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有機硅主要分為硅油、硅橡膠、硅樹脂和硅烷偶聯劑四大類。
硅烷偶聯劑
硅烷偶聯劑是由硅氯仿(HSiCl3)和帶有反應性基團的不飽和烯烴在鉑氯酸催化下加成,再經醇解而得。硅烷偶聯劑實質上是一類具有有機官能團的硅烷,在其分子中同時具有能和無機質材料(如玻璃、硅砂、金屬等)化學結合的反應基團及與有機質材料(合成樹脂等)化學結合的反應基團?捎猛ㄊ結(CH2)nSiX3表示,此處,n=0~3;X-可水解的基團;Y一有機官能團,能與樹脂起反應。X 通常是氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基、乙酰氧基等,這些基團水解時即生成硅醇(Si(OH)3),而與無機物質結合,形成硅氧烷。Y是乙烯基、氨基、環氧基、甲基丙烯酰氧基、巰基或脲基。這些反應基可與有機物質反應而結合。

因此,通過使用硅烷偶聯劑,可在無機物質和有機物質的界面之間架起"分子橋",把兩種性質懸殊的材料連接在一起, 起提高復合材料的性能和增加粘接強度的作用。 硅烷偶聯劑的這一特性最早應用于玻璃纖維增強塑料(玻璃鋼)上,作玻璃纖維的表面處理劑,使玻璃鋼的機械性能、電學性能和抗老化性能得到很大的提高,在玻璃鋼工業中的重要性早已得到公認。

目前,硅烷偶聯劑的用途已從玻璃纖維增強塑料(FRP)擴大到玻璃纖維增強熱塑性塑料(FRTP)用的玻璃纖維表面處理劑、無機填充物的表面處理劑以及密封劑、樹脂混凝土、水交聯性聚乙烯、樹脂封裝材料、殼型造型、輪胎、帶、涂料、膠粘劑、研磨材料(磨石)及其它的表面處理劑。

在硅烷偶聯劑這兩類性能互異的基團中,以Y基團最重要、它對制品性能影響很大,起決定偶聯劑的性能作用。只有當Y基團能和對應的樹脂起反應,才能使復合材料的強度提高。一般要求Y基團要與樹脂相容并能起偶聯反應。所以,一定的樹脂得選擇含適當Y基團的硅烷偶聯劑。 當Y為無反應性的烷基或芳基時,對極性樹脂是不起作用的,但可用于非極性樹脂,如硅橡膠、聚苯乙烯等的膠接中。當Y含反應性官能基,要注意它與所用樹脂的反應性及相容性。當Y含氨基時,是屬于催化性的,能在酚醛、脲醛、三聚氰胺甲醛的聚合中作催化劑,也可作為環氧和聚氨酯樹脂的固化劑,這時偶聯劑完全參與反應,形成新鍵。氨基硅烷類的偶聯劑是屬于通用型的,幾乎能與各種樹脂起偶聯作用,但聚酯樹脂例外。x 基團的種類對偶聯效果沒有影響。

因此,根據Y基團中反應基的種類,硅烷偶聯劑也分別稱為乙烯基硅烷、氨基硅烷、環氧基硅烷、巰基硅烷和甲基丙烯酰氧基硅烷等,這幾種有機官能團硅烷是最常用的硅烷偶聯劑。

硅烷偶聯劑的應用大致可歸納為三個方面:

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復合材料的強度、電氣、抗水、抗氣候等性能,即使在濕態時,它對復合材料機械性能的提高,效果也十分顯著。
目前,在玻璃纖維中使用硅烷偶聯劑已相當普遍,用于這一方面的硅烷偶聯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、甲基丙烯酰氧基硅烷等。

二.用于無機填料填充塑料?深A先對填料進行表面處理,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)的機械、電學和耐氣候等性能。

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度、耐水、耐氣候等性能。硅烷偶聯劑往往可以解決某些材料長期以來無法粘接的難題。
硅烷偶聯劑作為增粘劑的作用原理在于它本身有兩種基團;一種基團可以和被粘的骨架材料結合;而另一種基團則可以與高分子材料或粘接劑結合,從而在粘接界面形成強力較高的化學鍵,大大改善了粘接強度。硅烷偶聯劑的應用一般有三種方法: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。從充分發揮其效能和降低成本的角度出發,前兩種方法較好。
硅烷偶聯劑在膠粘劑工業的具體應用有如下幾個方面:
1.在結構膠粘劑中金屬與非金屬的膠接,若使用硅烷類增粘劑,就能與金屬氧化物縮合,或跟另一個硅烷醇縮合,從而使硅原子與被膠物表面緊緊接觸。如在丁腈酚醛結構膠中加入硅烷作增粘劑,可以顯著提高膠接強度。
2.在膠接玻璃纖維方面國內外已普遍采用硅烷作處理劑。它能與界面發生化學反應,從而提高膠接強度。例如,氯丁膠膠接若不用硅烷作處理劑時,膠接剝離強度為1.07公斤/厘米2,若用氨基硅烷作處理劑,則膠接的剝離強度為8.7公斤/厘米2。
3.橡膠與其他材料的膠接方面,硅烷增粘劑具有特殊的功用。它明顯地提高各種橡膠與其它材料的膠接強度。例如,玻璃與聚氨酯橡膠膠接時,若不用硅烷作處理劑,膠的剝離強度為0.224公斤/厘米2,若加硅烷時,剝離強度則為7.26公斤/厘米2。
4.本來無法用一般粘接劑解決的粘接問題有時可用硅烷偶聯劑解決。如鋁和聚乙烯、硅橡膠與金屬、硅橡膠與有機玻璃,都可根據化學鍵理論,選擇相應的硅烷偶聯劑,得到滿意的解決。例如,用乙烯基三過氧化叔丁基硅烷(Y一4310)可使聚乙烯與鋁箔相粘合;用丁二烯基三乙氧基硅烷可使硅橡膠與金屬的扯離強度達到21.6~22.4公斤/厘米2。
一般的粘接劑或樹脂配合使用偶聯劑后不僅能提高粘合強度,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氧樹脂對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;加入硅烷偶聯劑后,這方面的性能可得到顯著的改善。

硅烷偶聯劑的其它方面應用還包括:
1 .使固定化酶附著到玻璃基材表面;
2.油井鉆探中防砂;
3.使磚石表面具有憎水性;
4.通過防吸濕作用,使熒光燈涂層具有較高的表面電阻;
5.提高液體色譜柱中有機相對玻璃表面的吸濕性能。

硅烷偶聯劑新開發的一項重要應用是用于生產水交聯聚乙烯,目前已商業化。近年來,國內在用有機硅乳液處理毛紡織物的試驗中,發現用硅烷偶聯劑與有機硅乳液并用,可以提高毛紡織物的服用性能。


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