【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(shuō)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(wú)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(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的液固表面物理化學(xué)過(guò)程。首先,硅烷偶聯(lián)劑的粘度及表面張力低,潤(rùn)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(wú)機(jī)材料表面被硅烷偶聯(lián)劑潤(rùn)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(rùn),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(wú)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(guò)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(rùn),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。

3）在礦物填充熱塑性塑料中應(yīng)用 熱塑性塑料如聚乙烯無(wú)反應(yīng)的基團(tuán),使用偶聯(lián)劑的效果一般不顯著,但在復(fù)合材料中加入某些能產(chǎn)生游離基的助劑,使硅烷偶聯(lián)劑與樹脂反應(yīng),則可以改善大多數(shù)含無(wú)機(jī)填料的熱塑性塑料的物理性能和顏料在塑料中的分散性,以及保護(hù)塑料在水中浸泡時(shí)免受水的侵蝕。同時(shí),對(duì)玻纖增強(qiáng)熱塑性樹脂,硅烷偶聯(lián)劑賦予的性能遠(yuǎn)超過(guò)玻璃,當(dāng)混合料處于有害的條件下,可保持良好的物理和電氣性能。硅烷偶聯(lián)劑與礦物填料混合,可提高填充體系的物理和濕電氣性能指,使其接近或在有些情況下超過(guò)非填充樹脂。

硅烷偶聯(lián)劑早是于 20 世紀(jì) 40 年代由美國(guó)聯(lián)合碳化合物公司和道康寧公司首先開發(fā)的, 早把它作為玻璃纖維的表面處理劑而用在玻璃纖維增強(qiáng)塑料中 。隨后, 由于硅烷偶聯(lián)劑獨(dú)特的性能和顯著的改性效果,以及新產(chǎn)品的不斷問(wèn)世,使其應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。繼而在橡膠、塑料、填充復(fù)合材料、環(huán)氧封裝材料 、彈性體、涂料、粘合劑和密封劑等方面獲得了廣泛地應(yīng)用 。使用硅烷偶聯(lián)劑可以極大地改進(jìn)上述材料的機(jī)械性能 、電氣性能、耐候性 、耐水性、難燃性 、粘接性、分散性 、成型性以及工藝操作性等等 。事實(shí)上 ,硅烷偶聯(lián)劑已成為材料工業(yè)必不可少的助劑之一 。迄今為止 ,國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道的已知結(jié)構(gòu)的有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑已有 100 多種,