硅烷偶联剂及其应用.ppt

中国氟硅有机材料工业协会技术培训中心专题讲座廖俊高级工程师、博士硅烷偶联剂几个概念★硅烷硅烷衍生物：硅烷分类：
硅烷依其官能团所连接的原子可分为两大类：

硅官能有机硅烷
碳官能有机硅烷
是一类官能团直接连在硅原子上的有机硅烷。

RnSiX4-n

R为烷基、芳基、芳烷基、烷芳基及氢等；
X为一价可水解官能基，如卤素（主要是氯）、烷氧基、酰氧基、氨基及氢等。

有机卤硅烷即为它们中的典型代表。
（CH3）2SiCl2D4、DMC有机硅聚合物
单体环体是一类有机基中连有官能团的有机硅烷。

Y-R-Si(Me)nX3-n

Y为官能基(如NH2、OCH2-CH（O）CH2、OCOMe=CH2、Cl、OH、SH等)；
X为一价易水解的官能基如卤素、MeO、EtO、AcO、MeOC2H4O、Me3SiO等；
R为亚烃基；
n为0-1。★偶联剂硅烷偶联剂非硅烷偶联剂

铬络合物：Volan（DuPont）
原硅酸酯：原硅酸烯丙酯
其它原酸酯：磷酸氨苄酯、双十六烷基硼酸异丙
酯、辛基三异丙氧基锡、
钛酸酯：系列含取代基的钛酸酯
其它含有机官能团的化合物硅烷偶联剂硅烷偶联剂通式
Y-R-Si（Men）X4-n-1
O
O∥
Y＝-Cl、-NH2、-OCH2-CH-CH2、-OC-CMe＝CH2、-NCO、-HN
-HNCONH2、-NHCH2CH2NH2、-N3、－NR2R//Cl等有机化合物官能团。
X＝Cl、OMe、OEt、OAC、OCH2CH2OCH３等可水解硅官能团。
R＝-(CH2)m-(m＝1或≥3)，-C6H4等；
n＝0，1，2。（主要为0）
经典的硅烷偶联剂分子式通式一般为：
Y-R-Si-X3

比较特殊的包括：
乙烯基：CH2＝CH-Si（Men）X4-n-1
长链烷基：R-Si（Men）X4-n-1（R为超过3碳的直链或侧链烷基）
其他：如(RO)3Si(CH2)３S2-4(CH2)３Si(OR)3，(RO)3SiCH2-CH2Si(OR)3，
功能有机硅烷化合物等。常用硅烷偶联剂SCA化学性质讨论

②水解缩合反应

－HX－H2O
2≡Si-X＋2H2O→2≡SiOH→≡Si-O-Si≡

③异官能团缩合反应
≡SiX＋HO-M→≡Si-O-M
≡SiX＋HO-Si≡→≡Si-O-Si≡
M代表无机物或有机物表面。
前3种反应讨论：

a.上述反应在有H＋、OH－或某些金属盐、氧化物或加热情况下加速。

b.水解或醇解速度：

Cl＞OAC＞OMe＞OEt
XXXOH
－Si－X＞－Si－OH＞－Si－OH＞－Si－OH
XXOHOH④偶联剂硅官能团水解后的硅羟基与H2O、或其极性基团的表面形成氢键。
硅烷偶联剂碳官能团主要化学反应②含甲基丙烯酰氧基的硅烷偶联剂
CH2＝C－COOC3H6Si(OR)3
Me
R主要为甲氧基
a.聚合反应
Men≡SiC3H6OOOCMe＝CH2－(C－CH2)n
OCOC3H6Si≡
b.共聚合反应
≡SiC3H6OOOCMe＝CH2＋CH2＝CR/R
－(CMe－CH2－CH2－CR/R)－
OCOC3H6Si≡
R＝H，Me；
R/＝Ph，Cl，ACO，COOH，COOR//
(R//为Me，Et，Bu，C2H4OH等)。

③含卤素硅烷偶联剂
Cl(CH2)n－SiX3n＝1，≥3。
a.与胺反应
b.与叔胺反应生成季胺盐
c.与羧酸盐、醇钠等
d.其它取代反应
④含氨基的硅烷偶联剂
H2N－C3H6Si(OR)3
a.加成反应
≡SiC3H6NH2＋CH2－CH－→≡SiC3H6－NH－CH2－CH－

OOH

≡SiC3H6NH2＋CH2＝CHCOO－→≡Si－C3H6－NHCH2－CH2COO－
≡SiC3H6NH2＋OCNC6H12－→≡SiC3H6－NHCONH－C6H12－
b.与羧酸衍生物反应
O
∥
C-R
≡SiC3H6-NH2＋O→≡SiC3H6NHCOR
C-R
∥
O
≡SiC3H6NH2＋HCOOMe→≡SiC3H6NHCHO＋MeOH
≡SiC3H6NH2＋H2NCOOEt→≡SiC3H6NH2－CONH2＋EtOH
c.成盐反应
≡SiC3H6NH2＋Cl－R→[≡SiC3H6NH2－R]＋Cl－
≡SiC3H6NH2＋HCl→≡SiC3H6NH2HCl
⑤含环氧的硅烷偶联剂

a.聚合反应
b.共聚合反应
c.与含活泼的有机基团反应
⑥含巯基的硅烷偶联剂
a.与含不饱和基团的有机物加成反应
b.氧化反应
碳官能团中R基的影响a.芳基、烷基b.－(CH2)n－，n的多少SCA的某些物化性质硅烷偶联剂有关临界表面张力硅烷偶联剂在基材上成膜后临界表面张力γc偶联剂结构
O－CH2－CH－CH2O(CH2)3Si(OCH3)3硅烷偶联剂碳