硅烷偶联剂
硅烷偶联剂的作用原理
硅烷偶联剂的作用原理1 硅烷偶联剂的概述硅烷偶联剂是一种重要的有机硅功能材料，具有多种应用。
它通过特定结构的有机硅分子中的硅氧键，与无机材料如玻璃、金属、陶瓷等形成稳定的化学键，并在两种材料之间形成一层有机硅化合物的介质，从而实现有机硅与无机材料的连接。
硅烷偶联剂广泛应用于化工、医疗、生物等多个领域，其作用原理也逐步得到了深入研究。
2 硅烷偶联剂的结构与性质硅烷偶联剂主要是由硅和有机基团组成，其中硅和氧之间的键强度高于碳和氧之间的键。
这种结构使得硅烷偶联剂可以广泛应用于多种材料。
硅烷偶联剂的结构可以分为两种，一种是一元硅烷偶联剂，另一种是复合硅烷偶联剂。
一元硅烷偶联剂一般只含有一种有机基团，比如甲基、乙基等，这种种类的硅烷偶联剂在多种材料的的应用较常见。
而复合硅烷偶联剂则在硅烷分子的基础上添加了其他分子，例如氨基、酰胺基等，在生物领域中得到了广泛应用。
3 硅烷偶联剂的作用原理硅烷偶联剂的主要作用原理是通过其分子结构中的硅氧键实现有机硅和无机硅之间的连接。
具体来说，硅烷偶联剂分子通过其分子结构中的有机基团和硅烷分子的分子结构相互作用，形成硅氧键，从而实现有机硅和无机硅之间的连接。
硅烷偶联剂的连接是基于化学反应进行的，通过化学键形成介质，稳固的连接有机硅与无机硅。
同时，硅烷偶联剂可以通过其有机基团的特殊性质，调节有机硅与无机硅的性质，并防止有机硅因缺乏均一包覆而发生水解并分解。
硅烷偶联剂连接还可以使得不同性质的两种材料连接在一起，形成另一种性质的材料，在这种变化过程中，硅烷偶联剂起到了至关重要的作用。
4 硅烷偶联剂的应用领域硅烷偶联剂的应用领域非常广泛，涉及化工、医疗、生物等多个领域。
其中化工领域中，硅烷偶联剂主要应用于玻璃、金属、陶瓷等无机材料的表面改性，增加其界面耐久性；在纤维素、聚酯等有机材料中的表面涂覆、混合，并起到增加抗张强度的作用。
在医疗、生物领域中，硅烷偶联剂可以应用于细胞和组织的诊断和治疗中。
硅烷偶联剂 PPT课件
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
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。
硅烷偶联剂的作用原理
硅烷偶联剂的作用原理首先，硅烷偶联剂的分子结构特点决定了其具有很强的亲硅性和亲油性，使其能够有效地在有机物和无机物之间建立化学键。
硅烷偶联剂的分子结构通常含有一个或多个硅烷基（R-Si）和一个或多个活性官能团（例如氨基、羧基、羟基等）。
硅烷基可以通过官能团与无机材料表面形成化学键，而官能团可以与有机物表面发生反应。
这种特殊的结构使硅烷偶联剂能够同时与有机物和无机物发生反应，从而实现它们之间的紧密结合。
第二，硅烷偶联剂的化学反应是实现有机物和无机物之间偶联的关键。
其反应机理主要包括两种：一是硅烷偶联剂中的硅烷基与无机材料表面的氢原子发生取代反应，形成硅氧键；二是硅烷偶联剂中的官能团与有机物表面的官能团发生化学反应，如缩酐反应、缩醛反应、羧酸反应等。
这些反应能够在官能团之间建立化学键，使硅烷偶联剂与有机物和无机物之间形成稳定的化学键。
最后，硅烷偶联剂的界面效应是指其在有机物和无机物界面上所表现出的性质和作用。
硅烷偶联剂在界面上能够形成一层物理或化学的稳定膜，不仅可以改善两者之间的相溶性和相容性，还能提高它们之间的粘附性、增加界面的密封性和抗湿性，从而有效地减少水分、氧和污染物等对界面的腐蚀和破坏。
此外，硅烷偶联剂还能调节界面的电荷性质，改变界面表面的电性和化学反应性，进一步提高界面的稳定性和功能性。
总之，硅烷偶联剂的作用原理可以归结为其独特的分子结构、化学反应和界面效应的综合作用。
通过这种作用机制，硅烷偶联剂能够实现有机物和无机物之间的有效偶联，并提高它们之间的相容性、粘附性和界面性能，从而在多种领域中得到广泛应用。
常用硅烷偶联剂
常用硅烷偶联剂——KH550、KH560、KH570、KH792、DL6021. KH550KH550硅烷偶联剂 CAS号：919-30-2一、国外对应牌号A-1100美国联碳,Z-6011美国道康宁,KBM-903日本信越;本品有碱性,通用性强,适用于环氧、PBT、酚醛树脂、聚酰胺、聚碳酸酯等多种热塑性和热固性树脂;二、化学名称分子式：名称：γ-氨丙基三乙氧基硅烷别名：3-三乙氧基甲硅烷基-1-丙胺3-Triethoxysilylpropylamine APTES,γ-氨丙基三乙氧基硅烷或3-氨基丙基三乙氧基硅烷3-Aminpropyltriethoxysilane AMEO分子式：NH2CH23SiOC2H53分子量：221.37分子结构：三、物理性质:外观：无色透明液体密度ρ25℃：0.946沸点：217℃折光率nD25: 