硅烷偶联剂及其应用技术ppt课件
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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 /℃
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沸点/℃ (101.324×1 03Pa)
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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
提升涂层的附着力和耐候性
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。
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。
硅烷偶联剂及其应用技术共58页文档
格 尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
10、一个人应该：活泼而守纪律，天 真而不 幼稚， 勇敢而 鲁莽， 倔强而 有原则 ，热情 而不冲 动，乐 观而不 盲目。 ——马 克思
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
10、一个人应该：活泼而守纪律，天 真而不 幼稚， 勇敢而 鲁莽， 倔强而 有原则 ，热情 而不冲 动，乐 观而不 盲目。 ——马 克思
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
硅烷偶联剂及其应用技术ppt课件
电导率测定法
SCA水解程度的检测
电导率测定法设备简单、操作方便。因SCA与去离子水的电导率很低， 而水解产物硅醇和醇的电导率较高，即使溶剂中采用了醇，因其在反应前 后量不变而对体系在水解过程中电导率会逐渐增大，一定时间后反应达到 平衡，相应电导率值也稳定在某一值，这表明水解已达平衡，测试硅醇含 量为该水解条件下的最大值。
SCA水解生成的硅醇极性较强，容易形成氢键以及脱水缩合生成硅氧 烷或聚硅氧烷。
SCA羟基之间的缩合反应并非两个简单化合物之间的反应，而是代表 各种中间产物的硅羟基之间的缩合。而硅羟基间的缩合反应使硅醇的数目 减少，使硅醇和纳米粒子的作用相应减弱，不利于纳米粒子的分散。因此， 在使用SCA分散纳米粒子的过程中，应尽量降低产生缩合反应的机会。
O
O H H
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由此可看出，SCA水解生成硅醇是与纳米粒子表面发生作用的前提，而 SCA的水解程度又直接影响硅醇与纳米粒子表面的作用效果，因为只有硅醇 单体才能对纳米粒子形成稳定结构。此外，在水解过程中往往伴随着浑浊现 象的发生，这意味着体系中SCA完全缩合成硅氧烷高聚体，此时SCA失去了 分散纳米SiO2的能力。因此，研究SCA的水解机理和分散机理具有重要意义。
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10
当Y为无反应性的烷基或芳基时，可 用于非极性树脂，如硅橡胶、聚苯乙烯 等的胶接中。当Y含氨基时，是属于催化 性的，能在酚醛、脲醛、三聚氰胺甲醛 的聚合中作催化剂，也可作为环氧和聚 氨酯树脂的固化剂，这时偶联剂完全参 与反应，形成新键。x 基团的种类对偶联 效果没有影响。因此，根据Y基团中反应 基的种类，硅烷偶联剂也分别称为乙烯 基硅烷、氨基硅烷、环氧基硅烷、巯基 硅烷和甲基丙烯酰氧基硅烷等，这几种 有机官能团硅烷是最常用的硅烷偶联剂。
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7
③在橡胶与其他材料的胶接方面，硅烷增 粘剂具有特殊的功用。它明显地提高各种橡胶 与其它材料的胶接强度。
④本来无法用一般粘接剂解决的粘接问题 有时可用硅烷偶联剂解决。如铝和聚乙烯、硅 橡胶与金属、硅橡胶与有机玻璃，都可根据化 学键理论，选择相应的硅烷偶联剂，得到满意 的解决。一般的粘接剂或树脂配合使用偶联剂 后不仅能提高粘合强度，更主要的是增加粘合 力的耐水性及耐久性。如聚氨基甲酸酯和环氧 树脂对许多材料虽然具有高的粘合力，但粘合 的耐久性及耐水性不太理想；加入硅烷偶联剂 后，这方面的性能可得到显著的改善。
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6
硅烷偶联剂在胶粘剂工业的具体应用有如 下几个方面：
