環(huán)保型新型硅烷偶聯(lián)劑對金屬的作用

隨著汽車、飛機、船舶、家電等行業(yè)的發(fā)展，對金屬零件表面耐腐蝕、耐高溫、磨損、、防輻射、導電、導磁、絕緣、裝飾等特殊性能的要求更加廣泛，新型硅烷偶聯(lián)劑促使金屬表面處理技術迅速發(fā)展起來。

國內(nèi)用于金屬表面處理的主要方法是磷化法，由于磷化法高能耗、高污染、高成本，逐步被硅烷表面處理技術取代，硅烷處理技術正在不斷地被研發(fā)、成熟完善和應用。功能性硅烷有下列不同分類方法：按活性有機基團與Si的相對取代位置可分為γ-取代和α-取代兩種類型。硅烷處理與傳統(tǒng)的磷化法相比具有以下優(yōu)點：無有害重金屬離子，不含磷，無需加溫且硅烷處理過程不產(chǎn)生沉渣，處理時間短，控制簡便；可省去表調(diào)工序，槽液可重復使用；有效地提高了涂料對基材的附著力；可共線處理鐵板、鍍鋅板、鋁板等多種基材。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成為國內(nèi)外技術人員研究的重點。

硅烷偶聯(lián)劑是一類具有有機官能團的含硅化合物。從結構上來說，通常將主鏈為-Si-O-C-結構的有機硅小分子統(tǒng)稱為功能性硅烷，而將主鏈為-Si-O-Si-結構的小分子中間體和聚合物大分子一般稱之為硅氧烷，即硅橡膠、硅油及硅樹脂產(chǎn)品。其分子式可用通式Y(CH2)nSiX3表示，此處n=0-3；X通常是氯基、乙氧基、甲氧乙氧基、乙酰氧基等，這些基團水解時即生成硅羥基，而與無機物質(zhì)結合，形成硅氧烷。Y是乙烯基、氨基、環(huán)氧基、甲酰氧基、巰基或脲基，這些有機官能團可與有機物質(zhì)反應。當硅官能團水解時，則Si-X轉(zhuǎn)化成Si-OH，并副生HX。Si-OH既可與其它分子中的Si-OH或被處理基材表面的Si-OH發(fā)生縮合脫水反應形成Si-O-Si鍵結合，甚至還可與某些氧化物（如氧化鋁、氧化鐵、氧化鋯、氧化鈦、氧化鎳等）反應，生成穩(wěn)定的Si-O鍵合，從而使硅烷得以和無機物或金屬連接。利用硅烷的這一特性，可將其應用于金屬防銹及防氧化，Mg、Al、Cr、Fe、Zn等金屬經(jīng)硅烷處理后，新型硅烷偶聯(lián)劑可大大提高其抗腐蝕性能。

新型硅烷偶聯(lián)劑在橡膠業(yè)的應用

20世紀70年代， 日本首先將熱硫化除有機硅彈性體乳液和酸乳液拼混使用外，近來開發(fā)的有機硅一酸共聚改性的硅丙建筑乳膠漆在高層次建筑涂料中極具競爭優(yōu)勢和發(fā)展前景。由于基礎聚合物的低表面能和高的滲透力，新型硅烷偶聯(lián)劑使其對多數(shù)無機、金屬和塑料基材具有良好的濕潤能力，從而對基材能產(chǎn)生良好黏附性。為緊隨國際建筑涂料的先進水平，我國已經(jīng)開發(fā)出超耐候、耐水性、耐污染、高光澤的有機硅一酸乳膠漆，主要滿足建筑外墻裝飾及戶外設備防護和裝飾用環(huán)保型防污涂料。該乳膠漆的基料是有機硅改性酸樹脂，配上可以與基料交聯(lián)固化的活性助劑，新型硅烷偶聯(lián)劑使產(chǎn)品具有良好的貯存穩(wěn)定性，涂覆后可在室溫下交聯(lián)固化，形成三維結構高分子。合成工藝示意圖見圖2。

(HTV)硅橡膠用于導電硅橡膠按鍵這一生產(chǎn)領域。當WD-60含量較高時，鋁顏料發(fā)生部分沉淀，顏料光澤性明顯降低，因為顏料表面過多的硅烷偶聯(lián)劑發(fā)生縮聚反應導致團聚下沉。在硅橡膠按鍵上印刷文字和符號主要的材料是有機硅涂料(或油墨)。因此以HTV硅橡膠、縮合型室溫硫化(RTV)硅橡膠和加成型液體硅橡膠為基料，配以填料、顏料、助劑和溶劑等制備的透明(清漆)或不透明的有色涂料(色漆)開始規(guī)模生產(chǎn)。它們是繼硅樹脂涂料后又開發(fā)的一類新型有機硅涂料，新型硅烷偶聯(lián)劑主要用作絕緣憎水涂層、耐燒蝕涂層、電子元器件內(nèi)保護涂料、印刷、電子材料表面涂覆等，現(xiàn)在使用較廣的有瓷絕緣子防污閃涂料、各類按鍵涂料(或油墨)和電子器件的表面涂料等。

