可以解決某些材料長(zhǎng)期以來無法粘接的難題。

硅烷偶聯(lián)劑作為增粘劑的作用原理在于它本身有兩種基團(tuán)；除氨烴基硅烷外，由其他硅烷配制的溶液均需加入醋酸作水解催化劑，并將pH值調(diào)至3。一種基團(tuán)可以和被粘的骨架材料結(jié)合；而另一種基團(tuán)則可以與高分子材料或粘接劑結(jié)合，從而在粘接界面形成強(qiáng)力較高的化學(xué)鍵，大大改善了粘接強(qiáng)度。硅烷偶聯(lián)劑的應(yīng)用一般有三種方法：一是作為骨架材料的表面處理劑；二是加入到粘接劑中，三是直接加入到高分子材料中。從充分發(fā)揮其效能和降低成本的角度出發(fā)，前兩種方法較好。

一般的粘接劑或樹脂配合使用偶聯(lián)劑后不僅能提高粘合強(qiáng)度，更主要的是增加粘合力的耐水性及耐久性。如聚氨基甲酸酯和環(huán)氧樹脂對(duì)許多材料雖然具有高的粘合力，但粘合的耐久性及耐水性不太理想；加入硅烷偶聯(lián)劑后，這方面的性能可得到顯著的改善。

硅烷偶聯(lián)劑的應(yīng)用領(lǐng)域

哪些行業(yè)會(huì)用到硅烷偶聯(lián)劑？

涂料、油墨

使用硅烷偶聯(lián)劑的涂料有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、抗腐蝕性

2、改善粘合性

3、提高流變性

4、提高染料和填料的分散性

5、抗紫外線

6、防水和耐化學(xué)品

合成的人造橡膠和樹脂質(zhì)的涂料在親水的硅酸鹽的和金屬性的表面上通常會(huì)遇到粘著問題，尤其在高潮度、水中或鹽漬中，涂料的保護(hù)作用是依

靠基材表面的附著力促進(jìn)劑達(dá)到，無論被作為一種涂料添加劑或是底漆，硅烷偶聯(lián)劑都可改善涂料性能。

玻纖復(fù)合材料

使用硅烷偶聯(lián)劑，玻璃纖維將獲得下列益處：

1、從熱極到冷極循環(huán)測(cè)試性能提高；

2、玻璃纖維的浸潤(rùn)性能、電學(xué)性能提高；

3、纖維原絲集束性、防護(hù)和處理性能提高。

玻璃纖維極大地增加復(fù)合材料的物理強(qiáng)度，甚至達(dá)到與金屬匹敵的效果。所有的玻璃纖維增強(qiáng)材料生產(chǎn)商都使用經(jīng)處理產(chǎn)品，來達(dá)到良好的產(chǎn)品

性能，偶聯(lián)劑仍是首要選擇。硅烷偶聯(lián)劑于玻璃纖維復(fù)合材料的處理，且是玻璃纖維增強(qiáng)聚合物的關(guān)鍵成份。

電線電纜

乙烯基硅烷從二十世紀(jì)七十年代年開始用于交聯(lián)聚乙烯均聚物及其共聚物，交聯(lián)聚乙烯用作電線電纜絕緣材料和護(hù)套，適用于高耐溫性。該技術(shù)

也應(yīng)用在制造熱水管道材料，可以長(zhǎng)時(shí)間的耐高溫。

密封膠

硅烷偶聯(lián)劑廣泛用于改進(jìn)密封膠的密封性，以及提高對(duì)無機(jī)材料如金屬、玻璃和石材的粘合性。密封膠是基于有填料的可固化的彈性體，具有防

水、防空氣和化學(xué)品滲透的雙重功能，在某些情況下也可用做粘合劑。它們?cè)诤娇蘸教臁⑵嚭徒ㄖI(yè)的應(yīng)用取決于它們和金屬、玻璃、混凝土

和其他表面形成持久鍵合能力，這種鍵合可以耐熱、抗紫外線、耐潮氣和水。

橡塑、彈性體

隨著市場(chǎng)對(duì)制造黑色以外的多種顏色人造橡膠的需要增長(zhǎng)，且要求其具備與含碳黑配方相類似的機(jī)械性能，硅烷偶聯(lián)劑勿庸質(zhì)疑地在使無機(jī)填料和有機(jī)彈性體有效結(jié)合中扮演重要角色。

硅烷偶聯(lián)劑和無機(jī)填料提供下列優(yōu)點(diǎn)：

1、抗磨損

2、復(fù)合物更有效結(jié)合

3、改善流變控制

4、減少輪胎滾動(dòng)阻力

5、提高韌性

6、改善在潮濕條件下的電學(xué)性能

硅烷偶聯(lián)劑Si-69的合成方法

由于原料及生產(chǎn)工藝的不同，硅烷偶聯(lián)劑kh580Si-69的生產(chǎn)有多種方法，但主要的合成方法和原理有如下幾種:

（1）接合成法

直接合成法是應(yīng)用較早的合成Si-69的方法，合成原理如式。此法具有合成步驟簡(jiǎn)單、不受化鈉中雜質(zhì)的干擾等特點(diǎn)。但其也同樣具有原料來源困難、對(duì)設(shè)備耐燭性要求高、生產(chǎn)成本較大等缺點(diǎn)。鈦酸酯偶聯(lián)劑與硅烷偶聯(lián)劑有協(xié)同效果，但在無機(jī)填料表面會(huì)爭(zhēng)奪氫氧根離子，因此要控制各自的用量。硅烷偶聯(lián)劑kh580隨著有機(jī)硅化學(xué)產(chǎn)品的開發(fā)和合成工藝的改進(jìn),直接合成法的使用會(huì)逐漸被其它方法所替代。

(EtO)3Si(CH2)3SH Cl2S2 →[(EtO)3Si(CH2)3]2S4 HCl (1)

（2）堿金屬合成法

此類方法是目前生產(chǎn)Si-69為常用的方法之一，又被業(yè)內(nèi)人士稱為'無水合成法”。反應(yīng)體系一般需氮?dú)獗Ｗo(hù)，以無水乙醇為反應(yīng)介質(zhì)。堿金鈉首先與無水乙醇反應(yīng)，制得乙醇鈉;然后在一定溫度和壓力下加入硫磺，生成多琉化鈉；再加入(EtO) 3Si(CH2)3X (X為南元素)反應(yīng)，制得產(chǎn)品。合成原理如式(2)。而另一種基團(tuán)則可以與高分子材料或粘接劑結(jié)合，從而在粘接界面形成強(qiáng)力較高的化學(xué)鍵，大大改善了粘接強(qiáng)度。此法具有合成條件溫和、對(duì)設(shè)備要求較低、產(chǎn)率較高、產(chǎn)品性狀穩(wěn)定、無污染等優(yōu)點(diǎn),缺點(diǎn)是反應(yīng)原料堿金屬價(jià)格昂貴、反應(yīng)條件控制較為嚴(yán)格等。

(EtO)3 Si(CH2)3X Na2S Na S → [(EtO)3Si(CH2)3]2S4 NaX (2)

（3）相轉(zhuǎn)移催化劑法

此法又稱為“水相合成法”,反應(yīng)是在水溶液中先使琉化鈉和硫粉反應(yīng)生成多硫化物，然后加入相轉(zhuǎn)移催化劑混勻，再加入(EtO)3 Si(CH2)3X反應(yīng)，制得產(chǎn)品。