粉體工業(yè)是重要的基礎(chǔ)原料工業(yè)，在一些高分子材料工業(yè)及高聚物復(fù)合材料領(lǐng)域中，粉體常常用作無(wú)機(jī)礦物填料。不僅降低了材料的生產(chǎn)成本，而且還能提高復(fù)合材料的力學(xué)性能以及穩(wěn)定性，甚至可以賦于材料某些特殊的物理化學(xué)性能，如耐腐蝕性、絕緣性和阻燃性等。

但是由于無(wú)機(jī)粉體與有機(jī)高聚物的界面性質(zhì)不同，因此當(dāng)以無(wú)機(jī)粉體作為填充物時(shí)，除了需要相關(guān)的粒度和粒度分布要求之外，還必須對(duì)其表面進(jìn)行改性，以改善其表面的物理化學(xué)特性，使其趨近基體的表面特性提高其在基體中的分散性，從而提高材料的力學(xué)性能及綜合性能。

偶聯(lián)劑的分類

無(wú)機(jī)粉體改性需要用表面改性劑，表面改性劑的種類很多，偶聯(lián)劑是應(yīng)用最多的一種。在填充體系中起到分散、偶聯(lián)、增容、補(bǔ)強(qiáng)等作用。偶聯(lián)劑的種類繁多，按其組成成分可分為：硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、雙金屬偶聯(lián)劑、磷酸酯偶聯(lián)劑、硼酸酯偶聯(lián)劑、鉻絡(luò)合物及其它高級(jí)脂肪酸、醇、酯的偶聯(lián)劑等,目前應(yīng)用范圍最廣的是硅烷偶聯(lián)劑和鈦酸酯偶聯(lián)劑。

偶聯(lián)劑改性機(jī)理

偶聯(lián)劑分子結(jié)構(gòu)的最大特點(diǎn)是分子中具有能分別與無(wú)機(jī)物和有機(jī)物反應(yīng)的兩種性質(zhì)不同的官能團(tuán)的低分子化合物。其分子中含有化學(xué)性質(zhì)不相同的兩個(gè)基團(tuán)，一個(gè)基團(tuán)親無(wú)機(jī)物，易于無(wú)機(jī)粉體表面起化學(xué)反應(yīng)；另一個(gè)基團(tuán)親有機(jī)物，能與聚合物起化學(xué)反應(yīng)，生成化學(xué)鍵。因此偶聯(lián)劑又被稱為“分子橋”，用于改善無(wú)機(jī)粉體和有機(jī)物之間的界面作用，從而大大提高材料的各方面性能。

1硅烷偶聯(lián)劑

硅烷偶聯(lián)劑是人們研究最早、應(yīng)用最早的偶聯(lián)劑。它是近年來(lái)發(fā)展較快的一類有機(jī)硅產(chǎn)品，其品種繁多，結(jié)構(gòu)新穎，僅已知結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品就有百余種。其通式為RnSiX（4-n），式中R為非水解的、可與高分子聚合物結(jié)合的有機(jī)官能團(tuán)。如甲基、乙烯基、氨基、環(huán)氧基、巰基、丙烯酰氧丙基等。X為可水解基團(tuán)，遇水溶液、空氣中的水分或無(wú)機(jī)物表面吸附的水分均可引起分解，與無(wú)機(jī)物表面有較好的反應(yīng)性。典型的X基團(tuán)有甲氧基、乙氧基、烷氧基、芳氧基、�；�、氯基等。作用機(jī)理大致分以下3步：（1）X基水解為羥基；（2）羥基與無(wú)機(jī)物表面存在的羥基生成氫鍵或脫水成醚鍵；（3）R基與有機(jī)物相結(jié)合。

硅烷偶聯(lián)劑主要應(yīng)用于陶土、滑石粉、硅灰石、炭黑、白炭黑、石英、鋁粉、鐵粉、氫氧化鋁、二氧化硅、云母、玻璃微珠等無(wú)機(jī)粉體的表面處理中，但不適用于碳酸鈣。

2鈦酸酯偶聯(lián)劑

鈦酸酯偶聯(lián)劑是70年代后期由美國(guó)肯利奇石油化學(xué)公司開發(fā)的一種偶聯(lián)劑。對(duì)于熱塑型聚合物和干燥的填料有良好的偶聯(lián)效果。這類偶聯(lián)劑的通式為RO(4-n)Ti(OX-R’-Y)n(n=2,3)。RO-是可水解的短鏈烷氧基，能與無(wú)機(jī)物表面羥基起反應(yīng)，；-O區(qū)可與帶羧基的聚合物發(fā)生酯交換反應(yīng)，或與環(huán)氧樹脂中的羧基進(jìn)行酯化反應(yīng)，使填充劑、鈦酸酯和聚合物三者交聯(lián)。OX-決定鈦酸酯所具有的特殊功能，可以是羧基、烷氧基、磺酸基、磷基等。鈦酸酯偶聯(lián)劑的作用應(yīng)歸結(jié)于它對(duì)界面的影響，即它能在無(wú)機(jī)填料和有機(jī)聚合物之間形成化學(xué)橋鍵，這種偶聯(lián)劑的特點(diǎn)是能在填料表面形成單分子層而不會(huì)形成多分子層，并且由于其本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使鈦酸酯偶聯(lián)劑具有表面改性效果。

鈦酸酯偶聯(lián)劑可用來(lái)處理碳酸鈣、滑石粉、硫酸鋇、氫氧化鋁等無(wú)機(jī)粉體填料。

3鋁酸酯偶聯(lián)劑

鋁酸酯偶聯(lián)劑是由福建師范大學(xué)研制出的一種新型偶聯(lián)劑，其結(jié)構(gòu)與鈦酸酯偶聯(lián)劑類似，分子中存在兩類活性基團(tuán)，一類可與無(wú)機(jī)填料表面作用；另一類可與樹脂分子纏結(jié)。鋁酸酯偶聯(lián)劑化學(xué)通式為

其中Dn代表配位基團(tuán)；RO能與無(wú)機(jī)粉體發(fā)生反應(yīng)；COR為與高聚物基料作用的基團(tuán)。

適用于碳酸鈣、硅灰石、滑石粉、高嶺土、膨潤(rùn)土、石膏粉、氧化鋁、氫氧化鋁等無(wú)機(jī)粉體和氧化鐵紅、鋅鋇白、鈦白粉等顏料的表面改性。