硅橡膠涂料分為導電油墨、絲網(wǎng)印刷油墨、移印油墨、噴涂和刷涂涂料、消光涂料和耐磨涂料等。

新型硅烷偶聯(lián)劑的發(fā)展與應用

硅烷偶聯(lián)劑的發(fā)展與應用

硅烷簡介：有機硅烷又稱硅烷偶聯(lián)劑(silane coupling agents，簡稱SCA)，用硅烷偶聯(lián)劑進行金屬預處理是近年來新興的表面處理工藝，新型硅烷偶聯(lián)劑由于其安全性、無污染、適用廣泛、成本低、對有機涂層有優(yōu)異的粘接性能等優(yōu)點而引起國內(nèi)外學者們的關注，有機硅烷處理工藝有望取代傳統(tǒng)的磷化、鉻酸鹽鈍化等對環(huán)境容易造成污染的處理工藝。硅烷處理與傳統(tǒng)的磷化法相比具有以下優(yōu)點：無有害重金屬離子，不含磷，無需加溫且硅烷處理過程不產(chǎn)生沉渣，處理時間短，控制簡便。

硅烷的歷史：早在上世紀40年代，Johns Hopkins大學的Ralph K Witt等人在一份寫給軍械局的“秘密”報告中指出，用烯丙基三乙氧基硅烷處理玻璃纖維而制成的不飽和聚酷復合材料的強度為采用硅烷處理玻璃纖維時的兩倍，從而開創(chuàng)了硅烷偶聯(lián)劑實際應用的歷史，并極大地刺激了硅烷偶聯(lián)劑的研究與發(fā)展。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（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。

硅烷的應用：硅烷偶聯(lián)劑作為連接兩種不同性質(zhì)材料的“分子橋”已經(jīng)在復合材料、涂料、膠粘劑等行業(yè)中得到了廣泛的應用。第3步是低聚硅氧烷的Si-OH與硅微粉表面上的OH反應，形成氫鍵。隨著新型硅烷偶聯(lián)劑它在玻璃纖維增強材料中的應用，合成的種類日益繁多，應用范圍也日益擴大?，F(xiàn)在，硅烷偶聯(lián)劑基本上適用于所有無機材料和有機材料的連接表面，已經(jīng)被廣泛應用在汽車、航空、電子和建筑等行業(yè)中。

新型多功能新型硅烷偶聯(lián)劑在粉體材料中運用的理論與實踐

對于復合材料來說，顆粒與樹脂之間的界面往往是應力集中點和微裂紋發(fā)起點，為了進一步改善界面，提高材料整體性能，需要采用偶聯(lián)劑對其表面進行改性。偶聯(lián)劑種類繁多，硅烷偶聯(lián)劑正是其中之一。

硅烷偶聯(lián)劑（簡稱“SCA”或“硅烷”）是能同時與極性物質(zhì)和非極性物質(zhì)產(chǎn)生一定結合力，把兩種性質(zhì)完全不同的材料連接在一起的化合物硅，其通式可表示為R-SiX3。身為偶聯(lián)劑中被應用得早、廣泛的一員，硅烷偶聯(lián)劑發(fā)展至今已有近70年的歷史，幾乎可以與任何一種材料交聯(lián)，包括熱固性材料、熱塑性材料、橡膠及無機材料等，因此應用十分廣泛。在硅烷偶聯(lián)劑這兩類互異的基團中，以Y基團最為重要，新型硅烷偶聯(lián)劑它對有機高分子制品的性能影響很大，起決定偶聯(lián)劑性能的作用。

但隨著現(xiàn)代復合材料研究的不斷發(fā)展，對硅烷偶聯(lián)劑性能要求越來越高，不同功能、不同要求的新產(chǎn)品被陸續(xù)被研制和開發(fā)出來。其新型多功能硅烷便是其中一員，具有如下優(yōu)勢：

①新型硅烷偶聯(lián)劑和無機填料的表面包覆率更高；

②和有機樹脂的相容性更廣；

③新型硅烷偶聯(lián)劑功能特點更明顯；

④填料添加量更大，使下游客戶的生產(chǎn)成本降低更明顯。