硅烷偶联剂 课件.pptx
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1、硅烷偶联剂,主讲内容,偶联剂硅烷偶联剂定义与结构硅烷偶联剂作用机理有机硅烷偶联剂的选择原则硅烷偶联剂的种类及应用硅烷偶联剂使用方法,偶联剂,一、偶联剂定义 偶联剂(Coupling agent),又称表面改性劑。在塑料配混中,改善合成树脂与无机填充剂或增强材料的界面性能的一种塑料添加剂。,二、偶联剂的作用 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,如物理性能、电性能、热性能、旋光性能等。偶联剂在复合材料中的作用在于它既能与增强材料表面的某些基团反应,又能与基体树脂反应,在增强材料与树脂基体之间形成一个界面层,界面层能传递应力,从而增强了增强材料与
2、树脂之间粘合强度,提高了复合材料的性能,同时还可以防止其它介质向界面渗透,改善了界面状态,有利于制品的耐老化、耐应力及电绝缘性能。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NR用量,从而降低成本。,三、偶联剂的分类 按偶联剂的化学结构及组成分为有机铬络合物、钛酸酯类、铝酸化合物和硅烷类四大类。,一、硅烷偶联剂定义与结构硅烷偶联剂定义 硅烷偶联剂又名硅烷处理剂、底涂剂,是一类在分子中同时含有两种不同化学性质基团的有机硅化合物,可以和有机与无机材料发生化学键合(偶联),增加两种材料的粘接性。硅烷偶联剂结构 结构通式为YnSiX(4-n);1.通式中n为
3、03的整数;2.X为可水基团,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。典型的X基团有烷氧基、芳氧基、酰基、氯基等;最常用的则是甲氧基和乙氧基;3.Y为非水解的、可与高分子聚合物结合的有机官能团。如乙烯基、乙氧基、氨基、环氧基、甲基丙烯酰氧基、巯基等,与各种合成树脂、橡胶有较强的亲和力或反应能力。,硅烷偶联剂,常用的代表性硅烷偶联剂,二、硅烷偶联剂的作用机理,化学键理论(最古老却又是迄今为止被认为是比较成功的一种理论),SiOH之间脱水缩合,生成含SiOH的低聚硅氧烷;,与硅原子相连的SiX基水解,生成SiOH;,低聚硅氧烷中的Si OH与基材表面的
4、OH形成氢键;,加热固化过程中,伴随脱水反应而与基材形成共价键连接。,一般认为,界面上硅烷偶联剂水解生成的3个硅羟基中只有1个与基材表面键合;剩下的2个SiOH,或与其他硅烷中的SiOH缩合,或呈游离状态。,以氨丙基三乙氧基硅烷为例,当用它首先处理无机填料时(如玻璃纤维等),硅烷首先水解变成硅醇,接着硅醇基与无机填料表面发生脱水反应,进行化学键连接,反应过程如下:硅烷中的X基团水解水解后羟基与无机填料反应经偶联剂处理的无机料填进行填充制备复合材料时,偶联剂中的Y基团将与有机高聚物相互作用,最终搭起无机填料与有机物之间的桥梁。,表面浸润理论 理论认为硅烷偶联剂提高了玻璃纤维或其他无机材料的表面张
5、力,甚至使其大于树脂基体的表面张力,从而有利于树脂在无机物表面的浸润与展开,改善了树脂对无机增强材料的润湿能力,使树脂与无机增强材料较好地黏合在一起。变形层理论 理论认为硅烷偶联剂在界面中是可塑的,它可以在界面上形成一个大于10nm的柔性变形层,这个变形层具有遭受破坏时自行愈合的能力,不但能够松弛界面的预应力,而且能阻止裂纹的扩展,故可改善界面的黏合强度。,拘束层理论 理论认为复合材料中高模量增强材料与低模量树脂之间存在着界面区,而硅烷偶联剂为其中的一部分。硅烷偶联剂不仅能与无机物表面产生黏合,而且还有可以与树脂反应的基团,能将聚合物“紧束”在界面上。当此界面区的模量介于无机增强材料与树脂之间
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