1.420溶解性：可溶于有机溶剂,但丙酮、四氯化碳不适宜作释剂；可溶于水;在水中水解,呈碱性;本品应严格密封,存放于干燥、阴凉、避光的室内;四、KH550主要用途：本品应用于矿物填充的酚醛、聚酯、环氧、PBT、聚酰胺、聚碳酸酯等热塑性和热固体树脂,能大幅度提高增强塑料的干湿态抗弯强度、抗压强度、剪切强度等物理力学性能和湿态电气性能,并改善填料在聚合物中的润湿性和分散性;本品是优异的粘结促进剂,可用于聚氨酯、环氧、腈类、酚醛胶粘剂和密封材料,可改善颜料的分散性并提高对玻璃、铝、铁金属的粘合性,也适用于聚氨酯、环氧和丙烯酸乳胶涂料;在树脂砂铸造中,本品增强树脂硅砂的粘合性,提高型砂强度抗湿性;在玻纤棉和矿物棉生产中,将其加入到酚醛粘结剂中,可提高防潮性及增加压缩回弹性;在砂轮制造中它有助于改进耐磨自硬砂的酚醛粘合剂的粘结性及耐水性;2. KH560一、国外对应牌号：A-187美国联碳公司;KBM-403日本信越化学工业株式会社二、化学名称及分子式化学名称：γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷分子式：CH2CHOCH2OCH23SiOCH33结构式：分子量：236.3376三、物理性质：物理形态：液体;颜色：无色透明;沸点：290℃;折光率：nD25 1.4260-1.4280,密度ρ25℃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;四、应用范围：KH-560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;五、特点与用途改善用玻璃纤维粗纱增强的硬复合材料的强度性能;在调湿期后,把强度性能保持在最大程度;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,这是提高了树脂与基体或填充剂之间的粘结力而产生的;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;从添加KH-560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;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;改进两部分环氧结构粘合剂的粘接;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;在有机调色剂中,改善粘合剂的兼溶性,分散性和流动性;3. 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=CCH3COOCH23SiOCH33五、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,能显着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;4. KH792一、国外对应牌号：美国联碳公司：A-112.0,美国道康宁公司：Z-6020 日本信越公司：KBM-603二、化学名称：N-β一氨乙基-γ-氨丙基三甲乙氧基硅烷三、化学结构式:NH2CH2CH2NHCH2CH2CH2SiOCH33四、物理性质：本品为双氨基型官司能团硅烷,外观为淡黄色透明液体,能溶于苯、乙醚中,与丙酮,四氯化碳,水反应;沸点：259℃,密度ρ25℃ 1.030,折光率nD25 1.448；闪点138℃;五、用途及注意事项：改善粘合,提高了复合材料的干态和抗张强度与模量,抗弯强度与压缩强度;尤其是制品湿态电气性能;主要提高环氧、酚醛,三聚氰胺,呋喃等树脂层压材料性能,对聚丙烯,聚乙烯,聚丙烯酸醋,有机硅,聚酰胺,聚碳酸醋,聚氰乙烯也有效;主要作玻纤整理剂,也广泛用于玻璃微珠,白炭黑,滑石,云母,粘土,粉煤灰等含硅物质;六.包装及储存1.塑料桶包装,每桶净重5公斤,10公斤,200公斤特殊规格需预订;2.本品需密闭,于阴凉通风处储存;5. DL602一、国外对应牌号：美国联碳公司：A-2120,日本信越公司：KBM-602二、化学名称：N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷三、化学结构式：NH2 CH2 CH2 NH2 CH2 CH2 CH2 SiCH3OCH32四、物理性质：本品为双氨基型官能团硅烷,外观为无色透明液体,能溶于乙醇、乙醚、丙酮、甲苯、二甲苯等溶剂,受潮易水解,密度ρ25℃ 0.970,折光率nD25 1.445,沸点：232℃,闪点：93℃;五、用途及注意事项：本品是多种有机硅超级柔软整理剂,用其改性后的硅油加大了对纤维的亲和力,从而达到柔软、滑爽、悬垂、抗静电、耐洗、防皱等功效; 用于硅烷固化、聚硫密封剂胶中,单、双组份可交联渗入硅酮聚硫密封胶,从而改善对基材水泥、铜、玻璃等的附着力,而且固化无气泡,体系色浅; 用于酚醛、环氧树脂,可提高复合材料的强度和低频条件下的湿态电气性能.。
