硅烷偶联剂 PPT课件
硅烷偶联剂合成
5.2.2 α官能团硅烷偶联剂合成
α 官能团硅烷偶联剂的化学结构通式为Y-CH2Si(OR)3，式 中Y为C6H5NH-、HS、CH2=C(CH3)COO-、H2N(CH2)nNH（n=2、4、6）等基团。基本原料是甲基三氯硅烷。
5.2.2 α官能团硅烷偶联剂合成
相关化学反应如下： 光
3CH3SiCl3 + 2Cl2 2ClCH2SiCl3 + Cl2CHSiCl3 + HCl
ClCH2SiCl3 + 3ROH
ClCH2Si(OR)3 + 3HCl
ClCH2Si(OR)3 + 2C6H5NH2
C6H5NHCH2Si(OR)3 + C6H5NH2. HCl
ClC3H6Si(OR)3
5.2.1 γ官能团硅烷偶联剂合成
2、氨烃基硅烷偶联剂
CH2=CHCH2NH2 + HSi(OR)3
Pt
H2N(CH2)3Si(OR)3
3、甲基丙烯酰氧烃基硅烷偶联剂
HSi(OR)3 CH2=C(CH3)COOCH2CH=CH2 CH2=C(CH3)COO(CH2)3Si(OR)3
5.2.1 γ官能团硅烷偶联剂合成
4、环氧基硅烷偶联剂
O
CH2=CHCH2OCH2CH-CH2 HSi(OR)3 Pt
O
(RO)3SiC3H6OCH2CH-CH2
5、乙烯基硅烷偶联剂
HSi(OR)3 + HC CH Pt ViSi(OR)3
5.2.1 γ官能团硅烷偶联剂合成
6、Pt催化剂 硅氢加成法具有反应条件较温和、产率较高、实用
面广等特点,其关键的因素是催化剂。目前常用的均相
催化剂是将氯铂酸溶于异丙醇、乙醇、四氢吠喃等溶剂 中使用。
浅谈有机硅烷偶联剂
专利品
YC-1027 专利品, 提高涂料与难附著基材的附着力
分子量
246 236 278.42 288 -----
闪点 (oC) 113 110 118 137 121 110
沸点 (oC) 310 290 304 > 300 290 290
CAS #
3388-04-3 2530-83-8 2602-34-8 10217-34-2
---
59 > 200
专利品 专利品
8、硅脂硅烷偶联剂
化学名称
A-1230 A-137 A-162 A-1630 A-Link* 597
专利的非离子硅烷分散剂 辛基三乙氧基硅烷 甲基三乙氧基硅烷 甲基三甲氧基硅烷
三-[ 3-(三甲氧基硅)丙基] 异氰脲酯
分子量
--277 178 136 ---
闪点 (oC)
纺织
提高纺织的手感、防水性和染料的粘接 力。
3、作为交联剂应用领域
领域
功能
涂料、印刷油墨
提高湿态附着力、耐化学性、耐腐蚀性、耐环境老化、颜料分散 性和 耐擦洗性。
热塑性塑料 交联聚乙烯
用于耐高温的高性能塑料, 提高强度。
铸造、磨砂 提高强度。
4、氨基硅烷偶联剂
A-1100* A-1106 A-1110 A-1120 A-1122 A-1123 A-1130 A-1170 A-1637 A-2120
Silcat* VS-735/1 一 步法生产低压硅烷交联聚乙烯电力电缆
。
190 148 132.2 280 232 -----
---
---
闪点 (oC) 44 28 8 92 51 47 44
23
23
硅烷偶联剂
硅烷偶联剂KH570一、简介KH-570硅烷偶联剂，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷是一种有机官能团硅烷偶联剂，对于提高玻纤增强和含无机填料的热固性树脂能提高它们的机械电气性能，特别是通过活性游离基反应固化（如不饱和聚酯，聚氨酯和丙烯酸酯）的热塑性树脂的填充，包括聚烯烃和热塑性聚氨酯。
