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硅烷偶联剂的偶联机理及研究现状分析
编辑:龙凯化工  来源:www.longkom.com  发表时间:2013-10-9

  1947年RalphKW等发现用烯丙基三乙氧基硅烷处理玻璃纤维而制成的聚酯复合材料可以得到双倍的强度,从而开创了硅烷偶联剂实际应用的历史,偶联剂并极大地刺激了硅烷偶联剂的研究与发展。从50年代至60年代,相继出现了氨基和改性氨基硅烷,以后又开发了耐热硅烷、阳离子硅烷、重氮和叠氮硅烷以及α-官能团硅烷等等。随着一系列新型硅烷偶联剂的问世,特别是它们独特的性能与显著的改性效果使其应用领域不断扩大,产量大幅度上升,据2001年8月报道,我国硅烷偶联剂年产能力达10000吨左右,可与美国、德国相抗衡。硅烷偶联剂是继有机硅工业中三大产品———硅油、硅橡胶、硅树脂之后的第四大部类,其在有机硅工业中的地位日趋重要,已成为现代有机硅工业,有机高分子工业,复合材料工业及相关高技术领域中不可缺少的配套化学助剂,而且是一种重要的高科技含量,高附加值的有机硅产品。

  硅烷偶联剂的结构特征及作用机理

  硅烷偶联剂的结构特征硅烷偶联剂是一类分子中同时含有两种不同化学性质基团(有机官能基团和可水解基团)的硅烷,其经典产物可用通式(YR)nSiX4-n表示(n=1,2)。式中YR为非水解有机基团,Y包括链烯基(主要为Vi)以及末端带有Cl,NH2,SH,N3,OCOMe,CH=CH2,NCO等官能团的烃基;X为可进行水解反应并生成Si—OH的基团,包括Cl,OMe,OEt,OC2H4OCH3,OSiMe及OAc等(最常见的是OMe,OEt),能够与无机材料发生化学反应,或吸附在材料表面,从而提高与无机材料的亲和性。X、Y为两类反应特性不同的活性基团,其中X易与无机物或矿物质如玻璃、硅石、陶土、粘土、滑石、二氧化钛和一些金属如铝、钛、硅、铁、铜、锌等的键合能力。而Y则易与有机物中的树脂、橡胶等产物有良好的结合。正是由于硅烷偶联剂分子中间进存在亲有机和亲无机的两种功能团,可以把两种不同化学结构类型和亲和力相差很大的材料在界面连接起来,增加涂料和无机底层及颜料,填料与树脂基料间的结合。

  1、硅烷偶联剂的偶联机理及研究现状

  硅烷偶联剂最早是于本世纪40年代由美国联合碳化物公司(UCC)和道康宁公司(DCC)首先为发展玻璃纤维增强塑料而开发的,最初把它作为玻璃纤维的表面处理剂而用在玻璃纤维增强塑料中。1947年RalphKW等发现用烯丙基三乙氧基硅烷处理玻璃纤维而制成的聚酯复合材料可以得到双倍的强度,从而开创了硅烷偶联剂实际应用的历史,并极大地刺激了硅烷偶联剂的研究与发展。从50年代至60年代,相继出现了氨基和改性氨基硅烷,以后又开发了耐热硅烷、阳离子硅烷、重氮和叠氮硅烷以及α-官能团硅烷等等。随着一系列新型硅烷偶联剂的问世,特别是它们独特的性能与显著的改性效果使其应用领域不断扩大,产量大幅度上升,据2001年8月报道,我国硅烷偶联剂年产能力达10000吨左右,可与美国、德国相抗衡。硅烷偶联剂是继有机硅工业中三大产品———硅油、硅橡胶、硅树脂之后的第四大部类,其在有机硅工业中的地位日趋重要,已成为现代有机硅工业,有机高分子工业,复合材料工业及相关高技术领域中不可缺少的配套化学助剂,而且是一种重要的高科技含量,高附加值的有机硅产品。

  2、硅烷偶联剂的结构特征及作用机理

  硅烷偶联剂的结构特征硅烷偶联剂是一类分子中同时含有两种不同化学性质基团(有机官能基团和可水解基团)的硅烷,其经典产物可用通式(YR)nSiX4-n表示(n=1,2)。式中YR为非水解有机基团,Y包括链烯基(主要为Vi)以及末端带有Cl,NH2,SH,N3,OCOMe,CH=CH2,NCO等官能团的烃基;X为可进行水解反应并生成Si—OH的基团,包括Cl,OMe,OEt,OC2H4OCH3,OSiMe及OAc等(最常见的是OMe,OEt),能够与无机材料发生化学反应,或吸附在材料表面,从而提高与无机材料的亲和性。X、Y为两类反应特性不同的活性基团,其中X易与无机物或矿物质如玻璃、硅石、陶土、粘土、滑石、二氧化钛和一些金属如铝、钛、硅、铁、铜、锌等的键合能力。而Y则易与有机物中的树脂、橡胶等产物有良好的结合。正是由于硅烷偶联剂分子中间进存在亲有机和亲无机的两种功能团,可以把两种不同化学结构类型和亲和力相差很大的材料在界面连接起来,增加涂料和无机底层及颜料,填料与树脂基料间的结合。