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矽烷偶聯劑: 矽烷偶聯劑是由(yóu)矽氯仿(HSiCl3)和帶有反應性基(jī)團的不飽和烯烴在鉑氯(lǜ)酸(suān)催化下加 成,再(zài)經醇解(jiě)而得。矽烷偶 聯劑實質上是一類具有有機官能團的矽烷,在其分子中同時具有能和無機(jī)質材料(如(rú)玻璃、矽砂、金屬等)化學結合 的反(fǎn)應基團及與有機質材料(合成樹脂等)化(huà)學(xué)結合的反應基團。可用通(tōng)式Y(CH2)nSiX3表示,此處,n=0~3;X- 可水解的基(jī)團;Y一有機官能(néng)團,能與樹脂起(qǐ)反應。X 通常是氯(lǜ)基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基、乙酰氧基等, 這些基團(tuán)水解(jiě)時即生成矽醇(Si(OH)3),而與無機物質結合(hé),形成矽氧(yǎng)烷(wán)。Y是乙(yǐ)烯基、氨基、環氧基(jī)、甲基(jī)丙烯酰氧 基、巯(qiú)基或脲基。這些反應基可與有機物質反應而(ér)結合。
因此,通過使用矽烷偶聯劑,可在無機物質和有(yǒu)機物質的界(jiè)面之間架起"分子橋",把(bǎ)兩種性質懸殊的材料連接(jiē)在 一(yī)起, 起提高複合(hé)材料的性能和增加粘接強(qiáng)度的作用。 矽(xī)烷偶聯劑的(de)這一特性最早應用于(yú)玻璃纖維增強塑料(玻璃 鋼)上, 作玻璃纖維的表面(miàn)處理劑,使玻璃(lí)鋼的機械(xiè)性能、電學性能和抗老化性能得到很(hěn)大的提高,在玻璃鋼工業中(zhōng) 的重要性早已得到公認。
目前,矽烷(wán)偶聯劑的用途已(yǐ)從玻璃纖維增強塑料(FRP)擴大到玻(bō)璃纖維增強熱塑性(xìng)塑(sù)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(jù)乙(yǐ)烯、樹(shù)脂封裝材(cái)料、殼型造型、輪(lún) 胎、帶、塗料、膠粘劑、研磨材料(磨(mó)石)及其它的表(biǎo)面處理劑。
在矽烷偶聯劑這兩類性能互異的(de)基團中(zhōng),以(yǐ)Y基團最重要、它對制品性能影響很大,起決定偶聯(lián)劑的性能作用。 隻有(yǒu)當Y基團能和對應的樹脂起反應(yīng), 才能使複合材料(liào)的強度(dù)提高。一般要(yào)求Y基團要(yào)與樹(shù)脂相容并能起偶聯反應。 所以,一定的樹脂得(dé)選擇含适當Y基團的矽烷(wán)偶聯劑。 當Y爲無反應性的烷基或芳基時,對極性樹脂是不起作用(yòng)的, 但(dàn)可用于非極性樹脂,如矽橡膠、聚苯乙烯等的膠(jiāo)接中。當(dāng)Y含反應性官能基,要注意(yì)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(fēn)醛、脲醛、三聚氰胺甲醛(quán)的聚(jù)合中作催化劑,也可作爲環氧(yǎng)和聚氨酯樹(shù) 脂的固化劑(jì),這時(shí)偶聯(lián)劑完全參(cān)與反應(yīng),形成新鍵。氨基矽(xī)烷類的(de)偶聯劑是屬于通(tōng)用型的,幾(jǐ)乎能(néng)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(gēn)據Y基團中反應基的種類(lèi),矽烷偶聯劑也分别稱爲乙烯基矽烷、氨基矽(xī)烷、環氧基矽烷、巯基矽烷和甲(jiǎ) 基丙烯酰氧基矽烷等,這幾種(zhǒng)有機官能團矽烷是最常(cháng)用的(de)矽烷偶聯劑。
矽(xī)烷偶聯劑的應用大緻可歸納爲三個方面:
(一(yī))用于玻璃(lí)纖維的表面處理,能改善玻璃纖維和樹脂的(de)粘合性能,大大提高玻璃纖維增強(qiáng)複合材料的強度、 電(diàn)氣、抗水、抗氣候等性能,即使在濕态(tài)時,它(tā)對複合材料機械性能的提高(gāo),效果也十分顯著(zhe)。