二、国外对应牌号：A-174（美国联合碳化物公司）KBM-503（日本信越化学工业株式会社）SH-6030（美国道康宁化学公司）三、化学名称：γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷四、分子式：CH2=C(CH3)COOC3H6Si(OCH3)3五、典型的物理性质参数标准指标外观微黄色至无色透明液体颜色 Pt-Co, ≤ 30密度（ρ 20℃，g/cm3） 1.043~1.053折光率（nD 25°C） 1.4285 ~1.4310沸点：255℃纯度%, ≥ 97.0溶解性硅烷偶联剂KH-570可溶于甲醇、乙醇、乙丙醇、丙酮、苯、甲苯、二甲苯,水解后在搅拌下可溶于PH=4的水中,水解产生甲醇.六、用途：主要用于改善有机材料和无机材料的粘接性能，特别适用于游离基交联的聚酯橡胶，聚烯烃、聚苯乙烯和在光敏材料中作为助剂。
七CAS NO. : 2530-85-0八特征和用途KH-570硅烷偶联剂的用途：（1）当复合材料用经过与聚酯相容的表面处理剂处理过的玻纤时，能显著提高复合材料的强度，这种表面处理剂通常包括硅烷偶联剂、成膜剂、润滑剂和抗静电剂。
（2）此产品提高填充白碳黑、玻璃、硅酸盐和金属氧化物的聚酯复合材料的干湿态机械强度。
（3）此产品提高许多无机填料填充复合材料的湿态电气性能。
例如：交联聚乙烯和聚氯乙烯。
（4）此产品可与醋酸乙烯和丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯单体共聚合成可室温交联固化的。
这些硅烷团化聚合物广泛应用于涂料、胶粘剂和密封胶中。
提供优异的粘接力和耐久力。
硅烷偶联剂KH-845-4(SG-Si 1289) 化学名双-（γ-三乙氧基硅基丙基）四硫化物英文名bis-(γ-triethoxysilylpropyl)-tetrasulfideCAS 编号40372-72-3对应国外牌号A-1289（美国威科）、Z-6940（美国道康宁公司）、Si 69（德国德固萨）产品外观黄色透明液体。
硅烷偶联剂
硅烷偶联剂kh560CAS号：2530-83-8 国外牌号： A-187（美国奥斯佳有机硅有限公司）（原联碳公司），美国道康宁Z-6040,日本信越KBM-403。
KBM-403（日本信越化学工业株式会社）化学名称及分子式：γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷硅烷偶联剂KH560性质：物理形态：无色或微黄色液体。
沸点：290℃。
折光率：(nD25) 1.4260-1.4280，比重(dD25)1.065-1.072。
溶解性：溶于水，同时发生水解反应，水解反应释放甲醇。
溶于醇、丙酮和在5%以下的正常使用水平溶于大多数脂肪族酯。
硅烷偶联剂KH560用途：1.是一种含环氧基的偶联剂，用于多硫化物和聚氨酯的嵌缝胶和密封胶，用于环氧树脂的胶粘剂、填充型或增强型热固性树脂、玻璃纤维胶粘剂和用于无机物填充或玻璃增强的热塑料性树脂等。
2.硅烷偶联剂kh560增强基于环氧树脂电子密封剂和封装材料及印刷电路板的电性能，提高树脂与基体或填充剂之间的粘结力。
3.硅烷偶联剂KH-560能够增强许多无机物填充的尼龙，聚丁烯对苯二酸酯在内的复合材料的电学性能。
对范围广泛的填充剂和基体，象粘土、滑石、硅灰石、硅石、石英或铝、铜和铁在内的金属都有效。
4.从添加硅烷偶联剂KH560获益的具体应用，包括：用石英填充的环氧密封剂、预混配方，用砂填充的环氧树脂混凝土修补材料或涂层和用于制模工具和金属填充的环氧树脂材料。
5.免除了对多硫化物和聚氨酯密封胶和嵌缝化合物中独立底漆的要求。
