硅烷偶联剂及其应用技术课程.pptx

会计学偶联剂是一种重要的、应用领域日渐广泛的处理剂，主要用作聚合物基复合材料的助剂。偶联剂分子结构的最大特点是分子中含有化学性质不同的两个基团,一个是亲无机物的基团，易与无机物表面起化学反应；另一个是亲有机物的基团，能与合成树脂或其它聚合物发生化学反应或生成氢键。因此，偶联剂被称作“分子桥”，用以改善无机物与有机物之间的界面作用,从而大大提高复合材料的性能。例如，偶联剂用于橡胶工业中，可提高轮胎、胶板、胶管、胶鞋等产品的耐磨性和耐老化性能，并且能减小天然橡胶的用量，从而降低成本。偶联剂种类繁多，主要有SCA偶联剂(SCA)、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、双金属偶联剂、磷酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂、铬络合物及其他高级脂肪酸、醇、酯的偶联剂等，目前应用范围最广的是SCA和钛酸酯偶剂。SCA的通式为Q-R’-Si-(R)n-X(3-n)，其化合物中都含有硅官能团(X)和有机官能团(碳官能团Q)，这两类官能团都是可进行化学反应的活性基团。X为可水解基团，遇水溶液、空气中的水分或无机物表面吸附的水分均可引起分解，与无机物表面有较好的反应性；Q为非水解、可与聚合物结合的有机官能团。此外，还有将硅官能团和碳官能团键合在一起的具有惰性的连接基团R’，以及硅-碳键合的惰性烃基R。不同SCA的硅官能团可进行的化学反应基本类似，而碳官能团所能进行的化学反应则不同，各具特色。
根据聚合物的不同性质,Q应与聚合物分子有较强的亲和力或反应能力,如甲基、乙烯基、氨基、环氧基、巯基、丙烯酰氧丙基等。典型的X基团有烷氧基、芳氧基、酰基、氯基等，但最常用的则是甲氧基和乙氧基。/由此可看出，SCA水解生成硅醇是与纳米粒子表面发生作用的前提，而SCA的水解程度又直接影响硅醇与纳米粒子表面的作用效果，因为只有硅醇单体才能对纳米粒子形成稳定结构。此外，在水解过程中往往伴随着浑浊现象的发生，这意味着体系中SCA完全缩合成硅氧烷高聚体，此时SCA失去了分散纳米SiO2的能力。因此，研究SCA的水解机理和分散机理具有重要意义。SCA的水解反应为离解的化学平衡体系，其水解平衡反应式如下：SCA水解生成的硅醇极性较强，容易形成氢键以及脱水缩合生成硅氧烷或聚硅氧烷。在SCA的水解过程中同时存在水解和缩合2个反应，这2个反应处于竞争状态，为了保证体系中硅醇的含量尽可能大，应控制缩合反应的发生。SCA水解程度的检测浑浊程度观测法二、硅烷偶联剂的分类根据SCA结构的不同，可将其分为以下8类：/////三、硅烷偶联剂的应用领域SCA在高分子材料中的应用SCA在聚合物化学结构改性中的应用SCA在功能有机材料中的应用SCA金属表面处理中的应用三、SCA的使用方法在配合料中直接加入SCA是对液体树脂内的颗粒状填料进行偶联改性的最简便方法。如混炼橡胶时,直接掺入WD-40SCA，对颗粒状填料进行即时处理，掺加SCA的效果取决于混炼操作期间填料对SCA的吸附能力。此方法是将填料与SCA在有机溶剂中混合,然后过滤和干燥。与采用水溶液的情况比较,无水溶剂使沉积在填料表面的SCA更接近于单分子层,且处理过的填料在干燥时不结块。四、硅烷偶联剂的选取原则//五、SCA在聚合物基复合材料中的应用环氧树脂SCA可用来改善几乎所有含酚醛树脂的复合材料。氨基SCA可与酚醛树脂粘结料一起用于玻璃纤维绝缘材料；与间苯二酚—甲醛胶乳浸渍液中的间苯二酚—甲醛树脂或酚醛树脂一起用于玻璃纤维轮胎帘线上,与呋喃树脂和酚醛树脂一起用作金属铸造用砂芯的粘结料；氨基SCA与酚醛树脂并用，可用于油井中砂层的固定，其中WD-50、WD-51效果理想。用SCA处理颗粒状无机填料可显著改善含填料热塑性树脂的流变性能，并在诸如混炼挤出或注模等高剪切力的作业中，保护填料免受机械损伤。适用于环氧树脂的有机官能团SCA,在无机填料填充的尼龙中也能产生良好的效果。氨基SCA可用于为数众多的热塑性工程塑料中,如ABS、缩醛树脂、尼龙、聚碳酸酯、聚砜、聚苯乙烯、聚酯、聚氯乙烯、苯乙烯-丙烯腈共聚物等。六、SCA应用于聚合物基复合材料中的原理化学键合理论该理论认为，两组份间如能实现完全浸润，则树脂在填料上的物理吸附所提供的黏结强度将大大超过树脂的内聚强度。两相间的结合模式属于机械粘结和润湿吸附，机械粘结模式是一种机械铰合现象，即大分子进入基体的孔隙的不平的凹陷之中，在固化后形成铰链。
研究者认为SCA是一种改善无机/有机两种性质差异大的润湿性，增进两种不同性质的材料相互润湿和吸附，它是充分发挥分子间相互作用力的一种助剂。界面可变性理论约束层理论纳米SiO2在聚合物基复合材料中的应用一、纳米SiO2的制备方法一、纳米SiO2的制备方法三是溶胶-凝胶法，该法是制备单分散球形SiO2的一种重要方法，一般以有机醇盐(少数也采用无机盐)为前驱体，通过缩聚过程逐渐凝胶化，然后