中國(guó)粉體網(wǎng)訊 偶聯(lián)劑是一種同時(shí)具有親水性官能團(tuán)和疏水性官能團(tuán)的物質(zhì)。根據(jù)組分和化學(xué)結(jié)構(gòu)可將偶聯(lián)劑分為鉻絡(luò)合物有機(jī)偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、硅烷偶聯(lián)劑和鋁酸化合物。
硅烷偶聯(lián)劑是由美國(guó)聯(lián)合碳化物公司開發(fā)的，主要用于玻璃纖維增強(qiáng)塑料。硅烷偶聯(lián)劑的分子結(jié)構(gòu)式一般為：Y-R-Si(OR)3(式中Y一有機(jī)官能基，SiOR一硅烷氧基)。硅烷氧基對(duì)無(wú)機(jī)物具有反應(yīng)性，有機(jī)官能基對(duì)有機(jī)物具有反應(yīng)性或相容性。因此,當(dāng)硅烷偶聯(lián)劑介于無(wú)機(jī)和有機(jī)界面之間，可形成有機(jī)基體-硅烷偶聯(lián)劑-無(wú)機(jī)基體的結(jié)合層。典型的硅烷偶聯(lián)劑有A151(乙烯基三乙氧基硅烷)、A171(乙烯基三甲氧基硅烷).A172(乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷)等。
硅烷偶聯(lián)劑用量大，品種多，通常以Y．R．SiX，表示其結(jié)構(gòu)。其中，x是鹵素或烷氧基，在水的作用下，Si．X變成Si．OH，實(shí)驗(yàn)無(wú)機(jī)物表面與硅烷的連接。R是長(zhǎng)鏈烷烴，Y是氨基、乙烯基、甲基丙烯酰氧基、巰基、環(huán)氧基等有機(jī)官能團(tuán)，易于和聚合物發(fā)生反應(yīng)。硅烷偶聯(lián)劑廣泛應(yīng)用與納米顆粒的表面改性、玻纖和金屬防腐蝕表面處理、涂料和密封劑增粘劑，可大大提升材料性能。
合成方法
硅烷偶聯(lián)劑的合成方法主要包括格氏試劑法、直接合成法、氫硅加成法、鹵代烷脫HX法和醇解法。
格氏試劑法是合成硅烷偶聯(lián)劑的一種重要方法，其反應(yīng)方式如下圖所示：
利用格氏試劑法可以將芳香族化合物、共軛烯烴及多氯代脂肪烴發(fā)生格式反應(yīng)，合成過去很難合成的有機(jī)硅烷。
直接合成法
硅烷偶聯(lián)劑的直接合成法與1941年由E．G．Rochow首先提出，是目前單體甲基氯硅烷的唯一工業(yè)化生產(chǎn)方法。
直接合成法以銅粉作催化劑，在加熱條件下，硅粉與鹵代烴直接反應(yīng)生成產(chǎn)物，反應(yīng)方程式如下圖所示：
硅氫加成法
硅氫加成法是在催化劑作用下，烯烴與炔烴與含Si．x鍵的化合物反應(yīng)，合成Si．C鍵化合物的合成方法。按其機(jī)理可以分為自由基和配位加成兩種。1947年，L．H．Sommer等人發(fā)現(xiàn)硅烷偶聯(lián)劑的自由基合成方法，Si．H在過氧化合物的作用下，與烯烴發(fā)生加成反應(yīng)，得到Si．C的化合物。而應(yīng)用更為廣泛的配位加成反應(yīng)是以釕、鈀、鉑等過渡金屬或其化合物為催化劑，使氫硅烷與不飽和烴加成，形成Si—C鍵，反應(yīng)方程式如下圖所示：
鹵代硅烷脫HX法
鹵代硅烷在催化劑的作用下脫HX是實(shí)驗(yàn)室制備不飽和烴基硅烷的常用方法，反應(yīng)方程式如下圖所示：
該法制得的CH2=CHCH2SiCl3產(chǎn)率可達(dá)89％，CH3CH=CHSiCl3產(chǎn)率可達(dá)7.6％。
醇解法
有機(jī)鹵代硅烷的醇解制備有機(jī)硅烷的主要方法，該法操作簡(jiǎn)單，反應(yīng)方程式如下圖所示：