6.硅烷偶联剂KH560还可以改进含水丙烯酸胶乳嵌缝胶和密封胶，基于聚氨酯和环氧树脂的涂层中的粘合。
7.生产包装运输：KH560用塑料桶包装，每桶净重5kg, 10kg, 20kg,代办托运。
(用量注意：硅烷偶联剂处理无机表面材料并非用量越多越好，理想的添加量是能够使硅烷偶联剂在无机材料表面里形成一层单分子层，与无机材料表面羟基反应，从而提高无机材料的亲油性。
如果硅烷偶联剂用量过多，则偶联剂自身水解后发生交联反应，从而是材料力学性能降低。
硅烷偶联剂及其应用课件
在涂料中添加硅烷偶联剂，可以提高涂层对基材的附着力，以及涂层的耐候性、 耐磨性等。
提高胶粘剂的粘结强度
在胶粘剂中使用硅烷偶联剂，可以提高胶粘剂对无机材料和有机材料的粘结强度 ，以及耐水、耐热等性能。
硅烷偶联剂应用案
04
例及效果分析
橡胶领域应用案例及效果分析
提高橡胶与填料的相容性
改善界面性能
通过硅烷偶联剂的“分子桥”作用，无机材料和有机材料的界面性能可 以得到显著改善，如提高材料的力学性能、电气性能、耐候性能等。
03
耐水性
硅氧烷基团的水解反应使得硅烷偶联剂在湿态环境下也能发挥效能。
硅烷偶联剂在橡胶领域的应用
提升橡胶与填料的分散性
硅烷偶联剂可以改善橡胶与填料之间的相容性，提高填料的 分散性，从而提高橡胶的力学性能。
THANKS.
提高耐磨性和抗老化性
通过改善橡胶表面的性能，硅烷偶联剂可以提高橡胶的耐磨 性和抗老化性。
硅烷偶联剂在塑料领域的应用
增强塑料的力学性能
硅烷偶联剂可以提高塑料与填料或增 强材料之间的界面粘结力，从而提高 塑料的力学性能。
提高塑料的耐候性
硅烷偶联剂可以改善塑料的表面性能 ，提高其耐候性。
硅烷偶联剂在其他领域的应用（如涂料、胶粘剂等）
竞争格局
当前，国内外众多企业纷纷涉足硅烷偶联剂领域，市场竞争激烈。国内企业在不断提高技 术水平和产品质量的同时，也在积极开拓国际市场。
前景展望
随着人们对环保、高性能材料的需求不断增长，硅烷偶联剂市场前景广阔。未来，市场将 更加关注产品的环保性能、高性能化和功能性。
硅烷偶联剂的创新发展方向
高性能化
为满足高分子材料在高强度、高模量、高耐磨等方面的要求，硅烷 偶联剂需要不断提高自身的性能，如耐热性、耐候性、耐化学品性 等。
硅烷偶联剂的作用
RO O RO Si R' Si OH RO RO O Si OH RO Si R' O Si O RO
1. hydrolysis 2. coupling - ROH
RO Si O Si R' O ROOR O Si O Si O RO O Si R' OR
+ H2O - 2* ROH
O Si O
硅烷偶联剂的作用
硅烷偶联剂
• 硅烷偶联剂主要用在白炭黑中，与白炭黑 和橡胶起反应，主要作用是： • 1.增加白炭黑与橡胶的结合力 • 2.增加产品的耐磨性 • 3.减小产品的滚动阻力
白碳黑与碳黑的差异
碳黑 主要成分 炭 在极短底时间内热解并团聚 白碳黑 硅氧化物 在沉降和随后的熟化过程中 较缓慢的形成 无定性结构 大量均匀分布（－ ） 大量均匀分布（－OH） （－ 亲水 对交联有相当大的影响 绝缘体
• 在加入白炭黑的橡胶配方中，一般要加入 硅烷偶联剂，同时加入PEG4000，加入 PEG4000主要是为了对白炭黑进行改性， 因为白炭黑表面有大量的OH基团，容易吸 水，同时容易结块，所以加入PEG4000以 后，白炭黑上面的OH基团与PEG4000反应， 亲水性降低，不易结块和吸水。这样更容 易与SI69起反应。同时PEG4000可以调节 白炭黑的酸性，使其不影响硫化，用量一 般是白炭黑量的7-10%。
总结
