【作用機(jī)理】

硅烷偶聯(lián)劑在兩種不同性質(zhì)材料之間的界面作用機(jī)理已有多種解釋,如化學(xué)鍵理論、可逆平衡理論和物理吸附理論等。但是,界面現(xiàn)象非常復(fù)雜,單一的理論往往難以充分說明。通常情況下,化學(xué)鍵合理論能夠較好地解釋硅烷偶聯(lián)劑同無機(jī)材料之間地作用。根據(jù)這一理論,硅烷偶聯(lián)劑在不同材料界面的偶聯(lián)過程是一個(gè)復(fù)雜的液固表面物理化學(xué)過程。首先,硅烷偶聯(lián)劑的粘度及表面張力低,潤濕能力較高,對(duì)玻璃、陶瓷及金屬表面的接觸角小,可在其表面迅速鋪展開,使無機(jī)材料表面被硅烷偶聯(lián)劑潤濕;其次,一旦硅烷偶聯(lián)劑在其表面鋪展開,材料表面被浸潤,硅烷偶聯(lián)劑分子上的兩種基團(tuán)便分別向極性相近的表面擴(kuò)散,由于大氣中的材料表面總吸附著薄薄的水層,一端的烷氧基便水解成硅羥基,取向于無機(jī)材料表面,同時(shí)與材料表面的羥基發(fā)生水解縮聚反應(yīng);有機(jī)基團(tuán)則取向于有機(jī)材料表面,在交聯(lián)固化中,二者發(fā)生化學(xué)反應(yīng),從而完成了異種材料間的偶聯(lián)過程。

1.偶聯(lián)劑在橡膠中的應(yīng)用效果

（1）對(duì)橡膠-填料相互作用的影響 采用納米材料作為橡膠補(bǔ)強(qiáng)劑時(shí),由于納米粒子是在非平衡、苛刻條件下制得的,其表面原子處于高度活化狀態(tài),表面能量很大,納米粒子之間容易凝聚成團(tuán),加之納米粒子的表面特性及其較低的分散能,導(dǎo)致其與橡膠的相容性較差。經(jīng)偶聯(lián)劑處理后,納米白炭黑具有較低的表面能,易被橡膠大分子浸潤,提高了白炭黑填料的分散程度。同時(shí)由于偶聯(lián)劑在橡膠和填料之間起著橋梁作用,增強(qiáng)了納米白炭黑粒子與橡膠基質(zhì)的界面粘結(jié),提高了其對(duì)橡膠基質(zhì)的補(bǔ)強(qiáng)能力。

如前所述 ,正因?yàn)楣柰榕悸?lián)劑分子中包含有 X基 、R 基兩種不同反應(yīng)基團(tuán) ,所以才能起到把有機(jī)材料與無機(jī)物進(jìn)行化學(xué)結(jié)合的媒介作用 。但 X 基的不同只能影響水解速度 , 對(duì)復(fù)合材料的性能基本上無影響 。因此 , 選用有機(jī)材料合適的偶聯(lián)劑 ,即考慮 R 基與有機(jī)材料的化學(xué)性質(zhì) ,是使復(fù)合材料獲得更佳性能的重要條件 。例如 , 對(duì)不飽和聚酯可選有乙烯基 、環(huán)氧基偶聯(lián)劑 ;聚氨酯宜選用氨基硅烷 ;環(huán)氧樹脂宜選用環(huán)氧基或氨基硅烷 ;酚醛樹脂宜選用氨基或脲基型有機(jī)硅烷 ;烯烴聚合物宜選用乙烯基型有機(jī)硅烷 ;硫磺硫化的橡膠宜選用疏基型有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑。

在不能使用預(yù)處理法的情況下或僅使用預(yù)處理法還不夠充分時(shí) , 可采用整體摻合法 ,即將硅烷偶聯(lián)劑摻入無機(jī)填料合聚合物中 , 一起進(jìn)行混煉 。此法優(yōu)點(diǎn)是偶聯(lián)劑用量可隨意調(diào)整 , 并一步完成配料 ,但其用量較多 。

實(shí)際使用中真正起到偶聯(lián)作用的是很少量的偶聯(lián)劑所形成的但分子層 , 過多添加偶聯(lián)劑是沒有必要的 。硅烷偶聯(lián)劑的用量與其種類以及填料表面積有關(guān) ,其計(jì)算公式為：

填料表面積不明時(shí) ,硅烷偶聯(lián)劑的加入量可確定為填料的 1 %左右 。