在化學界有一個著名的媒婆，它身懷絕技，舌燦蓮花，有各種辦法可以將無機物和有機物這兩個不同的“物種”都能結合在一起。它就是大名鼎鼎的
硅烷偶聯劑。
硅烷偶聯劑最早是於上世紀40年代由美國聯合碳化合物公司（UCC）和道康寧公司（DCC）首先為發展玻璃纖維增強塑料而開發的。
1947年Ralphkw等發現用丙烯基三乙氧基硅烷改性玻璃纖維而製成的聚酯複合材料可以得到雙倍的強度，從而開創了硅烷偶聯劑實際應用的歷史，並極大的刺激了硅烷偶聯劑的研究與發展。
硅烷偶聯劑是一類具有特殊結構的低分子有機硅化合物，它研究得最早且應用較多，硅烷偶聯劑不僅能提高複合材料的力學性能，還能改善其耐水性，耐熱性和耐候性等性能。
01
硅烷偶聯劑的概念
硅烷偶聯劑是在同一個分子裡含有兩種無機反應性和有機反應性的硅基化學分子，通常典型結構為：Rn-Si-(X)4-n
偶聯機理如下圖：
02
硅烷偶聯劑的結構特徵
硅烷偶聯劑的結構通式為Y－Ｒ－Si－X3，Y代表有機官能基，Ｒ代表亞烷基，X代表能夠水解的基團。
Y主要與有機聚合物反應，而可水解基團X主要控制水解速率。在相同的水解條件下，大基團的可水解基水解速率慢;在酸性環境下，帶有較長亞烷基的水解較慢。
例如:可水解的烷氧基通常是乙氧基或是甲氧基，在相同的水解條件下，三甲氧基硅烷的水解速率要比三乙氧基硅烷的快。而α－甲基丙烯酰氧基－甲基－三乙氧基硅烷在酸性溶液中其水解速率是γ－甲基丙烯酰氧基－丙基－三乙氧基硅烷的20倍。
03
硅烷偶聯劑的功能
硅烷偶聯劑既能與無機物中的羥基又能與有機聚合物中的長分子鏈相互作用,使兩種不同性質的材料偶聯起來,從而改善生物材料的各種性能。因此，廣泛應用在橡膠、塑料、填充複合材料、環氧封裝材料、彈性體、塗料、粘合劑和密封劑等方面。
04
硅烷偶聯劑的應用
01
用作表面處理劑
主要用於玻璃纖維的表面處理,能改善玻璃纖維和樹脂的粘接性能,大大提高玻璃纖維增強複合材料的強度、電氣、耐水、耐候等性能;即使在溼態,也能顯著提高複合材料的機械性能。
02
用於無機填料填充塑料
可預先對填料進行表面處理,也可直接加入素質中。能改善填料在樹脂中的分散性及粘接力,改善工藝性能和提高填充塑料(包括橡膠)的機械、電氣和耐候等性能。
03
用作密封劑、膠粘劑和塗料的增粘劑
能提高密封劑、粘接劑和塗料的粘接強度、耐水性、耐高溫、耐氣候等性能。
04
用作粘合促進劑
用於難粘材料聚烯烴(如PE,PP)和特種橡膠(如硅橡膠、EPR、CR、氟橡膠)的粘合促進劑。
05
用作紡織助劑
與有機硅乳液並用,可提高貿紡織品的服用性能,試織物具有柔軟、豐滿、回彈性好、防皺挺刮、防水抗靜電、耐洗、穿著舒適等優點。
06
用於生化、環保方面硅烷偶聯劑
硅烷偶聯劑是製備硅樹脂固胰酶載體的重要原料。並可使固化酶不溶於水,未match失活的固相酶經過濾後還可繼續使用,不僅提高了生物酶的利用率,還能避免造成汙染和浪費。
07
用於“假牙”成型
國內牙科中“假牙”,一般是用改性甲基丙烯酸酯類聚合物與填料製成。為提高它們之間粘合力,以提高“假牙”的強度和剛度,在其未固化前,配方中加入KH- 570硅烷偶聯劑 。
08
除此之外
除此之外,硅烷偶聯劑還廣泛用作防水劑、交聯劑、金屬的防腐劑、玻璃和陶瓷的保護劑、纖維和皮革的整理劑以及石油開發和運輸的助劑。某些偶聯劑(如-氨丙基三乙氧基硅烷、-氯丙基三乙氧基硅烷)遇明火不燃,還可作為阻燃劑等。
05
硅烷偶聯劑在線纜行業中
硅烷偶聯劑在電線電纜中主要是作為交聯劑和增粘劑使用，賦予材料的如下性能：
提高改性後的材料的熱形變穩定性和機械強度，
提高改性後的材料的溼態電氣性能，
提高改性後的材料的耐化學性，
提高填料的添加量的同時改善加工性。
1
交聯劑
乙烯基硅烷是用於聚烯烴材料交聯的最常用的交聯劑，其反應過程如下所示：
2
增粘劑/表面改性劑
在低煙無滷線纜材料的生產中，常會使用硅烷偶聯劑作為無機阻燃材料的表面改性劑，提高填料在樹脂或者橡膠中的分散性和與樹脂的粘結性，並改善被填充基材的加工性能、機械性能和熱穩定性。
06
硅烷偶聯劑在玻纖和複合材料中
硅烷偶聯劑是玻璃纖維增強聚合物的關鍵成分，玻纖極其親水，能把水吸附到界面上，如果不用硅烷處理表面，玻璃纖維和樹脂之間的結合將變弱，最後導致斷裂。
有機硅烷在玻璃纖維中的作用可以歸納為：
（1）在增強複合材料中，改進幹、溼態的力學性能 使增強複合材料的電氣性能穩定
（2）在玻璃纖維增強材料的製造過程中改進加工特性
（3）在複合材料的製造中提高玻璃纖維的改進處理
（4）增加熱絕緣玻璃纖維的彈性和強度
硅烷偶聯劑在複合材料中形成化學鍵的作用機理如下圖：
07
硅烷偶聯劑在橡膠混煉中
在橡膠行業，硅烷的獨特性質被用於提高性能和改善工藝性能，硅烷在橡膠配方中充當偶聯劑和分散劑。
由於在增強型橡膠中使用無機填料取代炭黑帶來的好處使硅烷在有機橡膠業中得到了很廣泛的應用。和炭黑相比，白炭黑和其他無機填料能使橡膠獲得更優異的物理性質和性能。
BUT要使非炭黑填料起到作用必須用到硅烷偶聯劑，為了使無機填料和有機彈性體有效結合，硅烷的使用是其中一個關鍵因素，機理和前面礦物和填料處理類似，甲氧基或者乙氧基將和白炭黑或者粘土表面強力粘結，有機官能團將和橡膠聚合物鍵合，機理見圖示
硅烷偶聯劑是繼有機硅工業中三大產品——硅油、硅橡膠、硅樹脂之後的第四大部類，其在有機硅工業中的地位日趨重要，已成為現代有機硅工業，有機高分子工業，複合材料工業及相關高技術領域中不可缺少的配套化學助劑，而且是一種重要的高科技含量，高附加值的有機硅產品。
—END—
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