• PEG4000和硅烷偶联剂在有白炭黑的 配方住一起使用，最主要的效果就是增加 产品耐磨性，所以最常用在轮胎和鞋底等 产品中。 • PEG4000也可以单独使用，作为一种 润滑剂和活性剂，在很多配方中都有，例 如EPDM中一般会使用。
如何改进白碳黑与橡胶的黏附性能？ 如何改进白碳黑与橡胶的黏附性能？
什么是硅烷偶联剂
硅烷偶联剂知识一、定义及性能特点硅烷偶联剂是一类在分子中同时含有两种不同化学性质基团的有机硅化合物，其经典产物可用通式YSiX3表示。
式中，Y为非水解基团（也是有机基团，可以为环氧基、甲基丙稀酰氧基、巯基、氨基、烷基、异氰酸酯基和乙烯基），可与高分子发生化学反应或形成氢键，从而与高分子形成牢固的结合；X为可水解基团(包括Cl、Me-O-、Et-O-、i-Pr-O-、MeO-CH2CH2-O-等），可与含羟基无机材料反应。
由于这一特殊结构，硅烷偶联剂会在无机材料（如玻璃、金属或矿物）和有机材料（如有机聚合物、涂料或粘合剂）的界面起作用，结合或偶联两种截然不同材料。
有增强有机物与无机化合物之间的亲和力作用，并可强化提高复合材料的物理化学性能,如强度、韧性、电性能、耐水、耐腐蚀性。
性能特点及优势使用玻璃纤维或矿物增强有机聚合物时，聚合物和无机材料之间的界面或界面相涉及许多物理和化学因素之间复杂交叉作用。
这些因素和粘合力、物理强度、膨胀系数、浓度梯度和产品性能保持力相关。
影响粘合的重要破坏力量就是水分迁移到无机增强的亲水表面。
水分侵蚀界面，破坏了粘接。
“真正”的偶联剂在无机和有机材料的界面可以形成耐水键结。
硅烷偶联剂具有独特的化学和物理性能，不但增强了结合强度，更重要的是，防止了在复合材料老化和使用过程中在界面上的键结解体。
偶联剂赋予了两个相异、难以结合表面之间的稳定结合。
硅烷偶联剂不仅可用作基体间的弹性桥联剂，即改善两种不同化学性能材料之间的粘接性，达到提高制品的机械、电绝缘、抗老化及憎水等综合性能的目的；也可用作材料表面改性剂，赋予防水、防静电、防霉、防臭、抗血凝及生理惰性等性能；还可以用作非交联聚合物体系的交联固化剂，使其实现常温常压固化。
在复合材料中，选择合适的硅烷可以使复合材料的弯曲强度提高40%以上。
硅烷偶联剂也增强了涂层和粘合剂之间的结合强度，同时增强了对湿度和其他恶性环境条件的抵抗力。
硅烷偶联剂可提供的其他优势包括：1、更好的浸湿无机材料2、复合时具有更低的粘度3、更光滑的复合材料表面4、降低无机材料对热固复合材料催化剂的抑制作用5、更清晰透明的增强塑料二、硅烷偶联剂的作用机理硅烷偶联剂的作用和效果以被人们认识和肯定，但界面上极少量的偶联剂为什么会对复合材料的性能产生如此显著的影响，现在还没有一套完整的偶联机理来解释。
硅烷偶联剂
硅烷偶联剂一项目建设的目的：为减少单一产品的经营风险，改进有机硅主要产品的结构，考虑发展有机硅下游产品——硅烷偶联剂，降低经营风险，在市场占据有利形势。
近几年，由于我国玻纤行业和子午线轮胎生产的快速发展，使得市场对硅烷偶联剂的需求量增长很快。
我国的玻璃纤维产业属于朝阳产业，而随着建筑、机械、电子等玻璃纤维增强复合材料等应用领域的发展，使得我国的玻璃纤维产业正在进入新一轮高速发展期。
预计“十一五”期间，玻纤生产量的发展速度将接近10%,2010年我国玻璃纤维量有望达到130万吨，对硅烷偶联剂的需求量将达到18000吨左右；加上橡胶行业及其他行业发展的需求，预计2010年国内硅烷偶联剂总需求量将达到25000吨以上。
目前国内虽有多家硅烷偶联剂生产企业，但绝大多数企业生产规模小，而且产品档次较低，品种规格较少。
因此，有条件的地区或企业建设较大型的多功能硅烷偶联剂生产线，提高我国硅烷偶联剂的生产水平是必要的。