目前,在玻璃纖維中使用矽烷偶聯劑已相當普遍,用(yòng)于這一方面的矽烷偶聯劑約占其(qí)消耗總量的50%,其中(zhōng)用 得較多的品種是乙烯基(jī)矽烷、氨(ān)基矽烷、甲基丙烯酰氧基矽烷等。
(二)用于無機填料填(tián)充塑料。可預先對填料進行表面處理(lǐ),也可直接加入樹脂中。能改(gǎi)善填料在樹脂中的分散 性及粘合力,改(gǎi)善工藝性能和提(tí)高填充塑料(包括橡膠)的機(jī)械、電學和耐氣候等性能(néng)。
(三)用作密封劑、粘接劑和塗料的增(zēng)粘劑(jì),能提(tí)高它們的粘接強度、耐水(shuǐ)、耐氣候等性能(néng)。 矽烷(wán)偶聯劑往往可 以解(jiě)決某些材料(liào)長期以來無法粘(zhān)接的難題(tí)。
矽烷偶(ǒu)聯劑作爲增(zēng)粘劑的作用原理在于它本身有兩種基團;一(yī)種基團可以和被粘的骨架材(cái)料結合;而另一種基(jī)團 則可以與高(gāo)分子材料或粘接劑(jì)結合,從而在粘接界面形成強力(lì)較高的化學(xué)鍵,大大改善了粘接(jiē)強度。矽烷偶聯劑的應 用一般(bān)有三種(zhǒng)方法:一是作爲骨(gǔ)架材(cái)料的(de)表面處理劑;二是加入到粘接劑中,三是直接加入到高(gāo)分子材(cái)料中。從充分 發(fā)揮其效(xiào)能和降低成本的角度出發,前兩種方法較好。
矽烷偶聯劑在膠粘劑工業的具體應用有如(rú)下幾個方面(miàn):
①在結構膠粘(zhān)劑中金屬(shǔ)與非金屬的膠接(jiē),若使用矽烷類(lèi)增粘劑,就能與金屬氧(yǎng)化物縮合,或跟另一個矽烷醇(chún)縮 合,從而使矽原子(zǐ)與被膠物表面緊(jǐn)緊(jǐn)接觸(chù)。如在丁腈酚醛(quán)結構膠中加入矽烷作增粘劑(jì),可以(yǐ)顯著(zhe)提高膠接強(qiáng)度(dù)。
②在膠接玻璃(lí)纖維方面國内外已普(pǔ)遍采用矽(xī)烷作(zuò)處理劑(jì)。它能與界面發生化學反應(yīng),從(cóng)而提高膠接(jiē)強度。例如, 氯丁膠膠接若不用矽烷作處理劑時,膠接剝離強度爲1.07公斤/厘米2,若用氨基矽烷作處理劑,則膠接的剝離強度 爲8.7公(gōng)斤(jīn)/厘米2。
③在橡膠與其(qí)他材料的膠接方面(miàn),矽烷增粘劑具有特殊的功用。它明(míng)顯地提高各種(zhǒng)橡膠與其(qí)它材料的膠接強度。 例如(rú),玻璃與聚氨酯(zhǐ)橡膠膠接時,若不(bú)用(yòng)矽烷作處理劑,膠的剝離強度爲(wèi)0.224公斤/厘米2,若加矽烷時,剝離強 度則爲(wèi)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(kě)用矽烷偶(ǒu)聯劑解決。如鋁和聚(jù)乙烯(xī)、矽橡膠與金屬、矽橡膠與 有機玻璃,都可根據化學鍵理(lǐ)論,選擇相應的矽烷偶聯(lián)劑,得到滿意的(de)解決。例如,用乙烯基(jī)三過氧化叔丁基(jī)矽烷 (Y一4310)可使聚乙(yǐ)烯與(yǔ)鋁箔相粘合;用丁二烯基三乙氧基矽烷可使矽橡(xiàng)膠與(yǔ)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(shǐ)用偶聯劑後不僅能提高粘合強度(dù),更主要的是增加(jiā)粘合力的耐水性(xìng)及耐久(jiǔ)性。如(rú)聚 氨基(jī)甲酸酯和環氧樹脂對(duì)許多材料雖然具有高的(de)粘合力,但粘合的耐久性及耐水性(xìng)不太理想;加入矽烷(wán)偶聯劑後, 這方面的性能可得到顯著的改善。
矽烷(wán)偶(ǒu)聯劑的其它方面應用還包括:
①使固定化酶附着到玻璃基材表面,
②油井鑽探中防砂(shā),
③使磚(zhuān)石表面具有憎水性,
④通過防(fáng)吸濕作(zuò)用,使熒光燈塗層具有較高的表面電阻;
⑤提高(gāo)液體色譜柱中有機相對玻璃表面的吸濕性能。