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偶聯(lián)劑是一種重要的、應(yīng)用領(lǐng)域日漸廣泛的處理劑．其分子結(jié)構(gòu)的最大特點是分子中含有化學(xué)性不同的2個基團。1個是親無機物的基團，易與無機物表面起化學(xué)反應(yīng)；另1個是親有機物的基團，能與合成樹脂或其他聚合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或生成氫鍵溶于其中。因此偶聯(lián)劑被稱作分子橋，用以改善無機物與有機物之間的界面作用，如物理性能、電性能、熱性能和光性能等。偶聯(lián)劑用于橡膠工業(yè)中，可提高輪胎、膠板、膠管、膠鞋等產(chǎn)品的耐磨性和耐老化性能，并且能減小天然橡膠用量，從而降低成本。偶聯(lián)劑的種類繁多，主要有硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、雙金屬偶聯(lián)劑、磷酸酯偶聯(lián)劑、硼酸酯偶聯(lián)劑、鉻絡(luò)合物及其他高級脂肪酸、醇、酯的偶聯(lián)劑等，目前應(yīng)用范圍最廣的是硅烷偶聯(lián)劑和鈦酸酯偶聯(lián)劑。

硅烷偶聯(lián)劑最早是由美國聯(lián)合碳化合物公司(UCC)為發(fā)展玻璃纖維增強塑料中而開發(fā)的，自20世紀(jì)中期開發(fā)至今，品種相當(dāng)繁多，僅已知結(jié)構(gòu)的硅烷偶聯(lián)劑就有百余種之多，成為近年來發(fā)展較快的一類有機硅產(chǎn)品。其最大應(yīng)用領(lǐng)域主要是用于改善兩種性質(zhì)不同的材料之間的粘接性。使之在兩界面之間形成硅烷彈性撟，從而提高制品的機械、電絕緣及抗老化等綜合性能。隨著高性能和高功能化復(fù)合材料的迅速發(fā)展，對硅烷偶聯(lián)劑的性能及其使用技術(shù)也提出了新的更高的要求。比如為使一種偶聯(lián)劑能適應(yīng)多種樹脂，需要多功能硅烷；為排除填料本身性質(zhì) (酸性、堿性等) 對復(fù)合材料的影響，需要能夠使填料表面鈍化的硅烷等等。從而促使研究工作者不斷開發(fā)多功能新型硅烷偶聯(lián)劑，并使從單一使用硅烷偶聯(lián)劑向同時多種復(fù)合使用的方向發(fā)展。

硅烷偶聯(lián)劑KH550（APTES），化學(xué)名為γ-氨丙基三乙氧基硅烷，是硅烷化過程經(jīng)常使用的一種氨基硅烷，以烷氧基硅烷分子將表面官能化。在國內(nèi)有機硅產(chǎn)品中，硅烷偶聯(lián)劑KH550是實現(xiàn)工業(yè)化較早的一個品種，然而由于現(xiàn)行工業(yè)產(chǎn)品收率不高。反應(yīng)期間生成的副產(chǎn)物對設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，對環(huán)境造成了污染，因而近些年人們一直在尋求一條更為合理、有效的生產(chǎn)路線。

【結(jié)構(gòu)】

硅烷偶聯(lián)劑的分子式一般可用RnSiX ，n<4自然數(shù)，通式來表示。其特點是分子中具有兩種以上不同的反應(yīng)基團，其中R基團是非水解的可與有機物反應(yīng)的基團，如乙烯基、烯丙基、氫基、環(huán)氧基、琉基、丙烯酰氧丙基等。X 基團是可水解的基團，它是與無機材料反應(yīng)不可缺少的基團，如甲氧基、乙氧基、酰氧基、芳氧基、叔丁過氧基、氯等，它們水解以后生成Si-OH基，而與無機材料如玻璃、白炭黑、金屬等縮合。硅烷偶聯(lián)劑KH550結(jié)構(gòu)如下：

【偶聯(lián)機理】

硅烷偶聯(lián)劑包括硅烷偶聯(lián)劑KH550在提高復(fù)合材料性能方面具有顯著的效果。但迄今為止，還沒有一種理論能解釋所有的事實。常用的理論有化學(xué)鍵理論、表面浸潤理論、變形層理論、拘束層理論等。其中前兩種理論較為普遍。

