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了解硅烷偶聯(lián)劑使用說(shuō)明
一、選用硅烷偶聯(lián)劑的一般原則
已知，硅烷偶聯(lián)劑的水解速度取于硅能團Si-X，而與有機聚合物的反應活性則取于碳官能團C-Y。 因此，對于不同基材或處理對象，選擇適用的硅烷偶聯(lián)劑至關(guān)重要。選擇的方法主要通過(guò)試驗預選，并應在既有經(jīng)驗或規律的基礎上進(jìn)行。例 如，在一般情況下，不飽和聚酯多選用含CH2=CMeCOO、Vi及CH2-CHOCH2O－的硅烷偶聯(lián)劑；環(huán)氧樹(shù)脂多選用含CH2－CHCH2O及H2N－硅烷偶聯(lián)劑； 酚醛樹(shù)脂多選用含H2N－及H2NCONH－硅烷偶聯(lián)劑；聚烯烴多選用乙烯基硅烷；使用硫黃硫化的橡膠則多選用烴基硅烷等。由于異種材料間的黏 接可度受到一系列因素的影響，諸如潤濕、表面能、界面層及極性吸附、酸堿的作用、互穿網(wǎng)絡(luò )及共價(jià)鍵反應等。因而，光靠試驗預選有時(shí)還 不夠精確，還需綜合考慮材料的組成及其對硅烷偶聯(lián)劑反應的敏感度等。為了提高水解穩定性及降低改性成本，硅烷偶聯(lián)劑中可摻入三烴基硅 烷使用；對于難黏材料，還可將硅烷偶聯(lián)劑交聯(lián)的聚合物共用。
硅烷偶聯(lián)劑用作增黏劑時(shí)，主要是通過(guò)與聚合物生成化學(xué)鍵、氫鍵；潤濕及表面能效應；改善聚合物結晶性、酸堿反應以及互穿聚合物網(wǎng)絡(luò )的 生成等而實(shí)現的。增黏主要圍繞3種體系：即（1）無(wú)機材料對有機材料；（2）無(wú)機材料對無(wú)機材料；（3）有機材料對有機材料。對于第一種 黏接，通常要求將無(wú)機材料黏接到聚合物上，故需優(yōu)先考慮硅烷偶聯(lián)劑中Y與聚合物所含官能團的反應活性；后兩種屬于同類(lèi)型材料間的黏接， 故硅烷偶聯(lián)劑自身的反親水型聚合物以及無(wú)機材料要求增黏時(shí)所選用的硅烷偶聯(lián)劑。
二、使用方法
如同前述，硅烷偶聯(lián)劑的主要應用領(lǐng)域之一是處理有機聚合物使用的無(wú)機填料。后者經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理，即可將其親水性表面轉變成親有機表 面，既可避免體系中粒子集結及聚合物急劇稠化，還可提高有機聚合物對補強填料的潤濕性，通過(guò)碳官能硅烷還可使補強填料與聚合物實(shí)現牢 固鍵合。但是，硅烷偶聯(lián)劑的使用效果，還與硅烷偶聯(lián)劑的種類(lèi)及用量、基材的特征、樹(shù)脂或聚合物的性質(zhì)以及應用的場(chǎng)合、方法及條件等有 關(guān)。本節側重介紹硅烷偶聯(lián)劑的兩種使用方法，即表面處理法及整體摻混法。前法是用硅烷偶聯(lián)劑稀溶液處理基體表面；后法是將硅烷偶聯(lián)劑 原液或溶液，直接加入由聚合物及填料配成的混合物中，因而特別適用于需要攪拌混合的物料體系。
1、 硅烷偶聯(lián)劑用量計算
被處理物（基體）單位比表面積所占的反應活性點(diǎn)數目以及硅烷偶聯(lián)劑覆蓋表面的厚度是決定基體表面硅基化所需偶聯(lián)劑用量的關(guān)鍵因素。為 獲得單分子層覆蓋，需先測定基體的Si－OH含量。已知，多數硅質(zhì)基體的Si－OH含是來(lái)4-12個(gè)/μ㎡，因而均勻分布時(shí)，1mol硅烷偶聯(lián)劑可覆蓋 約7500m2的基體。具有多個(gè)可水解基團的硅烷偶聯(lián)劑，由于自身縮合反應，多少要影響計算的準確性。若使用Y3SiX處理基體，則可得到與計算 值一致的單分子層覆蓋。但因Y3SiX價(jià)昂，且覆蓋耐水解性差，故無(wú)實(shí)用價(jià)值。此外，基體表面的Si-OH數，也隨加熱條件而變化。例如，常態(tài) 下Si－OH數為5.3個(gè)/μ㎡硅質(zhì)基體，經(jīng)在400℃或800℃下加熱處理后，則Si－OH值可相應降為2.6個(gè)/μ㎡或＜1個(gè)/μ㎡。反之，使用濕熱鹽酸 處理基體，則可得到高Si－OH含量；使用堿性洗滌劑處理基體表面，則可形成硅醇陰
硅烷偶聯(lián)劑的可潤濕面積（WS），是指1g硅烷偶聯(lián)劑的溶液所能覆蓋基體的面積（㎡/g）。若將其與含硅基體的表面積值（㎡/g）關(guān)連，即可 計算出單分子層覆蓋所需的硅烷偶聯(lián)劑用量。以處理填料為例，填料表面形成單分子層覆蓋所需的硅烷偶聯(lián)劑W（g）與填料的表面積S（㎡/g） 及其質(zhì)量成正比，而與硅烷的可潤濕面積WS（㎡/g，可由表4-29查得）成反比。據此，得到硅烷偶聯(lián)劑用量的計算公式如下：
2、 表面處理法
此法系通過(guò)硅烷偶聯(lián)劑將無(wú)機物與聚合物兩界面連結在一起，以獲得最佳的潤濕值與分散性。表面處理法需將硅烷偶聯(lián)劑酸成稀溶液，以利與 被處理表面進(jìn)行充分接觸。所用溶劑多為水、醇或水醇混合物，并以不含氟離子的水及價(jià)廉無(wú)毒的乙醇、異丙醇為宜。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值調至3.5-5.5。長(cháng)鏈烷基及苯基硅烷由于穩定性較差，不宜配成水溶液使用。氯硅烷及 乙酰氧基硅烷水解過(guò)程中，將伴隨嚴重的縮合反應，也不適于制成水溶液或水醇溶液使用。對于水溶性較差的硅烷偶聯(lián)劑，可先加入0.1%-0.2% （質(zhì)量分數）的非離子型表面活性劑，而后再加水加工成水乳液使用。為了提高產(chǎn)品的水解穩定性的經(jīng)濟效益，硅烷偶聯(lián)劑中還可摻入一定比 例的非碳官能硅烷。處理難黏材料時(shí)，可使用混合硅烷偶聯(lián)劑或配合使用碳官能硅氧烷。
配好處理液后，可通過(guò)浸漬、噴霧或刷涂等方法處理。一般說(shuō)，塊狀材料、粒狀物料及玻璃纖維等多用浸漬法處理；粉末物料多采用噴霧法處 理；基體表面需要整體涂層的，則采用刷涂法處理。下面介紹幾種具體的處理方法。
標簽：偶聯(lián)劑
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