①在结构胶粘剂中金属与非金属的胶接， 若使用硅烷类增粘剂，就能与金属氧化物 缩合，或跟另一个硅烷醇缩合，从而使硅 原子与被胶物表面紧紧接触。如在丁腈酚 醛结构胶中加入硅烷作增粘剂，可以显著 提高胶接强度。
②在胶接玻璃纤维方面国内外已普遍采 用硅烷作处理剂。它能与界面发生化学反 应，从而提高胶接强度。例如，氯丁胶胶 接若不用硅烷作处理剂时，胶接剥离强度 为1.07公斤/厘米2，若用氨基硅烷作处理 剂，则胶接的剥离强度为8.7公斤/厘米2。
硅烷偶联剂及其应用课件
油田污水处理
硅烷偶联剂可以改善污水中杂质的分离效果 ，提高污水处理效率。
密封胶
要点一
粘接力增强
硅烷偶联剂可以提高密封胶与基材的粘接力，提高密封效 果。
要点二
耐候性改善
硅烷偶联剂可以改善密封胶的耐候性，使其在各种气候条 件下保持良好性能。
化妆品
皮肤护理
硅烷偶联剂可以改善护肤品中的营养成分的 渗透性和吸收性，提高皮肤护理效果。
同时，硅烷偶联剂还可以改善建筑涂层的表面 性能，提高涂层的抗沾污性和耐擦洗性，使建 筑外观保持整洁美观。
05
硅烷偶联剂在胶粘剂工业中的 应用
热熔胶
热熔胶是一种在加热后会熔化成液态，在冷却后又能够固化 成粘合剂的胶粘剂。硅烷偶联剂在热熔胶中的应用主要是通 过改善其粘附性能和耐热性能，从而提高热熔胶的粘合力。
彩妆持久性
硅烷偶联剂可以提高化妆品如粉底、口红等 的附着力，使妆容更加持久。
THANK YOU
硅烷偶联剂通过与热熔胶中的聚合物分子结合，形成化学键 ，从而提高粘合力。此外，硅烷偶联剂还可以改善热熔胶的 耐热性能，使其在高温环境下仍能保持良好的粘附性能。
压敏胶
压敏胶是一种可以粘附在各种材料表 面上的粘合剂，其特点是可以在常温 下快速粘合，并且不需要加热或加压 。硅烷偶联剂在压敏胶中的应用主要 是提高其粘附力和耐久性。
橡胶材料
01
硅烷偶联剂在橡胶材料中主要 起到补强、增粘和抗老化等作 用，提高橡胶材料的力学性能 、耐热性、耐油性和耐候性。
02
通过硅烷偶联剂的引入，橡胶 材料可以与多种填料和助剂进 行良好的结合，优化橡胶制品 的性能。
03
硅烷偶联剂在橡胶复合材料中 发挥重要作用，可以提高复合 材料的界面粘结力和整体性能 。
硅烷偶联剂 PPT课件
底面法 直接加入法
硅烷偶聯劑特別在改性白炭黑后，可提高白炭黑表面疏水性，明顯改善 它對橡膠的補強性能，從而擴展了白炭黑的應用領域，提高了它的使用價值。
在使用白炭黑的膠料中，加適量硅烷偶聯劑，其膠料結合膠、定伸應力、 拉伸強度、撕裂強度、動態模量及耐磨性能提高；而膠料粘度、硫化時間、 伸長率、壓縮永久變形、滯後損失減少。所以在輪胎中使用白炭黑時加硅烷 偶聯劑，可取得低滾動阻力（低生熱)、良好抓著性能和高耐磨性能之間的 最佳平衡。
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。
硅烷偶联剂
一、硅烷偶联剂定义与结构
硅烷偶联剂定义
硅烷偶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，
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）
硅烷偶联剂的研究与应用
硅烷偶联剂的研究与应用硅烷偶联剂最早是于 20 世纪 40 年代由美国联合碳化合物公司和道康宁公司首先开发的, 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。
随后, 由于硅烷偶联剂独特的性能和显著的改性效果,以及新产品的不断问世,使其应用领域日益扩大。
继而在橡胶、塑料、填充复合材料、环氧封装材料、弹性体、涂料、粘合剂和密封剂等方面获得了广泛地应用。
使用硅烷偶联剂可以极大地改进上述材料的机械性能、电气性能、耐候性、耐水性、难燃性、粘接性、分散性、成型性以及工艺操作性等等。
事实上 ,硅烷偶联剂已成为材料工业必不可少的助剂之一。
迄今为止 ,国内外文献报道的已知结构的有机硅烷偶联剂已有 100 多种, 目前常用的硅烷偶联剂品种(国外牌号)及其化学结构式列于下表。
硅烷偶联剂的结构及作用机理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、氰基及甲基丙乙烯酰氧基等基团,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。
因此,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。
硅烷偶联剂在两种不同性质材料之间的界面作用机理已有多种解释, 如化学键理论、可逆平衡理论和物理吸附理论等。
但是,界面现象非常复杂 ,单一的理论往往难以充分说明。
通常情况下 , 化学键合理论能够较好地解释硅烷偶联剂同无机材料之间地作用。