1.化學(xué)鍵理論

在硅烷偶聯(lián)劑的偶聯(lián)機理中，化學(xué)鍵理論是最主要的理論。該理論認(rèn)為，硅烷偶聯(lián)劑含有反應(yīng)性基團，它的一端能與無機材料表面的羥基或金屬表面的氧化物生成共價鍵或形成氫鍵，另一端與有機材料形成氫鍵或生成共價鍵；從而將無機材料和有機材料的界面有機地連接起來，提高復(fù)合材料的各項性能。此外有研究認(rèn)為硅烷偶聯(lián)劑在有機材料和無機材料之間的作用，除了化學(xué)鍵和氫鍵之外，還存在色散力。

2.表面浸潤理論

硅烷偶聯(lián)劑的表面能較低，潤濕能力較高，能均勻地分布在被處理表面，從而提高異種材料間的相容性和分散性。硅烷偶聯(lián)劑的作用在于改善了有機材料對增強材料的潤濕能力。實際上，硅烷偶聯(lián)劑在不同材料界面的偶聯(lián)過程是一個復(fù)雜的液固表面物理化學(xué)過程。首先，硅烷偶聯(lián)劑的粘度及表面張力低、潤濕能力較高，對玻璃、陶瓷及金屬表面的接觸角很小，可在其表面迅速鋪展開，使無機材料表面被硅烷偶聯(lián)劑濕潤；其次，一旦硅烷偶聯(lián)劑在其表面鋪展開，材料表面被浸潤，硅烷偶聯(lián)劑分子上的兩種基團便分別向極性相近的表面擴散，由于大氣中的材料表面總吸附著薄薄的水層，一端的烷氧基便水解生成硅羥基，取向于無機材料表面，同時與材料表面的羥基發(fā)生水解縮聚反應(yīng)；有機基團則取向于有機材料表面，在交聯(lián)固化中，二者發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而完成了異種材料間的偶聯(lián)過程。

【選用原則】

在硅烷偶聯(lián)劑分子中，既有親有機材料的有機基團，又有親無機材料的可水解基團。其中有機基團對制品的性能影響很大。只有當(dāng)有機基團能與相應(yīng)的有機材料反應(yīng)時，才能提高復(fù)合材料的性能。當(dāng)硅烷偶聯(lián)劑中的有機基團為非反應(yīng)性的烷基或芳基時，對極性有機材料不起作用；但可用于非極性材料中。在選擇硅烷偶聯(lián)劑作復(fù)合材料的助劑時。除需考慮硅烷偶聯(lián)劑有機基團的反應(yīng)性之外。還應(yīng)考慮硅烷偶聯(lián)劑與有機材料的相容性以及對膠料貯存穩(wěn)定性的影響。有時，采用復(fù)合硅烷偶聯(lián)劑或硅烷偶聯(lián)劑與多種化合物的反應(yīng)產(chǎn)物效果會更好。

【應(yīng)用】

硅烷偶聯(lián)劑KH550可用作玻璃纖維處理劑及牙科粘結(jié)劑，硅烷偶聯(lián)劑，應(yīng)用于礦物填充的酚醛、聚酯、環(huán)氧、PBT、聚酰胺、碳酸酯等熱塑性和熱固性樹脂，能大幅度提高、增強塑料的干濕態(tài)抗彎強度、抗壓強度、剪切強度等物理力學(xué)性能和濕態(tài)電氣性能，并改善填料在聚合物中的潤濕性和分散性。是優(yōu)異的粘結(jié)促進劑，可用于聚氨酯、環(huán)氧、腈類、酚醛膠粘劑和密封材料，可改善顏料的分散性并提高對玻璃、鋁、鐵金屬的粘合性，也適用于聚氨酯、環(huán)氧和丙烯酸乳膠涂料.在樹脂砂鑄造中，能增強樹脂硅砂的粘合性，提高型砂強度及抗?jié)裥?。在玻纖棉和礦物棉生產(chǎn)中，將其加入到酚醛樹脂粘結(jié)劑中，可提高防潮性及增加壓縮回彈性。在砂輪制造中，有助于改進耐磨自硬砂的酚醛樹脂粘合劑的粘結(jié)性及耐水性

1.硅烷偶聯(lián)劑用作玻璃纖維的處理劑

硅烷偶聯(lián)劑早期是作為玻璃纖維的處理劑而開發(fā)的，在玻璃纖維增強復(fù)合材料中的應(yīng)用已非常成熟。由于硅烷偶聯(lián)劑的可水解基團水解后能與玻璃纖維表面的羥基進行脫水縮合反應(yīng)，生成穩(wěn)定的硅氧鍵；而其有機基團能與樹脂形成氫鍵或化學(xué)鍵。因此，經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理過的玻璃纖維可用作大多數(shù)熱固性樹脂及熱塑性樹脂的增強材料。通過硅烷偶聯(lián)劑可使性能差異很大的樹脂和玻璃纖維實現(xiàn)化學(xué)鍵合，將樹脂受到的應(yīng)力有效地傳遞給高強度的玻璃纖維，從而提高復(fù)合材料的強度。

