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Herman

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[交流] 有机功能硅烷偶联概念

一、硅烷偶联剂
硅烷偶联剂是在同一个分子里含有两种反应性无机和有机反应性的硅基化学分子，通常典型结构为：Rn-Si-(X)4-n R是有机官能团如氨基、甲基丙烯酰氧基、环氧等；X是烷氧基如甲氧基、乙氧基或乙酰氧基等。
硅烷偶联剂会在无机材料（如玻璃、金属、矿物）和有机材料（如有机聚合物、涂料、粘合剂等）的界面起作用，结合或偶联两种截然不同的材料，偶联机理如下图一：

二、为什么要用硅烷偶联剂
随着国民经济的快速发展，涂料、胶黏剂、复合材料等产品的性能、技术、应用越来越受到重视。如使用玻纤或矿物增强有机聚合物时，聚合物和无机材料之间的界面或界面相互渉及许多物理和化学因素之间复杂交叉作用。这些因素和粘合力、物理强度、膨胀系数、浓度梯度和产品性能的保持力相关，影响附着力重要破坏因素就是水分迁移到无机增强的亲水表面，水分侵蚀了界面，破坏了粘结。真正的偶联剂在无机和有机材料的界面可以形成耐水键结。因为硅烷偶联剂有独特的物理和化学性能，不光是增强了结合强度，更重要的是防止了在复合材料老化和使用过程中在界面上的键结解体。硅烷偶联剂能把性能截然不同的两种物质通过化学或物理的作用结合起来，因此也被称为是无机和有机物质界面间的“桥梁”。

三、硅烷对聚合物的键结作用
硅烷对有机聚合物的作用非常复杂，热固性聚合物的反应性和硅烷的有机反应性相匹配。例如环氧硅烷或者氨基硅烷会与环氧树脂结合；氨基硅烷会与酚醛树脂作用；甲基丙烯酰氧和单烯烃硅烷会利用交联于不饱和聚酯树脂的苯乙烯与之结合；对于表面缺乏极性的热塑性聚合物（聚乙烯、聚丙烯等），通过硅烷偶联剂的实现结合可以解释为是在界面区域通过相互扩散和互穿网络体系而成的。如图二

为了优化IPN配方，硅烷和树脂的相溶性非常重要，一种方法就是匹配两种材料的溶解度参数，这将提高形成具有最优性能良好复合材料的几率，即使对反应性起作用的热固性聚合物来说，溶解度参数的匹配也将提高复合材料的性能。

四、硅烷对无机材料的键结
硅原子上含有三个无机反应性基团的硅烷偶联剂（通常是甲氧基、乙氧基）可以很好的结合多数无机材料的金属羟基，特别是结构中含有硅、铝或者重金属的材料，通过与添加的或者无机填料表面的残留水反应，硅原子上的烷氧基水解释放出硅醇，然后这些硅醇与无机表面的羟基反应形成氢键后脱水形成硅氧键。如图三