二概述1 基本情况：硅烷偶联剂是一类具有特殊结构的低分子有机硅化合物，其通式为RSiX3，式中R代表氨基、巯基乙烯基、环氧基、氯丙基、氰基及甲基丙烯酰氧基等基团，这些基团和不同的基体树脂均具有较强的反应能力，x代表能够水解的基团，如卤素、烷氧基、酰氧基等。
硅烷偶联剂是由三氯氢硅（HSiCl3）和带有反应性基团的不饱和烯烃在铂氨酸催化下加成，再经醇解而得。
硅烷偶联剂既能与无机物中的羟基又能与有机聚合物中的长分子链相互作用，使两种不同性质的材料偶联起来，从而改善生物材料的各种性能。
2 用途：硅烷偶联剂的应用大致可归纳为三个方面;(1) 用于玻璃纤维的表面处理。
硅烷偶联剂能改善玻璃纤维和树脂的粘合性能，提高玻璃纤维增强复合材料的强度、抗水、抗气候等性能。
2004年玻璃纤维使用的硅烷偶联剂约占其消耗总量的50%以上，其中用得较多的品种有乙烯基硅烷、氨基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷等。
(2) 用于无机填料的表面处理。
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④加热固化过程中，伴随脱水反应而与基材形成共价键连接。
一般认为，界面上硅烷偶联剂水解生成的3个硅羟基中只有1个 与基材表面键合；剩下的2个Si—OH，或与其他硅烷中的Si—OH 缩合，或呈游离状态。
以氨丙基三乙氧基硅烷为例， 当用它首先处理无机填料时（如玻璃纤维等），硅烷首先水解变成硅醇， 接着硅醇基与无机填料表面发生脱水反应，进行化学键连接，反应过程如 下： 硅烷中的X基团水解——水解后羟基与无机填料反应——经偶联剂处理的 无机料填进行填充制备复合材料时，偶联剂中的Y基团将与有机高聚物相互
硅烷偶联剂
主讲内容
偶联剂 硅烷偶联剂定义与结构 硅烷偶联剂作用机理 有机硅烷偶联剂的选择原则 硅烷偶联剂的种类及应用 硅烷偶联剂使用方法
偶联剂
一、偶联剂定义 偶联剂（ Coupling agent），又称表面改性劑。在塑料配混中，改善合成树脂 与无机填充剂或增强材料的界面性能的一种塑料添加剂。
单烷氧基焦磷酸酯型
螯合型
适用于树脂基多种复合材料体系，适合于 含湿量高的填料体系；
适用于树脂基多种复合材料体系，由于它 们具有非常好的水解稳定性，特别适用于 含水聚合物体系； 适用于多种树脂基或橡胶基复合材料体系 适用于多种热固性树脂，也适用于多种热 塑性树脂。
配位体型 铝酸化合物偶 联剂 硅烷偶联剂 含铝酸的低分子量的无机聚合 物 在分子中同时含有两种不同化 学性质基团的有机硅化合物
161.5 190.3
相对密 度 (25℃)
1.26 0.93
折射率 (25℃)
1.432 1.395
闪点 /℃
21 54
沸点/℃ (101.324×1 03Pa)
19 161
乙烯基三氯硅烷 乙烯基三乙氧基硅烷
乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷
γ-缩水甘油丙基-三甲氧基硅烷 γ-甲基丙烯酰氧基丙基-三甲氧基 硅烷 N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基-三甲氧 基硅烷 N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基-甲基三甲氧基硅烷 γ-氯丙基-三甲氧基硅烷 γ-巯丙基-三甲氧基硅烷 γ-氨丙基-三甲氧基硅烷
285
290 255 259 234 192 212 217
二、硅烷偶联剂的作用机理
化学键理论（最古老却又是迄今为止被认为是比较成功的一种理论）
①与硅原子相连的Si—X基水解，生成Si—OH；
