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推薦一款有潛力的有機硅膠產品“硅烷偶聯劑”!

文章出處:廣東帝博科技有限公司 人氣:-發表時間:2019-06-21

1、硅烷偶聯劑分類

 

  X和Y是兩類反應特性不同的活性基團。其中,X易與無機物中的玻璃、陶土、二氧化硅、金屬、金屬氧化物等產生牢固的結合(化學或物理的);而Y則易與 有機物中的樹脂、橡膠等產生良好的結合(化學或物理的),正是由于其分子中同時存在親有機和親無機的兩種功能團,因此,通過硅烷偶聯劑就可以把有機材料和無機材料這兩種性質差異很大的材料牢固粘合在一起(偶聯),從而獲得滿意的粘接。這就是硅烷偶聯劑名稱的由來。

 

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  按連接在硅原子上可水解基團(即X基團)的數量不同,硅烷偶聯劑可分為三官能型和二官能型兩大類,近年來,還出現了官能團為聚合物的聚合物型硅烷偶聯劑。在國外,由于硅烷偶聯劑的生產主要為幾家大公司所控制,為了形成壟斷,各立牌號。因此,同一種有機硅產品,市場上可以出現幾個牌號,名目繁多。目前,美國聯合碳化公司(UCC)是世界上最大的硅烷偶聯劑有機硅膠生產廠家,其所擁有的品種也最多。

 

  2、硅烷偶聯劑的應用

  硅烷偶聯劑最早是作為玻璃纖維增強塑料的玻纖處理劑而開發的。由于硅烷偶聯劑改善了玻纖與樹脂之間的粘合,從而顯著提高了增強塑料的機械性能。隨著復合材料的迅速發展,硅烷偶聯劑無論在品種或產量的發展速度也很快。近年來,利用硅烷偶聯劑對某些材料引入特定功能性基團,可以改進材料的表面性質,獲得防靜電、防霉、防臭、防凝血和生理惰性等,成為硅烷偶聯劑新用途的開端。正是由于許多重要應用領域的開發,硅烷偶聯劑成為有機硅的一個重要分支。

 

  硅烷偶聯劑是由硅氯仿(HSiCl3)和帶有反應性基團的不飽和烯烴在鉑氯酸催化下加成,再經醇解而得。硅烷偶聯劑實質上是一類具有有機官能團的硅烷,在其分子中同時具有能和無機質材料(如玻璃、硅砂、金屬等)化學結合的反應基團及與有機質材料(合成樹脂等)化學結合的反應基團。可用通式Y(CH2) nSiX3表示,此處,n=0~3;X-可水解的基團;Y一有機官能團,能與樹脂起反應。X 通常是氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基、乙酰氧基等,這些基團水解時即生成硅醇(Si(OH)3),而與無機物質結合,形成硅氧烷。Y是乙烯基、氨 基、環氧基、甲基丙烯酰氧基、巰基或脲基。這些反應基可與有機物質反應而結合。

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  因此,通過使用硅烷偶聯劑,可在無機物質和有機物質的界面之間架起"分子橋",把兩種性質懸殊的材料連接在一起, 起提高復合材料的性能和增加粘接強度的作用。硅烷偶聯劑的這一特性最早應用于玻璃纖維增強塑料(玻璃鋼)上, 作玻璃纖維的表面處理劑,使玻璃鋼的機械性能、電學性能和抗老化性能得到很大的提高,在玻璃鋼工業中的重要性早已得到公認。

 

  目前,硅烷偶聯劑的用途已從玻璃纖維增強塑料(FRP)擴大到玻璃纖維增強熱塑性塑料(FRTP)用的玻璃纖維表面處理劑、無機填充物的表面處理劑以及密 封劑、 樹脂混凝土、水交聯性聚乙烯、樹脂封裝材料、殼型造型、輪胎、帶、涂料、膠粘劑、研磨材料(磨石)及其它的表面處理劑。

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  在硅烷偶聯劑這兩類性能互異的基團中,以Y基團最重要、它對制品性能影響很大,起決定偶聯劑的性能作用。只有當Y基團能和對應的樹脂起反應, 才能使復合材料的強度提高。一般要求Y基團要與樹脂相容并能起偶聯反應。所以,一定的樹脂得選擇含適當Y基團的硅烷偶聯劑。 當Y為無反應性的烷基或芳基時,對極性樹脂是不起作用的,但可用于非極性樹脂,如硅橡膠、聚苯乙烯等的膠接中。當Y含反應性官能基,要注意它與所用樹脂的 反應性及相容性。當Y含氨基時,是屬于催化性的,能在酚醛、脲醛、三聚氰胺甲醛的聚合中作催化劑,也可作為環氧和聚氨酯樹脂的固化劑,這時偶聯劑完全參與反應,形成新鍵。氨基硅烷類的偶聯劑是屬于通用型的,幾乎能與各種樹脂起偶聯作用,但聚酯樹脂例外。x 基團的種類對偶聯效果沒有影響。