根据这一理论, 硅烷偶联剂在不同材料界面的偶联过程是一个复杂的液固表面物理化学过程。
首先 ,硅烷偶联剂的粘度及表面张力低 , 润湿能力较高 ,对玻璃、陶瓷及金属表面的接触角小 , 可在其表面迅速铺展开 ,使无机材料表面被硅烷偶联剂润湿 ;其次 , 一旦硅烷偶联剂在其表面铺展开 , 材料表面被浸润,硅烷偶联剂分子上的两种基团便分别向极性相近的表面扩散 , 由于大气中的材料表面总吸附着薄薄的水层 , 一端的烷氧基便水解成硅羟基,取向于无机材料表面, 同时与材料表面的羟基发生水解缩聚反应 ;有机基团则取向于有机材料表面 , 在交联固化中 ,二者发生化学反应 ,从而完成了异种材料间的偶联过程。
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二、硅烷偶联剂的分类
SCA最早是由美国联合碳化合物公司(UCC)为发展玻璃纤维增强塑 料而开发的，主要用于以硅酸盐、二氧化硅为填料的塑料和橡胶的加工及 其性能改进。1947年，K.W.ralph 等发现用烯丙基二乙氧基硅烷偶联剂处 理玻璃纤维制成的聚酯复合材料可以得到双倍的强度，开创了SCA实际应 用的历史。从20世纪50年代至60年代相继出现了氨基和改性氨基SCA，随 后又开发了耐热氨基SCA、阳离子SCA、重氮和叠氮SCA以及α-官能团SCA 等一系列新型SCA。SCA独特的性能以及显著的改性效果使其应用领域不断 扩大，产量大幅度上升。
根据聚合物的不同性质, Q 应与聚合物分子有较强的亲和力或反应能力, 如甲基、乙烯基、氨基、环氧基、巯基、丙烯酰氧丙基等。典型的 X 基团有烷氧 基、芳氧基、酰基、氯基等，但最常用的则是甲氧基和乙氧基。
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SiC
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OH HO Si O Si O Si OH
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在SCA的水解过程中同时存在水解和缩合2个反应，这2个反应处于 竞争状态，为了保证体系中硅醇的含量尽可能大，应控制缩合反应的发生。
调整水溶液pH值在2-4之间，视不同的SCA而异。 加入适量的甲醇或乙醇有利于水溶液稳定。 加入弱酸性阴离子(如醋酸)有机硅表面活性剂有利于SCA分离和水解，有
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SCA的水解反应为离解的化学平衡体系，其水解平衡反应式如下：
酸和碱是以上反应的催化剂，在中性介质中，SCA水解速率较慢。 一般来说，酸催化水解比较容易实现。
SCA中有机基团的种类和硅酸酯基团的种类和数目越多，其SCA的水 解稳定性越大，即生成的硅醇也就越稳定。因此，提高SCA的稳定性对分散 纳米粒子具有重要意义。
硅烷偶联剂及其应用技术
2016.1.19
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主要内容
一、硅烷偶联剂的结构特点 二、硅烷偶联剂的分类 三、硅烷偶联剂的使用方法 四、硅烷偶联剂的选取原则 五、硅烷偶联剂在聚合物基复合材料中的应用 六、硅烷偶联剂应用于聚合物基复合材料中的原理
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基本介绍
偶联剂是一种重要的、应用领域日渐广泛的处理剂，主要用作聚 合物基复合材料的助剂。偶联剂分子结构的最大特点是分子中含有化学性 质不同的两个基团, 一个是亲无机物的基团，易与无机物表面起化学反应； 另一个是亲有机物的基团，能与合成树脂或其它聚合物发生化学反应或生 成氢键。因此，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。例如，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 能减小天然橡胶的用量，从而降低成本。
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浑浊程度观测法 在装有SCA溶液的烧杯下面放入一张印有清晰字体的纸片，随着
SCA水解时间延长，隔一段时间定期观察一次，当不能读出纸片上的字体 时，此时表明SCA水解溶液变浑浊，记录此时的水解时间。 红外光谱检测法
傅立叶变换红外光谱仪测试水解前后特征集团的变化，并验证 SCA的水解程度。采用涂膜烘干制样法(红外灯在60-80℃烘10min使水分和 产生的醇挥发)作红外分析。
