信越硅烷偶聯(lián)劑國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展

硅烷處理技術(shù)可以有效地用于鐵、鋁、銅、鋅、鎂及合金的防護(hù)。

對(duì)金屬表面硅烷處理工藝技術(shù)及處理后的功能特性進(jìn)行了研究。因此，硅烷偶聯(lián)劑廣泛運(yùn)用于膠黏劑、涂料和油墨、橡膠、鑄造、玻璃纖維、電纜、紡織、塑料、填料、表面處理等行業(yè)。分別進(jìn)行了中性鹽霧、銅加速醋酸鹽霧、電偶腐蝕、大氣暴露和海水浸泡試驗(yàn)。結(jié)果表明，金屬表面硅烷處理工藝技術(shù)可以取代涂裝前磷化及鉻化處理，且信越硅烷偶聯(lián)劑技術(shù)具有常溫處理、無(wú)污染的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于涂裝前處理與防腐領(lǐng)域。

采用KH-550硅烷溶液對(duì)AZ31鎂合金試片進(jìn)行硅烷化處理，通過(guò)浸泡和電化學(xué)測(cè)試技術(shù)評(píng)定出8%的硅烷溶液中浸涂50s表干后在100℃陳化0.5h所形成的硅烷膜層與鎂合金基體之間的界面結(jié)合較好，信越硅烷偶聯(lián)劑并很好地抑制了鎂合金的腐蝕，提高了其耐腐蝕性能。加之有機(jī)硅單體和多晶硅生產(chǎn)迅速增加，為交聯(lián)劑行業(yè)提供了大量廉價(jià)原料，湖北新藍(lán)天等民營(yíng)企業(yè)抓住機(jī)遇，擴(kuò)大生產(chǎn)，國(guó)內(nèi)硅烷交聯(lián)劑生產(chǎn)規(guī)模因此快速放大，目前也開(kāi)始大量出口。

哈爾濱化工研究所選取了一種新型的金屬表面防護(hù)硅烷化處理試劑——乙烯基硅烷,并使其在水和醇混合溶劑中水解,水解過(guò)程穩(wěn)定性好,且能保證硅羥基的含量。因此，新型的環(huán)保、節(jié)能、低排放、低使用成本的硅烷金屬表面處理技術(shù)成為國(guó)內(nèi)外技術(shù)人員研究的重點(diǎn)。通過(guò)耐水性測(cè)試、鹽水浸泡測(cè)試、耐酸堿性測(cè)試、3%CuSO4溶液點(diǎn)蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該新型的金屬表面防護(hù)硅烷化處理試劑耐水性、耐鹽水性、耐酸堿性、耐CuSO4溶液點(diǎn)蝕性性能良好,同時(shí)具有環(huán)保、成本低等優(yōu)點(diǎn),經(jīng)硅烷處理的金屬表面的耐蝕性能優(yōu)于傳統(tǒng)的磷化技術(shù)。

然后對(duì)熱鍍鋅鋼及鋁合金表面硅烷膜層進(jìn)行了一系列研究，研究了單一硅烷對(duì)鋁合金及熱鍍鋅鋼防護(hù)性能的影響；隨后采用了納米添加劑及稀土改性技術(shù)研究硅烷薄膜層對(duì)其機(jī)械性能及耐腐蝕性的影響，后提出適用性更廣的混合硅烷處理法。

采用電化學(xué)阻抗測(cè)試(EIS)研究了鋁合金膜層的耐蝕性及自愈性，發(fā)現(xiàn)在膜層具有自愈性能，掃描振蕩電極技術(shù)(SVET)測(cè)試結(jié)果也進(jìn)一步證實(shí)了膜層的自愈性。

研究了硅氧烷膜層對(duì)銅表面的防護(hù)性能，發(fā)現(xiàn)含有硫醇鍵的硅烷與銅表面結(jié)合良好，信越硅烷偶聯(lián)劑并可顯著抑制表面陽(yáng)極反應(yīng)，從而有效提高銅的防腐性能。

信越硅烷偶聯(lián)劑在汽車業(yè)中的應(yīng)用

汽車彩色底漆外要加一道清漆。這道清漆會(huì)受到來(lái)自環(huán)境的損害(如酸雨、紫外線降解、高相對(duì)濕度和高溫)，涂料表面還要遭受馬路上的砂石沖擊和研磨劑的刮擦傷。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。通常，硬漆膜的抗刮傷性好；但交聯(lián)度高，導(dǎo)致漆膜變脆，使其抗砂石和受熱沖擊性差。軟的漆膜則相反，不易受砂石或熱沖擊而開(kāi)裂，但抗劃傷性、防水斑和酸蝕性減弱。由此，人們想到了在低交聯(lián)度的清漆中加入用硅烷偶聯(lián)劑表面處理的膠體二氧化硅，這種表面有反應(yīng)性的微?？梢蕴岣咔迤岬目箘潅?。但另一個(gè)問(wèn)題又出現(xiàn)了，涂料中的殘余活性基團(tuán)如Si-OH、Si-OR在后期的大氣老化過(guò)程中會(huì)慢慢地發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，從而也會(huì)使漆膜變脆導(dǎo)致開(kāi)裂。為此加入活性基團(tuán)少的線性結(jié)構(gòu)的硅氧烷，既可避免漆膜變脆，又能獲得如同加入膠體二氧化硅一樣的好處。

為了適應(yīng)環(huán)保需要，道康寧信越硅烷偶聯(lián)劑正在通過(guò)研發(fā)有機(jī)硅類抗摩擦降噪音的汽車涂料，以解決汽車在日常使用過(guò)程所出現(xiàn)的噪音和摩擦聲。

采用 γ-甲酰氧丙基氧硅烷(KH 570)與甲酸酯類單體、酸及其酯類單體等共聚合成的有機(jī)硅改性高固體分羥基酸樹(shù)脂具有減少污染、降低VOC、減少工序等優(yōu)點(diǎn)，信越硅烷偶聯(lián)劑是目前綠色汽車涂料的主要品種之一。由于KH 570的活性與酸酯相近，因此易于共聚。硅烷作為含硅薄膜和涂層的應(yīng)用已從傳統(tǒng)的微電子產(chǎn)業(yè)擴(kuò)展到鋼鐵、機(jī)械、化工和光學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域。將硅烷中鍵能大、表面能低的Si-O鍵引入，是改性酸樹(shù)脂的主要手段。用該樹(shù)脂制備的汽車涂料具有較高的鉛筆硬度、附著力好、耐沖擊性、耐酸性和耐堿性俱佳。隨著KH 570含量的增加，這些性能逐漸增強(qiáng)；同時(shí)水接觸角增加，表明KH 570與高固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)樹(shù)脂形成的網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)使涂膜表面疏水性逐漸增加。

幾點(diǎn)介紹信越硅烷偶聯(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)是信越硅烷偶聯(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。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。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。

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。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。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，信越硅烷偶聯(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)。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。