常用硅烷偶聯(lián)劑在零件中的應(yīng)用

硅烷還有一潛在應(yīng)用是制造陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)零件尤其是使用硅烷制造硅化物( Si3N4 , SiC等) 微粉技術(shù)越來(lái)越受重視。美、日等國(guó)正在花成億美元開(kāi)發(fā)用硅、氮化硅和碳化硅微粉制造耐高溫、高強(qiáng)度、高化學(xué)穩(wěn)定性陶瓷。使用硅烷氣相反應(yīng)的方法制備的微粉純度較高, 粒度細(xì)而勻, 可使陶瓷零部件性能大大提高。硅烷通過(guò)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。常用硅烷偶聯(lián)劑其應(yīng)用領(lǐng)域極廣, 例如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的閥門和透平增壓器轉(zhuǎn)子已實(shí)用化, 高速軸承和刀具已商品化, 用于內(nèi)燃機(jī)可使工作溫度高達(dá)1400℃ , 大大提高熱機(jī)效率, 常用硅烷偶聯(lián)劑適用多種燃料, 延長(zhǎng)使用壽命; 此外還可作為火箭的隔熱瓦和隱身保護(hù)層。

常用硅烷偶聯(lián)劑與硅微粉的作用機(jī)理

硅烷偶聯(lián)劑比較成熟的作用機(jī)理是化學(xué)鍵結(jié)合理論：硅烷偶聯(lián)劑中含有兩類不同的化學(xué)官能團(tuán)，常用硅烷偶聯(lián)劑它的一端能與無(wú)機(jī)材料OH反應(yīng)，形成氫鍵，并在一定的條件下縮合、脫水和固化，形成共價(jià)鍵；由于國(guó)內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)不斷提高，常規(guī)硅烷產(chǎn)品價(jià)格下滑，龍頭企業(yè)在實(shí)現(xiàn)一體化的基礎(chǔ)上，下大力氣開(kāi)發(fā)功能性硅烷產(chǎn)品，使得我國(guó)硅烷品種進(jìn)一步豐富，產(chǎn)量連續(xù)提高。另一端又能與有機(jī)高分材料結(jié)合，從而使有機(jī)高分子材料-硅烷偶聯(lián)劑-無(wú)機(jī)材料之間產(chǎn)生一種良好的界面結(jié)合，將兩種性質(zhì)差異較大的材料牢固的結(jié)合在一起。

常用硅烷偶聯(lián)劑該反應(yīng)過(guò)程分為四步：

步是硅烷偶聯(lián)劑中與Si相連的3個(gè)水解基團(tuán)與水反應(yīng)，生成硅醇；

第2步是硅醇之間脫水，縮合成Si-OH的低聚硅氧烷；

第3步是低聚硅氧烷的Si-OH與硅微粉表面上的OH反應(yīng)，形成氫鍵；

第4步是在加熱的過(guò)程中產(chǎn)生縮合、脫水及固化反應(yīng)，達(dá)到與硅微粉形成牢固的共價(jià)鍵結(jié)合。剩下的兩個(gè)Si-OH或者與其它硅烷偶聯(lián)劑中的Si-OH縮合，或者保持游離狀態(tài)。

常用硅烷偶聯(lián)劑應(yīng)如何選擇

硅微粉的表面改性技術(shù)是一門與應(yīng)用技術(shù)密切相關(guān)的技術(shù)，從應(yīng)用角度來(lái)說(shuō)是具有很強(qiáng)的針對(duì)性。由于硅烷偶聯(lián)劑的水解效果取決于Si-X，而與有機(jī)高分子材料的反應(yīng)活性則取決于C-Y。(4)常用硅烷偶聯(lián)劑由于分子內(nèi)脫水，部分形成共價(jià)鍵后，緊密排列在金屬表面，形成一層致密的硅烷膜。因此常用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)于不同的基材或處理的對(duì)象，選擇合適的硅烷偶聯(lián)劑是至關(guān)重要的。

硅烷偶聯(lián)劑的種類有幾十種：氨基、氯基、鏈烯基、環(huán)氧基、巰烴基、陽(yáng)離子基、雙官能團(tuán)等。

常用硅烷偶聯(lián)劑選擇方法主要是通過(guò)試驗(yàn)預(yù)選，并應(yīng)根據(jù)硅烷偶聯(lián)劑的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及與硅微粉作用的機(jī)理，同時(shí)還需綜合考慮下游產(chǎn)品基料的組成及對(duì)硅烷偶聯(lián)劑反應(yīng)的效果等。

另外，硅烷偶聯(lián)劑的選擇還應(yīng)考慮是否選擇兩種以上的偶聯(lián)劑。在有些情況下選擇兩種偶聯(lián)劑是十分必要的，可以起到協(xié)同和多功能化的效果。如選擇了兩種以上的偶聯(lián)劑，還應(yīng)認(rèn)真的考慮哪一種偶聯(lián)劑先加或后加的問(wèn)題。

幾點(diǎn)介紹常用硅烷偶聯(lián)劑功能

硅烷偶聯(lián)劑的功能從幾個(gè)方面進(jìn)行說(shuō)明。

首先是化學(xué)交互作用，更準(zhǔn)確說(shuō)是常用硅烷偶聯(lián)劑化學(xué)反應(yīng)，硅烷中帶的有機(jī)基團(tuán)和有機(jī)高分子材料的相容性是非常重要的，但對(duì)礦物填料和高分子材料的化結(jié)來(lái)說(shuō)這并不是必需的。由于這個(gè)原因，應(yīng)該對(duì)硅烷進(jìn)行選擇，保證選擇的硅烷能提供礦物填料和高分子材料適宜的化學(xué)粘結(jié)性能。由此通過(guò)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。

第二，硅烷的作用可以用相互貫穿的網(wǎng)絡(luò)理論來(lái)解釋。這種被稱為IPN的理論被廣泛采用，用來(lái)解釋有機(jī)物和無(wú)機(jī)物的粘合機(jī)理。IPN理論的實(shí)質(zhì)內(nèi)容是：硅烷在高分子材料中提供一個(gè)三維空間網(wǎng)絡(luò)傳播功能，常用硅烷偶聯(lián)劑促使兩種不同材料接觸面積的增加和纏結(jié)分子網(wǎng)絡(luò)的增加。為形成這種三維空間網(wǎng)絡(luò)，硅烷首先與填料表面發(fā)生反應(yīng)，然后與其他硅烷分子反應(yīng)，形成硅氧烷網(wǎng)絡(luò)。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保及節(jié)能減排的重視程度不斷提高，在未來(lái)的時(shí)間里，涂裝行業(yè)的環(huán)保及能耗問(wèn)題將會(huì)越來(lái)越突出，硅烷化處理在此方面有了很大程度的改善。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，有很多有機(jī)反應(yīng)點(diǎn),是由烷氧基硅烷的R基團(tuán)帶來(lái)的。