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由此可看出，SCA水解生成硅醇是与纳米粒子表面发生作用的前提， 而SCA的水解程度又直接影响硅醇与纳米粒子表面的作用效果，因为只有硅 醇单体才能对纳米粒子形成稳定结构。此外，在水解过程中往往伴随着浑浊 现象的发生，这意味着体系中SCA完全缩合成硅氧烷高聚体，此时SCA失去了 分散纳米SiO2的能力。因此，研究SCA的水解机理和分散机理具有重要意义。
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SCA水解生成的硅醇极性较强，容易形成氢键以及脱水缩合生成硅 氧烷或聚硅氧烷。
SCA羟基之间的缩合反应并非两个简单化合物之间的反应，而是 代表各种中间产物的硅羟基之间的缩合。而硅羟基间的缩合反应使硅醇的 数目减少，使硅醇和纳米粒子的作用相应减弱，不利于纳米粒子的分散。 因此，在使用SCA分散纳米粒子的过程中，应尽量降低产生缩合反应的机会。
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偶联剂种类繁多，主要有SCA偶联剂(SCA)、钛酸酯偶联剂、铝酸酯 偶联剂、双金属偶联剂、磷酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂、铬络合物及其他高 级脂肪酸、醇、酯的偶联剂等，目前应用范围最广的是SCA和钛酸酯偶剂。
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一、硅烷偶联剂的结构特点
SCA的通式为 Q-R’-Si-(R)n-X(3-n)，其化合物中都含有硅官能团(X)和有 机官能团(碳官能团Q)，这两类官能团都是可进行化学反应的活性基团。X为可水解 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；Q为非水解、可与聚合物结合的有机官能团。 此外，还有将 硅官能团和碳官能团键合在一起的具有惰性的连接基团R’，以及硅-碳键合的惰性 烃基R。不同SCA的硅官能团可进行的化学反应基本类似，而碳官能团所能进行的化 学反应则不同，各具特色。
利于水溶液稳定。多官能团羧酸通常比单官能团羧酸好，含磷酸酯官能 团的有机硅羧酸盐是优良的稳定剂。 控制水溶液浓度也是必要的。
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电导率测定法
SCA水解程度的检测
电导率测定法设备简单、操作方便。因SCA与去离子水的电导率很 低，而水解产物硅醇和醇的电导率较高，即使溶剂中采用了醇，因其在反 应前后量不变而对体系在水解过程中电导率会逐渐增大，一定时间后反应 达到平衡，相应电导率值也稳定在某一值，这表明水解已达平衡，测试硅 醇含量为该水解条件下的最大值。
二、硅烷偶联剂的分类
SCA最早是由美国联合碳化合物公司(UCC)为发展玻璃纤维增强塑 料而开发的，主要用于以硅酸盐、二氧化硅为填料的塑料和橡胶的加工及 其性能改进。1947年，K.W.ralph 等发现用烯丙基二乙氧基硅烷偶联剂处 理玻璃纤维制成的聚酯复合材料可以得到双倍的强度，开创了SCA实际应 用的历史。从20世纪50年代至60年代相继出现了氨基和改性氨基SCA，随 后又开发了耐热氨基SCA、阳离子SCA、重氮和叠氮SCA以及α-官能团SCA 等一系列新型SCA。SCA独特的性能以及显著的改性效果使其应用领域不断 扩大，产量大幅度上升。
根据聚合物的不同性质, Q 应与聚合物分子有较强的亲和力或反应能力, 如甲基、乙烯基、氨基、环氧基、巯基、丙烯酰氧丙基等。典型的 X 基团有烷氧 基、芳氧基、酰基、氯基等，但最常用的则是甲氧基和乙氧基。
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SiC
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在SCA的水解过程中同时存在水解和缩合2个反应，这2个反应处于 竞争状态，为了保证体系中硅醇的含量尽可能大，应控制缩合反应的发生。
调整水溶液pH值在2-4之间，视不同的SCA而异。 加入适量的甲醇或乙醇有利于水溶液稳定。 加入弱酸性阴离子(如醋酸)有机硅表面活性剂有利于SCA分离和水解，有
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SCA的水解反应为离解的化学平衡体系，其水解平衡反应式如下：
酸和碱是以上反应的催化剂，在中性介质中，SCA水解速率较慢。 一般来说，酸催化水解比较容易实现。
