硅烷偶聯(lián)劑

是一類分子中同時(shí)含有兩種不同化學(xué)性質(zhì)的有機(jī)硅化合物，用以改善聚合物與無(wú)機(jī)物實(shí)際粘接強(qiáng)度。這既可能是指真正粘接力的提高，也可能是指浸潤(rùn)性、流變性和其它操作性能的改進(jìn)。偶聯(lián)劑還可能對(duì)界面區(qū)域產(chǎn)生改性作用，信越硅烷偶聯(lián)劑以增強(qiáng)有機(jī)相與無(wú)機(jī)相的邊界層。

因此，硅烷偶聯(lián)劑廣泛運(yùn)用于膠黏劑、涂料和油墨、橡膠、鑄造、玻璃纖維、電纜、紡織、塑料、填料、表面處理等行業(yè)。

信越硅烷偶聯(lián)劑其經(jīng)典產(chǎn)物可用通式XSiR3表示。

式中，X為非水解基團(tuán)，包括鏈烯基（主要為Vi）以及末端帶有Cl、NH2等官能團(tuán)的烴基，即碳官能基；R為可水解基團(tuán)，包括OMe、OEt等。

X中所帶的官能團(tuán)容易和有機(jī)聚合物中的官能團(tuán)，如OH、NH2、COOH等反應(yīng)，從而使硅烷和有機(jī)聚合物連接；剩下的兩個(gè)Si-OH或者與其它硅烷偶聯(lián)劑中的Si-OH縮合，或者保持游離狀態(tài)。能團(tuán)水解時(shí)，則Si-R轉(zhuǎn)化成Si-OH，并副生HR，如MeOH、EtOH等。而Si-OH既可與其他分子中的Si-OH或被處理基材表面的Si-OH發(fā)生縮合脫水反應(yīng)形成Si-O-Si鍵結(jié)合，甚至還可與某些氧化物反應(yīng)，生成穩(wěn)定的Si-O鍵合，從而使硅烷得以和無(wú)機(jī)物或金屬連接。

環(huán)保型信越硅烷偶聯(lián)劑對(duì)金屬的作用

隨著汽車、飛機(jī)、船舶、家電等行業(yè)的發(fā)展，對(duì)金屬零件表面耐腐蝕、耐高溫、磨損、、防輻射、導(dǎo)電、導(dǎo)磁、絕緣、裝飾等特殊性能的要求更加廣泛，信越硅烷偶聯(lián)劑促使金屬表面處理技術(shù)迅速發(fā)展起來(lái)。

國(guó)內(nèi)用于金屬表面處理的主要方法是磷化法，由于磷化法高能耗、高污染、高成本，逐步被硅烷表面處理技術(shù)取代，硅烷處理技術(shù)正在不斷地被研發(fā)、成熟完善和應(yīng)用。硅烷處理與傳統(tǒng)的磷化法相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：無(wú)有害重金屬離子，不含磷，無(wú)需加溫且硅烷處理過(guò)程不產(chǎn)生沉渣，處理時(shí)間短，控制簡(jiǎn)便；可省去表調(diào)工序，槽液可重復(fù)使用；有效地提高了涂料對(duì)基材的附著力；信越硅烷偶聯(lián)劑其應(yīng)用領(lǐng)域極廣,例如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的閥門和透平增壓器轉(zhuǎn)子已實(shí)用化,高速軸承和高性能刀具已商品化,用于內(nèi)燃機(jī)可使工作溫度高達(dá)1400℃,大大提高熱機(jī)效率,信越硅烷偶聯(lián)劑適用多種燃料,延長(zhǎng)使用壽命。可共線處理鐵板、鍍鋅板、鋁板等多種基材。因此，新型的環(huán)保、節(jié)能、低排放、低使用成本的硅烷金屬表面處理技術(shù)成為國(guó)內(nèi)外技術(shù)人員研究的重點(diǎn)。

