耐高溫硅烷偶聯(lián)劑的類型

硅烷之所以在高科技中被廣泛應(yīng)用并且越來越重要, 首先是與它的特性有關(guān)，同時(shí)耐高溫硅烷偶聯(lián)劑也與現(xiàn)代高技術(shù)的特殊需求有關(guān)。要想做好硅微粉表面改性，一定要以表面改性的機(jī)理為依據(jù)，認(rèn)真了解表面改性劑的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，同時(shí)考慮下游有機(jī)高分子制品的基材、主體配方及技術(shù)要求，經(jīng)綜合考慮選擇合理的改性劑，在此基礎(chǔ)上確定表面改性工藝和設(shè)備。通過熱分解或與其它氣體的化學(xué)反應(yīng)，可由硅烷制得單晶硅、多晶硅、非晶硅、金屬硅化物、氮化硅、碳化硅、氧化硅等一系列含硅物質(zhì)。利用硅烷可以實(shí)現(xiàn)高的純度、精細(xì)(可達(dá)原子尺寸)的控制和靈活多變的化學(xué)反應(yīng)。從而將各種含硅材料按各種需要制成復(fù)雜精細(xì)的結(jié)構(gòu), 這正是現(xiàn)代具有各種特異功能的材料和器件所要求的基本條件。

硅烷早實(shí)用化和目前應(yīng)用量較大的是作為生產(chǎn)高純度硅的中間產(chǎn)物，一般稱為硅烷法。歷來生產(chǎn)高純度硅的主要方法是法(西門子法)。

硅烷的又一應(yīng)用是非晶半導(dǎo)體非晶硅。與單晶半導(dǎo)體材料相比非晶硅的特點(diǎn)是容易形成極薄的(厚度10nm左右)大面積器件，襯底可以是玻璃、不銹鋼、甚至塑料，耐高溫硅烷偶聯(lián)劑表面可以是平面也可是曲面，因此可以制成各種性能優(yōu)異的器件。

耐高溫硅烷偶聯(lián)劑的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

硅烷偶聯(lián)劑是一類分子同時(shí)含有兩種不同化學(xué)性質(zhì)基團(tuán)的特殊結(jié)構(gòu)的有機(jī)硅化合物，可用以下通式表示：

Y-R-SiX3

耐高溫硅烷偶聯(lián)劑式中：Y-R為非水解基團(tuán)，X3為可水解基團(tuán)。硅烷通過化學(xué)作用，在有機(jī)物和無(wú)機(jī)物兩種材料的縫隙間搭起了橋梁。Y是可以和有機(jī)化合物起反應(yīng)的基團(tuán)（如乙烯基、氨基、環(huán)氧基、疊氮基等），R是短鏈亞（也稱短鏈烷撐基）通過它把Y與Si原子連接起來；X是可以進(jìn)行水解反應(yīng)，并生成Si-OH的基團(tuán)，一般的硅烷偶聯(lián)劑是含有三個(gè)可水解的基團(tuán)。

Y與X是兩類反應(yīng)特性不同的活性基團(tuán)。該類耐高溫硅烷偶聯(lián)劑產(chǎn)品主要用于汽車輪胎制造，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品近年來技術(shù)水平不斷提高，已通過世界主要輪胎公司的各類認(rèn)證，在國(guó)外市場(chǎng)開拓方面已經(jīng)不存在技術(shù)壁壘，加之國(guó)外生產(chǎn)成本較高，因此國(guó)內(nèi)產(chǎn)品出口量連續(xù)增長(zhǎng)。Y中所帶的基團(tuán)很容易和有機(jī)聚合物中的官能團(tuán)反應(yīng)，從而可以使硅烷偶聯(lián)劑與有機(jī)高分子基料連接。當(dāng)X活性基團(tuán)水解時(shí)，使Si-X能化為Si-OH，而Si-OH與被處理的硅微粉表面的OH形成氫鍵，同時(shí)進(jìn)行加熱，產(chǎn)生縮合脫水反應(yīng)，形成其價(jià)鍵結(jié)合。由此通過硅烷偶聯(lián)劑可將硅微粉體料與有機(jī)高分子材料之間產(chǎn)生一種良好的界面結(jié)合，使兩者可緊密的結(jié)合到一起。

在硅烷偶聯(lián)劑這兩類互異的基團(tuán)中，以Y基團(tuán)為重要，耐高溫硅烷偶聯(lián)劑它對(duì)有機(jī)高分子制品的性能影響很大，起決定偶聯(lián)劑性能的作用。只有當(dāng)Y基團(tuán)能和對(duì)應(yīng)的有機(jī)高分子材料起很好的反應(yīng)效果，才能使其基材的性能得到提高。

一般要求Y基團(tuán)要與有機(jī)高分子材料能很好的相溶，并能起到偶聯(lián)的作用。所以對(duì)不同的有機(jī)高分子材料應(yīng)考慮選擇適當(dāng)?shù)腨基團(tuán)硅烷偶聯(lián)劑。

耐高溫硅烷偶聯(lián)劑的用量

硅烷偶聯(lián)劑的用量是根據(jù)粉體的比表面積所占的反活性點(diǎn)（如Si-OH）的數(shù)量以及硅烷偶聯(lián)劑覆蓋表面的單分子層、多分子層的厚度等決定的。

一般硅微粉類礦物粉體的Si-OH含量為4-12個(gè)μm2，1mol的硅烷偶聯(lián)劑可以覆蓋約7500m2的粉體表面積。由于硅烷偶聯(lián)劑水解后，其耐高溫硅烷偶聯(lián)劑自身也產(chǎn)生縮合反應(yīng)，要影響到計(jì)算用量的準(zhǔn)確性，所以要增加一定的加入量。

硅烷偶聯(lián)劑的用量計(jì)算關(guān)系是：

硅烷偶聯(lián)劑用量（g）=粉體質(zhì)量（g）×粉體表面積（m2/g）/硅烷偶聯(lián)劑的覆蓋面積（m2/g）

耐高溫硅烷偶聯(lián)劑作用及功能

硅烷作用的機(jī)理和功能

當(dāng)有機(jī)材料和無(wú)機(jī)材料共混時(shí)，有機(jī)硅在兩種材料表面顯示出親和力。這一加熱反應(yīng)過程是耐高溫硅烷偶聯(lián)劑脫水、縮合與固化，以使硅烷偶聯(lián)劑與硅微粉形成穩(wěn)定和牢固的共價(jià)鍵結(jié)合。有機(jī)硅的這種雙向功能，被稱為硅烷分子的雙向反應(yīng)。硅烷通過化學(xué)作用，在有機(jī)物和無(wú)機(jī)物兩種材料的縫隙間搭起了橋梁。由于硅烷的作用，兩種材料形成了持久的化學(xué)粘接，因此提高了礦物復(fù)合材料的耐久性能。當(dāng)有許多其它材料共混時(shí)，硅烷被稱為偶聯(lián)劑，是具用雙向反應(yīng)的材料，在不同材料間搭起橋梁。