偶联剂相关资料
硅烷偶联剂硅烷偶联剂又名硅烷处理剂、底涂剂，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代表与聚合物分子有亲和力或反应能力的活性官能团，如氧基、巯基、乙烯基、环氧基、酰胺基、氨丙基等;X代表能够水解的烷氧基，如卤素、烷氧基、酰氧基等。
硅烷偶联剂是在分子中具有两种以上不同反应基的有机硅单体，它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。
通式中n为0～3的整数; X表示水解性官能基，它可与甲氧基、乙氧基、溶纤剂以及无机材料(玻璃、)等发生偶联反应; Y为有机官能团，如乙烯基、乙氧基、氨基、环氧金属、SiO2基、甲基丙烯酰氧基、巯基等，可与无机材料、各种合成树脂、橡胶发生偶联反应。
典型硅烷偶联剂性能如下表：用于玻璃纤维、无机填料表面处理。
用作密封剂、胶粘剂和涂料增稠剂。
还应用于使固定化酶附着到玻璃基材表面、油井钻探防砂、使砖石表面具有憎水性、使荧光灯涂层具有较高的表面电阻、提高液体色谱中有机相对玻璃表面的吸湿性能等。
由硅氯仿与带有活性基团的烯烃在铂催化剂催化下加成再经醇解制得。
代表性硅烷偶联剂如表所示。
根据硅烷偶联剂的反应机理，水解性官能基X遇水生成硅醇。
如果是无机材料(如玻璃)，则偶联剂和玻璃表面的硅醇发生缩合反应，在玻璃和硅烷偶联剂之间形成共价键。
利用这一特点，硅烷偶联剂可用于处理玻璃纤维(制增强塑料)、改进涂料和粘合剂性能以及用于处理无机填料的表面等，对于玻纤增强不饱和聚酯来说，以用甲基丙烯酰氧基硅烷为宜;对于环氧树脂层压板，则以用环氧化硅烷及氨基硅烷为宜。
硅烷偶联剂的新用途是作为聚乙烯交联剂，通过聚乙烯和乙烯基三甲氧基硅烷接枝共聚，或通过聚乙烯与硅烷发生缩合反应进行交联。
经过处理的聚乙烯可用作电缆及复杂的异型材料。
为了适应功能性高分子复合材料的发展，已开发出一些新型硅烷偶联剂，如γ-脲基丙基- 三甲氧基硅烷，γ-缩水甘油基丙基-甲基-二乙氧基硅烷及N-苯基-γ-氨基丙基-二甲氧基硅烷等。
硅烷偶联剂
偶联剂
亲无机物 的基团
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
整理课件
3
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。
硅烷偶联剂
整理课件
1
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
整理课件
2
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。
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， 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。
整理课件
6
常用的代表性硅烷偶联剂
偶联剂名称
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
硅烷偶联剂
KH-550(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。
)
水解PH值条件
1 准备醋酸浓度为0.1～2.0％的水溶液若硅烷偶联剂的溶解性良好，则可以降低醋酸浓度。
若是硅烷偶联剂KBM-6123，KBM-573，KBM-575除外），则无需添加醋酸。
2 在充分搅拌醋酸水溶液的同时滴入硅烷偶联剂，硅烷偶联剂的浓度一般为0.1～2.0％，搅拌速度应控制在不使液体溢出状态。
另外，若滴入时间过短则不利于硅烷偶联剂的扩散，极易生成凝胶状物质。
3 滴入工作结束后，继续搅拌30～60分钟待水溶液几乎呈透明状态时，硅烷偶联剂的加水分解工作方告结束。
4 根据需要对硅烷水溶液进行过滤，当出现不容物或悬浮物时，若施以过滤会取得好的效果。
在连续使用硅烷水溶液时，建议采用孔径为0.5um以下的染料溶滤笼做循环过滤处理。
[水溶性]
属于硅烷偶联剂的烷氧基甲硅烷基，一旦溶于水中，则成为硅烷醇基。
这个硅烷醇基是不稳定的，随着时间的推移会产生缩合反应，其结果是与硅氧烷结合而凝胶化。
虽然通常情况下硅烷醇基在水溶液中并不稳定，可一旦进入弱酸性环境，则变的极其稳定。
此外，胺硅烷基于与氨基的相互作用，它在水溶液中是非常稳定的。
为了改善溶液保存的稳定性，可以使用调节溶液的ph值（ph4～5）同时使用乙醇以及在低于常温的环境下储藏等方法。