②Si—OH之间脱水缩合，生成含Si—OH的低聚硅氧烷；
③ 低聚硅氧烷中的Si — OH与基材表面的—OH形成氢键；
能可逆的重新愈合。这样在界面上既有拘束层理论的刚性区域(由树脂和硅烷 偶联剂交联生成)，又可允许应力松弛，将化学键理论、拘束层理论和变形层
理论调和起来。此机理不但可以解释界面偶联作用机理，而且也可以说明松
作用，最终搭起无机填料与有机物之间的桥梁。
表面浸润理论
理论认为硅烷偶联剂提高了玻璃纤维或其他无机材料的表面张力，甚至使其 大于树脂基体的表面张力，从而有利于树脂在无机物表面的浸润与展开，改 善了树脂对无机增强材料的润湿能力，使树脂与无机增强材料较好地黏合在 一起。
变形层理论
理论认为硅烷偶联剂在界面中是可塑的，它可以在界面上形成一个大于 10nm的柔性变形层，这个变形层具有遭受破坏时自行愈合的能力，不但能够 松弛界面的预应力，而且能阻止裂纹的扩展，故可改善界面的黏合强度。
与无机物表面有较好的反应性。典型的X基团有烷氧基、芳氧基、酰基、氯基等； 最常用的则是甲氧基和乙氧基; 3. Y为非水解的、可与高分子聚合物结合的有机官能团。如乙烯基、乙氧基、氨基、 环氧基、甲基丙烯酰氧基、巯基等，与各种合成树脂、橡胶有较强的亲和力或反应 能力。
常用的代表性硅烷偶联剂 偶联剂名称 相对分 子 质量
硅烷偶联剂
联剂又名硅烷处理剂、底涂剂，是一类在分子中同时含有两种不同化学性质 基团的有机硅化合物,可以和有机与无机材料发生化学键合(偶联)，增加两种材料的 粘接性。
硅烷偶联剂结构
结构通式为YnSiX（4-n）； 1.通式中n为0～3的整数；
2. X为可水基团，遇水溶液、空气中的水分或无机物表面吸附的水分均可引起分解，
280.4
236.1 248.1 222.1 206.1 198.5 196.1 221.0
1.04
1.07 1.04 1.03 0.98 1.08 1.06 0.94
1.428
1.427 1.429 1.445 1.445 1.418 1.439 1.419
66
135 138 140 140 78 102 104
亲无机物 的基团
偶联剂
亲有机物 的基团
降低合成树脂熔体的粘度， 改善填充剂的分散度以提 高加工性能
二、偶联剂的作用
偶联剂被称作“分子桥”，用以改善无机物与有机物之间的界面作用， 从而大大提高复合材料的性能，如物理性能、电性能、热性能、旋光性能 等。 偶联剂在复合材料中的作用在于它既能与增强材料表面的某些基团反 应，又能与基体树脂反应，在增强材料与树脂基体之间形成一个界面层， 界面层能传递应力，从而增强了增强材料与树脂之间粘合强度，提高了复 合材料的性能，同时还可以防止其它介质向界面渗透，改善了界面状态， 有利于制品的耐老化、耐应力及电绝缘性能。 偶联剂用于橡胶工业中，可提高轮胎、胶板、胶管、胶鞋等产品的耐 磨性和耐老化性能，并且能减小NR用量，从而降低成本。
三、偶联剂的分类
按偶联剂的化学结构及组成分为有机铬络合物、钛酸酯类、铝酸化合 物和硅烷类四大类。
偶联剂种类 偶联剂结构 适用范围及体系
铬络合物偶联 剂
钛酸酯偶联剂
由不饱和有机酸与三价铬离子 形成的金属铬络合物
单烷氧基型
品种比较单一，适用范围小
适用于多种树脂基复合材料体系，适合于 不含游离水、只含化学键合水或物理水的 填充体系
拘束层理论
理论认为复合材料中高模量增强材料与低模量树脂之间存在着界面区，而硅 烷偶联剂为其中的一部分。硅烷偶联剂不仅能与无机物表面产生黏合，而且
还有可以与树脂反应的基团，能将聚合物“紧束”在界面上。当此界面区的
模量介于无机增强材料与树脂之间时，应力可以被均匀地传递。
可逆水解理论
理论认为有水存在时硅烷偶联剂和玻璃纤维间受应力作用而产生断裂，但又