硅烷偶聯(lián)劑是一類具有有機(jī)官能團(tuán)的含硅化合物。其分子式可用通式Y(jié)(CH2)nSiX3表示，此處n=0-3；X通常是氯基、乙氧基、甲氧乙氧基、乙酰氧基等，這些基團(tuán)水解時(shí)即生成硅羥基，而與無(wú)機(jī)物質(zhì)結(jié)合，形成硅氧烷。Y是乙烯基、氨基、環(huán)氧基、甲酰氧基、巰基或脲基，這些有機(jī)官能團(tuán)可與有機(jī)物質(zhì)反應(yīng)。當(dāng)硅官能團(tuán)水解時(shí)，則Si-X轉(zhuǎn)化成Si-OH，并副生HX。Si-OH既可與其它分子中的Si-OH或被處理基材表面的Si-OH發(fā)生縮合脫水反應(yīng)形成Si-O-Si鍵結(jié)合，甚至還可與某些氧化物（如氧化鋁、氧化鐵、氧化鋯、氧化鈦、氧化鎳等）反應(yīng)，生成穩(wěn)定的Si-O鍵合，從而使硅烷得以和無(wú)機(jī)物或金屬連接。利用硅烷的這一特性，可將其應(yīng)用于金屬防銹及防氧化，Mg、Al、Cr、Fe、Zn等金屬經(jīng)硅烷處理后，信越硅烷偶聯(lián)劑可大大提高其抗腐蝕性能。在浮法玻璃生產(chǎn)過(guò)程中用硅烷在玻璃表面涂敷一層反光層其粘附力極強(qiáng)在長(zhǎng)期陽(yáng)光照射下不褪色,透光率只有普通玻璃的1/3。

信越硅烷偶聯(lián)劑的發(fā)展與應(yīng)用

硅烷偶聯(lián)劑的發(fā)展與應(yīng)用

硅烷簡(jiǎn)介：有機(jī)硅烷又稱硅烷偶聯(lián)劑(silane coupling agents，簡(jiǎn)稱SCA)，用硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行金屬預(yù)處理是近年來(lái)新興的表面處理工藝，信越硅烷偶聯(lián)劑由于其安全性、無(wú)污染、適用廣泛、成本低、對(duì)有機(jī)涂層有優(yōu)異的粘接性能等優(yōu)點(diǎn)而引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者們的關(guān)注，有機(jī)硅烷處理工藝有望取代傳統(tǒng)的磷化、鉻酸鹽鈍化等對(duì)環(huán)境容易造成污染的處理工藝。硅烷處理與傳統(tǒng)的磷化法相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：無(wú)有害重金屬離子，不含磷，無(wú)需加溫且硅烷處理過(guò)程不產(chǎn)生沉渣，處理時(shí)間短，控制簡(jiǎn)便。

硅烷的歷史：早在上世紀(jì)40年代，Johns Hopkins大學(xué)的Ralph K Witt等人在一份寫給軍械局的“秘密”報(bào)告中指出，用烯丙基三乙氧基硅烷處理玻璃纖維而制成的不飽和聚酷復(fù)合材料的強(qiáng)度為采用硅烷處理玻璃纖維時(shí)的兩倍，從而開創(chuàng)了硅烷偶聯(lián)劑實(shí)際應(yīng)用的歷史，并極大地刺激了硅烷偶聯(lián)劑的研究與發(fā)展。由于這個(gè)原因，應(yīng)該對(duì)硅烷進(jìn)行選擇，保證選擇的硅烷能提供礦物填料和高分子材料最適宜的化學(xué)粘結(jié)性能。