 

  因此,根據Y基團中反應基的種類,硅烷偶聯劑也分別稱為乙烯基硅烷、氨基硅烷、環氧基硅烷、巰基硅烷和甲基丙烯酰氧基硅烷等,這幾種有機官能團硅烷是最常用的硅烷偶聯劑。

 

  硅烷偶聯劑的應用大致可歸納為三個方面:

 

  (一)用于玻璃纖維的表面處理,能改善玻璃纖維和樹脂的粘合性能,大大提高玻璃纖維增強復合材料的強度、電氣、抗水、抗氣候等性能,即使在濕態時,它對復合材料機械性能的提高,效果也十分顯著。

 

  目前,在玻璃纖維中使用硅烷偶聯劑已相當普遍,用于這一方面的硅烷偶聯劑約占其消耗總量的50%,其中用得較多的品種是乙烯基硅烷、氨基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷等。

 

  (二)用于無機填料填充塑料。可預先對填料進行表面處理,也可直接加入樹脂中。能改善填料在樹脂中的分散性及粘合力,改善工藝性能和提高填充塑料(包括硅膠制品,橡膠橡膠)的機械、電學和耐氣候等性能。

 

  (三)用作密封劑、粘接劑和涂料的增粘劑,能提高它們的粘接強度、耐水、耐氣候等性能。硅烷偶聯劑往往可以解決某些材料長期以來無法粘接的難題。

 

  硅烷偶聯劑作為增粘劑的作用原理在于它本身有兩種基團;一種基團可以和被粘的骨架材料結合;而另一種基團則可以與高分子材料或粘接劑結合,從而在粘接界面形成強力較高的化學鍵,大大改善了粘接強度。硅烷偶聯劑的應用一般有三種方法:一是作為骨架材料的表面處理劑;二是加入到粘接劑中,三是直接加入到高分子材料中。從充分發揮其效能和降低成本的角度出發,前兩種方法較好。

 

  硅烷偶聯劑在膠粘劑工業的具體應用有如下幾個方面:

 

  ①在結構膠粘劑中金屬與非金屬的膠接,若使用硅烷類增粘劑,就能與金屬氧化物縮合,或跟另一個硅烷醇縮合,從而使硅原子與被膠物表面緊緊接觸。如在丁腈酚醛結構膠中加入硅烷作增粘劑,可以顯著提高膠接強度。

 

  ②在膠接玻璃纖維方面國內外已普遍采用硅烷作處理劑。它能與界面發生化學反應,從而提高膠接強度。例如,氯丁膠膠接若不用硅烷作處理劑時,膠接剝離強度為1.07公斤/厘米2,若用氨基硅烷作處理劑,則膠接的剝離強度為8.7公斤/厘米2。

 

  ③在硅橡膠與其他材料的膠接方面,硅烷增粘劑具有特殊的功用。它明顯地提高各種硅橡膠制品與其它材料的膠接強度。例如,玻璃與聚氨酯橡膠膠接時,若不用硅烷作處理劑,膠的剝離強度為0.224公斤/厘米2,若加硅烷時,剝離強度則為7.26公斤/厘米2。

 

  ④本來無法用一般粘接劑解決的粘接問題有時可用硅烷偶聯劑解決。如鋁和聚乙烯與金屬、硅橡膠與有機玻璃,都可根據化學鍵理論,選擇相應的硅烷偶聯劑,得到滿意的解決。例如,用乙烯基三過氧化叔丁基硅烷(Y一4310)可使聚乙烯與鋁箔相粘合;用丁二烯基三乙氧基硅烷可使硅橡膠與金屬的扯離強度達到 21.6~22.4公斤/厘米2。

 

  一般的粘接劑或樹脂配合使用偶聯劑后不僅能提高粘合強度,更主要的是增加粘合力的耐水性及耐久性。如聚氨基甲酸酯和環氧樹脂對許多材料雖然具有高的粘合力,但粘合的耐久性及耐水性不太理想;加入硅烷偶聯劑后,這方面的性能可得到顯著的改善。

 

  硅烷偶聯劑的其它方面應用還包括:

 

  ①使固定化酶附著到玻璃基材表面,

 

  ②油井鉆探中防砂,

 

  ③使磚石表面具有憎水性,

 

  ④通過防吸濕作用,使熒光燈涂層具有較高的表面電阻;

 

  ⑤提高液體色譜柱中有機相對玻璃表面的吸濕性能。

 

  硅烷偶聯劑新開發的一項重要應用是用于生產水交聯聚乙烯,這項工藝是美國陶康寧公司開發的,目前已商業化。近年來,國內在用有機硅乳液處理毛紡織物的試驗中,發現用硅烷偶聯劑與有機硅乳液并用,可以提高毛紡織物的服用性能。

 


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