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了解硅烷偶聯劑使用說明

信息來源于:互聯網 發布于:2021-11-30

一、選用硅烷偶聯劑的一般原則
已知,硅烷偶聯劑的水解速度取于硅能團Si-X,而與有機聚合物的反應活性則取于碳官能團C-Y。 因此,對于不同基材或處理對象,選擇適用的硅烷偶聯劑至關重要。選擇的方法主要通過試驗預選,并應在既有經驗或規律的基礎上進行。例 如,在一般情況下,不飽和聚酯多選用含CH2=CMeCOO、Vi及CH2-CHOCH2O-的硅烷偶聯劑;環氧樹脂多選用含CH2-CHCH2O及H2N-硅烷偶聯劑; 酚醛樹脂多選用含H2N-及H2NCONH-硅烷偶聯劑;聚烯烴多選用乙烯基硅烷;使用硫黃硫化的橡膠則多選用烴基硅烷等。由于異種材料間的黏 接可度受到一系列因素的影響,諸如潤濕、表面能、界面層及極性吸附、酸堿的作用、互穿網絡及共價鍵反應等。因而,光靠試驗預選有時還 不夠精確,還需綜合考慮材料的組成及其對硅烷偶聯劑反應的敏感度等。為了提高水解穩定性及降低改性成本,硅烷偶聯劑中可摻入三烴基硅 烷使用;對于難黏材料,還可將硅烷偶聯劑交聯的聚合物共用。 
硅烷偶聯劑用作增黏劑時,主要是通過與聚合物生成化學鍵、氫鍵;潤濕及表面能效應;改善聚合物結晶性、酸堿反應以及互穿聚合物網絡的 生成等而實現的。增黏主要圍繞3種體系:即(1)無機材料對有機材料;(2)無機材料對無機材料;(3)有機材料對有機材料。對于第一種 黏接,通常要求將無機材料黏接到聚合物上,故需優先考慮硅烷偶聯劑中Y與聚合物所含官能團的反應活性;后兩種屬于同類型材料間的黏接, 故硅烷偶聯劑自身的反親水型聚合物以及無機材料要求增黏時所選用的硅烷偶聯劑。
二、使用方法 
如同前述,硅烷偶聯劑的主要應用領域之一是處理有機聚合物使用的無機填料。后者經硅烷偶聯劑處理,即可將其親水性表面轉變成親有機表 面,既可避免體系中粒子集結及聚合物急劇稠化,還可提高有機聚合物對補強填料的潤濕性,通過碳官能硅烷還可使補強填料與聚合物實現牢 固鍵合。但是,硅烷偶聯劑的使用效果,還與硅烷偶聯劑的種類及用量、基材的特征、樹脂或聚合物的性質以及應用的場合、方法及條件等有 關。本節側重介紹硅烷偶聯劑的兩種使用方法,即表面處理法及整體摻混法。前法是用硅烷偶聯劑稀溶液處理基體表面;后法是將硅烷偶聯劑 原液或溶液,直接加入由聚合物及填料配成的混合物中,因而特別適用于需要攪拌混合的物料體系。 
1、 硅烷偶聯劑用量計算 
被處理物(基體)單位比表面積所占的反應活性點數目以及硅烷偶聯劑覆蓋表面的厚度是決定基體表面硅基化所需偶聯劑用量的關鍵因素。為 獲得單分子層覆蓋,需先測定基體的Si-OH含量。已知,多數硅質基體的Si-OH含是來4-12個/μ㎡,因而均勻分布時,1mol硅烷偶聯劑可覆蓋 約7500m2的基體。具有多個可水解基團的硅烷偶聯劑,由于自身縮合反應,多少要影響計算的準確性。若使用Y3SiX處理基體,則可得到與計算 值一致的單分子層覆蓋。但因Y3SiX價昂,且覆蓋耐水解性差,故無實用價值。此外,基體表面的Si-OH數,也隨加熱條件而變化。例如,常態 下Si-OH數為5.3個/μ㎡硅質基體,經在400℃或800℃下加熱處理后,則Si-OH值可相應降為2.6個/μ㎡或<1個/μ㎡。反之,使用濕熱鹽酸 處理基體,則可得到高Si-OH含量;使用堿性洗滌劑處理基體表面,則可形成硅醇陰 
硅烷偶聯劑的可潤濕面積(WS),是指1g硅烷偶聯劑的溶液所能覆蓋基體的面積(㎡/g)。若將其與含硅基體的表面積值(㎡/g)關連,即可 計算出單分子層覆蓋所需的硅烷偶聯劑用量。以處理填料為例,填料表面形成單分子層覆蓋所需的硅烷偶聯劑W(g)與填料的表面積S(㎡/g) 及其質量成正比,而與硅烷的可潤濕面積WS(㎡/g,可由表4-29查得)成反比。據此,得到硅烷偶聯劑用量的計算公式如下: 
2、 表面處理法 
此法系通過硅烷偶聯劑將無機物與聚合物兩界面連結在一起,以獲得最佳的潤濕值與分散性。表面處理法需將硅烷偶聯劑酸成稀溶液,以利與 被處理表面進行充分接觸。所用溶劑多為水、醇或水醇混合物,并以不含氟離子的水及價廉無毒的乙醇、異丙醇為宜。除氨烴基硅烷外,由其 他硅烷配制的溶液均需加入醋酸作水解催化劑,并將pH值調至3.5-5.5。長鏈烷基及苯基硅烷由于穩定性較差,不宜配成水溶液使用。氯硅烷及 乙酰氧基硅烷水解過程中,將伴隨嚴重的縮合反應,也不適于制成水溶液或水醇溶液使用。對于水溶性較差的硅烷偶聯劑,可先加入0.1%-0.2% (質量分數)的非離子型表面活性劑,而后再加水加工成水乳液使用。為了提高產品的水解穩定性的經濟效益,硅烷偶聯劑中還可摻入一定比 例的非碳官能硅烷。處理難黏材料時,可使用混合硅烷偶聯劑或配合使用碳官能硅氧烷。 
配好處理液后,可通過浸漬、噴霧或刷涂等方法處理。一般說,塊狀材料、粒狀物料及玻璃纖維等多用浸漬法處理;粉末物料多采用噴霧法處 理;基體表面需要整體涂層的,則采用刷涂法處理。下面介紹幾種具體的處理方法。
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