2.硅烷偶聯(lián)劑用作無機粉末填料的表面處理劑

隨著硅烷偶聯(lián)劑新品種的開發(fā)與工藝的改進，硅烷偶聯(lián)劑能夠進入更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。用于復(fù)合材料的填料，除纖維狀填料外。還有球形和無定形無機粉末填料。無機粉末填料具有價廉易得、粒徑均勻等特點；但未經(jīng)處理的無機粉末填料與樹脂的相容性和分散性較差。經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑處理后，無機粉末填料與樹脂的相容性和分散性大大改善，添加的比例也提高；從而提高了復(fù)合材料的性能，降低了成本。例如：聚酰胺樹脂中添加氧化鎂后，其導(dǎo)熱系數(shù)為1.16 w/(m·K)；如果用硅烷偶聯(lián)劑KH550對氧化鎂進行表面處理。則材料的導(dǎo)熱系數(shù)會提高到2.1 W/(m·K)t 。采用整體摻混法直接將硅烷偶聯(lián)劑加入聚合物中，導(dǎo)熱灌封料的導(dǎo)熱系數(shù)可由0.6 W/ (m·K)提高到1.0 w/(m·K)t。前者是由于硅烷偶聯(lián)劑的可水解基團與氧化鎂表面的羥基發(fā)生縮合反應(yīng)，使氧化鎂的表面由親水性變?yōu)樵魉?，從而改善了氧化鎂與聚酰胺樹脂之間的相容性與分散性，使氧化鎂的添加量增大，因而復(fù)合材料的導(dǎo)熱性有了突破性的提高；后者是由于硅烷偶聯(lián)劑的可水解基團與無機填料表面的羥基發(fā)生縮合反應(yīng)。它的有機基團又與聚合物形成化學(xué)鍵合，在無機填料與聚合物之間起到了架橋作用，從而提高了灌封料的機械強度和導(dǎo)熱系數(shù)。還有人用硅烷偶聯(lián)劑a172或乙烯基三乙氧基硅烷（硅烷偶聯(lián)劑a151）處理阻燃填料后，使復(fù)合材料的氧指數(shù)高達43％L。這是由于硅烷偶聯(lián)劑改善了 其在基礎(chǔ)聚合物中的相容性和分散性，提高了添加量，從而提高了復(fù)合材料的阻燃性。

3. 硅烷偶聯(lián)劑用作膠粘劑、密封劑的增粘劑

硅烷偶聯(lián)劑廣泛用作膠粘劑、密封劑等的增粘劑。它既可用作基材的底涂，又可采用摻混法直接加到橡膠或樹脂中。將適量的硅烷偶聯(lián)劑KH570加入膠粘劑中（特別是丙烯酸酯類膠粘劑），可提高膠粘劑對鋼材的粘接效果。這是因為硅烷偶聯(lián)劑KH570分子中的可水解基團水解后，部分羥基可與吸附在鋼材表面的羥基或氫氧化物反應(yīng)，脫去一分子水，形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵，余下的羥基可進行分子間的脫水反應(yīng)，在鋼材表面形成聚硅氧烷膜；其不飽和基團可參與有機聚合物的反應(yīng)，形成互穿網(wǎng)絡(luò)，從而提高了膠粘劑與鋼材的粘接強度 。

4.硅烷偶聯(lián)劑對橡膠性能的影響

硅烷偶聯(lián)劑可提高填充橡膠的各項性能。研究硅烷偶聯(lián)劑用量對硅橡膠硫化特性的影響。發(fā)現(xiàn)加入硅烷偶聯(lián)劑的硅橡膠，其硫化動力曲線的轉(zhuǎn)矩值，比未加硅烷偶聯(lián)劑的空白膠料的轉(zhuǎn)矩值明顯降低；隨著硅烷偶聯(lián)劑用量的增加，硫化速度越來越慢，硫化時間越來越長，最大轉(zhuǎn)矩值隨之下降。

【合成】

硅烷偶聯(lián)劑KH550的合成需從基礎(chǔ)原料出發(fā)．主要有以下三步反應(yīng)：

第一步：三乙氧基氫硅的制備

第二步：丙烯胺的制備

第三步：硅烷偶聯(lián)劑KH550的制備