SCA中有机基团的种类和硅酸酯基团的种类和数目越多，其SCA的水 解稳定性越大，即生成的硅醇也就越稳定。因此，提高SCA的稳定性对分散 纳米粒子具有重要意义。
硅烷偶联剂及其应用技术
2016.1.19
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主要内容
一、硅烷偶联剂的结构特点 二、硅烷偶联剂的分类 三、硅烷偶联剂的使用方法 四、硅烷偶联剂的选取原则 五、硅烷偶联剂在聚合物基复合材料中的应用 六、硅烷偶联剂应用于聚合物基复合材料中的原理
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基本介绍
偶联剂是一种重要的、应用领域日渐广泛的处理剂，主要用作聚 合物基复合材料的助剂。偶联剂分子结构的最大特点是分子中含有化学性 质不同的两个基团, 一个是亲无机物的基团，易与无机物表面起化学反应； 另一个是亲有机物的基团，能与合成树脂或其它聚合物发生化学反应或生 成氢键。因此，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。例如，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 能减小天然橡胶的用量，从而降低成本。
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浑浊程度观测法 在装有SCA溶液的烧杯下面放入一张印有清晰字体的纸片，随着
SCA水解时间延长，隔一段时间定期观察一次，当不能读出纸片上的字体 时，此时表明SCA水解溶液变浑浊，记录此时的水解时间。 红外光谱检测法
傅立叶变换红外光谱仪测试水解前后特征集团的变化，并验证 SCA的水解程度。采用涂膜烘干制样法(红外灯在60-80℃烘10min使水分和 产生的醇挥发)作红外分析。
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由此可看出，SCA水解生成硅醇是与纳米粒子表面发生作用的前提， 而SCA的水解程度又直接影响硅醇与纳米粒子表面的作用效果，因为只有硅 醇单体才能对纳米粒子形成稳定结构。此外，在水解过程中往往伴随着浑浊 现象的发生，这意味着体系中SCA完全缩合成硅氧烷高聚体，此时SCA失去了 分散纳米SiO2的能力。因此，研究SCA的水解机理和分散机理具有重要意义。
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SCA水解生成的硅醇极性较强，容易形成氢键以及脱水缩合生成硅 氧烷或聚硅氧烷。
SCA羟基之间的缩合反应并非两个简单化合物之间的反应，而是 代表各种中间产物的硅羟基之间的缩合。而硅羟基间的缩合反应使硅醇的 数目减少，使硅醇和纳米粒子的作用相应减弱，不利于纳米粒子的分散。 因此，在使用SCA分散纳米粒子的过程中，应尽量降低产生缩合反应的机会。
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偶联剂种类繁多，主要有SCA偶联剂(SCA)、钛酸酯偶联剂、铝酸酯 偶联剂、双金属偶联剂、磷酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂、铬络合物及其他高 级脂肪酸、醇、酯的偶联剂等，目前应用范围最广的是SCA和钛酸酯偶剂。
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一、硅烷偶联剂的结构特点
SCA的通式为 Q-R’-Si-(R)n-X(3-n)，其化合物中都含有硅官能团(X)和有 机官能团(碳官能团Q)，这两类官能团都是可进行化学反应的活性基团。X为可水解 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；Q为非水解、可与聚合物结合的有机官能团。 此外，还有将 硅官能团和碳官能团键合在一起的具有惰性的连接基团R’，以及硅-碳键合的惰性 烃基R。不同SCA的硅官能团可进行的化学反应基本类似，而碳官能团所能进行的化 学反应则不同，各具特色。
利于水溶液稳定。多官能团羧酸通常比单官能团羧酸好，含磷酸酯官能 团的有机硅羧酸盐是优良的稳定剂。 控制水溶液浓度也是必要的。
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电导率测定法
SCA水解程度的检测
电导率测定法设备简单、操作方便。因SCA与去离子水的电导率很 低，而水解产物硅醇和醇的电导率较高，即使溶剂中采用了醇，因其在反 应前后量不变而对体系在水解过程中电导率会逐渐增大，一定时间后反应 达到平衡，相应电导率值也稳定在某一值，这表明水解已达平衡，测试硅 醇含量为该水解条件下的最大值。