硅烷的應(yīng)用：硅烷偶聯(lián)劑作為連接兩種不同性質(zhì)材料的“分子橋”已經(jīng)在復(fù)合材料、涂料、膠粘劑等行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著信越硅烷偶聯(lián)劑它在玻璃纖維增強(qiáng)材料中的應(yīng)用，合成的種類日益繁多，應(yīng)用范圍也日益擴(kuò)大?，F(xiàn)在，硅烷偶聯(lián)劑基本上適用于所有無(wú)機(jī)材料和有機(jī)材料的連接表面，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在汽車、航空、電子和建筑等行業(yè)中。這一加熱反應(yīng)過(guò)程是信越硅烷偶聯(lián)劑脫水、縮合與固化，以使硅烷偶聯(lián)劑與硅微粉形成穩(wěn)定和牢固的共價(jià)鍵結(jié)合。

我國(guó)主要的三類信越硅烷偶聯(lián)劑

一是含硫硅烷，2013年中國(guó)含硫硅烷產(chǎn)量約為6.5萬(wàn)噸（折純），占總產(chǎn)量的46.4%。該類信越硅烷偶聯(lián)劑產(chǎn)品主要用于汽車輪胎制造，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品近年來(lái)技術(shù)水平不斷提高，已通過(guò)世界主要輪胎公司的各類認(rèn)證，在國(guó)外市場(chǎng)開拓方面已經(jīng)不存在技術(shù)壁壘，加之國(guó)外生產(chǎn)成本較高，因此國(guó)內(nèi)產(chǎn)品出口量連續(xù)增長(zhǎng)；硅烷還有一潛在應(yīng)用是制造高性能陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)零件尤其是使用硅烷制造硅化物(Si3N4,SiC等)微粉技術(shù)越來(lái)越受重視。

二是交聯(lián)劑產(chǎn)品，2013年產(chǎn)量約為3.95萬(wàn)噸，約占總產(chǎn)量的28.2%。主要產(chǎn)品包括肟基，三乙酰氧基，硅酸酯和三乙氧基等幾大類。我國(guó)是世界上較大的有機(jī)硅室溫膠消費(fèi)國(guó)，近年來(lái)我國(guó)有機(jī)硅室溫膠產(chǎn)銷增長(zhǎng)較快；加之有機(jī)硅單體和多晶硅生產(chǎn)迅速增加，為交聯(lián)劑行業(yè)提供了大量廉價(jià)原料，湖北新藍(lán)天等民營(yíng)企業(yè)抓住機(jī)遇，擴(kuò)大生產(chǎn)，國(guó)內(nèi)硅烷交聯(lián)劑生產(chǎn)規(guī)模因此快速放大，目前也開始大量出口；式中，X為非水解基團(tuán)，包括鏈烯基（主要為Vi）以及末端帶有Cl、NH2等官能團(tuán)的烴基，即碳官能基。

三是其他功能性硅烷產(chǎn)品，2013年我國(guó)氨基、環(huán)氧基、乙烯基和酰氧基硅烷及其他功能性硅烷產(chǎn)量合計(jì)3.57萬(wàn)噸，約占總產(chǎn)量的25.2%。由于國(guó)內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)不斷提高，常規(guī)硅烷產(chǎn)品價(jià)格下滑，龍頭企業(yè)在實(shí)現(xiàn)一體化的基礎(chǔ)上，下大力氣開發(fā)功能性硅烷產(chǎn)品，使得我國(guó)硅烷品種進(jìn)一步豐富，產(chǎn)量連續(xù)提高。硅烷偶聯(lián)劑廣泛用于橡膠、塑料、膠黏劑、密封劑、涂料、玻璃、陶瓷、金屬防腐等領(lǐng)域。

現(xiàn)階段我國(guó)實(shí)際可生產(chǎn)的硅烷約有300種，信越硅烷偶聯(lián)劑根據(jù)官能團(tuán)不同，主要分為含硫、交聯(lián)劑、氨基、環(huán)氧基、乙烯基、酰氧基等大類，其余如飽和烷烴、α硅烷以及硅烷二次加工產(chǎn)品也有很多種類，但產(chǎn)量均不大。2013年中國(guó)硅烷產(chǎn)品品種結(jié)構(gòu)（按產(chǎn)量）。