現貨供應塑料改性硅烷偶聯劑塑料表面處理山東偶聯劑廠家

( 一) 偶聯劑的作用機理

由于非金屬礦與塑料是兩種不同性質的物質，它們之間有很大程度上的不相容性，再加之非金屬礦與塑料等的彈性模量不一致，界面間易產生剪切應力，影響其復合材料的力學性能。偶聯劑能把兩種不同性質的物質通過化學作用或物理作用結合起來，即它能把無機填料和有機高分子基料兩種不同性質的物質緊密地結合起來。因此，偶聯劑也是無機物和有機物界面間的橋梁。

界面擴散理論認為，對作填料用的礦物進行改性處理時，所有的偶聯劑不僅親無機端應與填料表面以化學鍵結合，而且另一端還應能溶解、擴散于樹脂的界面區域，在其與樹脂大分子鏈發生糾纏或形成化學鍵，即偶聯劑的親有機端應含有較長的柔軟碳氫鏈，以使形成柔性的有利于應力松弛的界面層，提高其吸收和分散沖擊能，使復合材料具有更好的抗沖擊性。

表面能理論認為，礦物填料屬高能表面，為提高它和高聚物基體的相容性，借助偶聯劑的 － R 基降低其表面能。

( 二) 偶聯劑的種類

目前工業上用的礦物表面改性的偶聯劑，按其化學結構可分為三大類:

硅烷類: 適用于硅酸成分較多的無機填料: 玻璃纖維、石英粉、白碳黑、云母、粘土。

鈦酸酯類: 適用的無機填料較廣。

鋯鋁酸鹽偶聯劑。

1. 硅烷偶聯劑

( 1) 硅烷偶聯劑的結構

圖 4 －6 甲氧基及乙氧基硅烷偶聯劑的結構式

硅烷偶聯劑的通式為RSiX3。

通式中R代表與聚合物分子有親和力或反應能力的有機官能團，例:氨基—NH2，乙烯基—CH2CH，甲基—CH3，環氧基—CH—CH2，氰基—CN等，可與有機分子反應或物理纏繞。

X代表水解性基團，能為水解的烷氧基，例:甲氧基—OCH3，乙氧基—OC2H5等。硅烷偶聯劑的結構式如圖4－6所示。

X基團水解后，在一定的條件下能與無機物表面的化學基團(OH—)起反應，形成牢固的化學鍵。這種具有兩性結構的物質能把兩種性質的物質結合起來。

進行偶聯時，X基水解形成硅醇，然后再與無機填料表面上的羥基反應，形成氫鍵并縮合成—SiOM共價鍵(M表示無機填料表面)。同時，硅烷各分子的硅酸又相互締合形成網狀結構的膜覆蓋在填料表面，使無機填料有機化。

( 2) 硅烷偶聯劑的作用機理

經硅烷偶聯劑處理的填料或增強材料 ( 如玻纖) 在提高復合材料性能方面的顯著效果，早已得到確認，偶聯劑的作用機理目前有很多理論，其中化學鍵理論是老但仍然是的理論。該理論認為: 硅烷偶聯劑含有化學官能團，它的一端與硅質填料 ( 如玻璃) 表面的硅醇基團反應生成共價鍵; 另一端又能與樹脂生成共價鍵。并提出了簡單的偶聯機理模型，見圖 4 －7。

圖 4 －7 硅烷偶聯劑的作用機理模型圖( 據吳森紀等，1990)

硅烷偶聯劑的疏水基性質也符合“相似相Q”的原則。有機官能團R為乙烯基和甲基丙烯?；鶗r，對不飽和的聚酯和丙烯酸樹脂特別有效;當R為環氧基團時，對環氧樹脂效果特好，同時也適用于不飽和樹脂。含氨基的硅烷能和環氧樹脂、聚氨酯發生化學反應，對酚醛樹脂和三聚氰胺樹脂的固體也有催化作用，故適用于環氧、酚醛、三聚氰胺、聚氨酯等樹酯;含巰基的硅烷對硫化橡膠的偶聯效果佳，故含巰基的硅烷偶聯劑是橡膠工業應用廣的品種。

親水基，也稱水解性基團，該基團遇水可分解變成活性基團硅醇(≡Si—OH)。通過硅醇和無機礦物表面反應，形成牢固的化學結合或吸附于礦物表面。當X為—OCH3和—OC2H5時，水解速度緩慢，且水解產物醇為中性物質，因此可用水為介質進行表面改性。因乙氧基的體積比甲氧基的大，乙氧基硅烷在水中的溶解度較小，所以，目前趨向采用含乙氧基類硅烷偶聯劑。除此以外，還以—OC2H4OCH3作X基團，不僅保留其水解性，而且還能提高水溶性、親水性，應用時更為方便。應用硅烷偶聯劑的方法有兩種:一是將硅烷配成水溶液，用它處理無機填料或顏料后，再與有機高聚物或樹脂混合，即預處理法;另一種方法是將硅烷與填料及有機高聚物基料混合(即遷移法)。種方法處理效果較好，而后一種工藝較簡單。

硅烷偶聯劑的用量與偶聯劑的品種及填料的比表面積等有關，可按下式計算:

偶聯劑的用量=填料量(g)×填料比表面積(m2/g)/單位質量偶聯劑的小包覆面積(m2/g)。常見硅烷偶聯劑的名稱、化學結構及小包覆面積見表4－3。

表4－3常見硅烷偶聯劑的名稱、化學結構及小包覆面積

(據鄭水林，1995;吳森紀等，1990;略有改動)

硅烷偶聯劑可用于許多無機礦物填料或顏料的表面處理，其中對含硅酸成分較多的石英粉、玻璃纖維、白炭黑等的效果好。</a>