應(yīng)用
玻纖的表面處理
為了提升樹脂與玻纖的粘合性能，改善玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料的強(qiáng)度、抗水、電氣、耐候性能，有必要對(duì)玻纖進(jìn)行表面改性。目前，在玻璃纖維表面改性方面用得較多的表面改性劑是硅烷偶聯(lián)劑，其品種主要包括：乙烯基硅烷、氨基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷等。
無(wú)機(jī)填料表面處理
塑料、橡膠等高分子材料均需加入不同的無(wú)機(jī)填料，以滿足其不同的使用性能。在實(shí)際應(yīng)用中，通過對(duì)填料進(jìn)行表面改性，使填料具有憎水性，可以充分發(fā)揮無(wú)機(jī)填料的功能。
納米粉體表面改性
納米粉體具有粒徑小、比表面積大的特點(diǎn)，因而具有獨(dú)特的小尺寸效應(yīng)、隧道效應(yīng)和表面效應(yīng)，從而以優(yōu)良的補(bǔ)強(qiáng)性、穩(wěn)定性、增稠性受到青睞，在塑料、橡膠、涂料等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。由于納米粉體表面能大，易與團(tuán)聚，限制了其超細(xì)效應(yīng)的發(fā)揮，在有機(jī)相中難以分散和浸潤(rùn)，所以必須對(duì)其進(jìn)行表面改性，提高其與有機(jī)分子的相容性和結(jié)和力。
用作密封劑、涂料的增粘劑
硅烷偶聯(lián)劑作為一種增粘劑，廣泛應(yīng)用于粘結(jié)劑、密封劑和涂料等領(lǐng)域，能提高它們的粘結(jié)強(qiáng)度、耐水、耐候性能。
其它方面
硅烷偶聯(lián)劑還廣泛應(yīng)用于金屬表面處理、建筑等行業(yè)。王雪明等用KH.560對(duì)金屬表面進(jìn)行預(yù)處理，從而在金屬表面形成硅烷膜涂層，其耐腐蝕性能與磷化處理相當(dāng)甚至優(yōu)于磷化處理。此技術(shù)有望逐漸代替磷化、鉻酸鹽鈍化等常用金屬表面處理工藝，從而解決金屬表面處理一直存在的環(huán)保問題。
2020年，中國(guó)粉體網(wǎng)旗下平臺(tái)粉體公開課舉辦首屆粉體表面改性及包覆技術(shù)網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)，受到了業(yè)內(nèi)人士的諸多好評(píng)。2021年，中國(guó)粉體網(wǎng)平臺(tái)粉體公開課再出發(fā)，于2021年7月2日，舉行“2021第二屆粉體表面改性及包覆技術(shù)網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)”，特邀原核工業(yè)部包頭助劑廠教授級(jí)高工李寶智老師，他帶來(lái)的報(bào)告題目為《硅烷偶聯(lián)劑用于非金屬粉體表面改性應(yīng)注意的問題》。報(bào)告主要介紹了硅烷偶聯(lián)劑的結(jié)構(gòu)、作用機(jī)理及選擇的原則，對(duì)表面改性的工藝及改性設(shè)備的確定與選擇。
專家介紹
畢業(yè)于成都理工大學(xué),從事非金屬礦物粉體表面改性及復(fù)合技術(shù)的研究工作30余年，從最初的高嶺土改性、到碳酸鈣粉體改性，再到現(xiàn)在的石英砂及硅微粉表面改性，為國(guó)內(nèi)眾多非礦粉體企業(yè)提供了技術(shù)保障。現(xiàn)兼職多家企業(yè)技術(shù)顧問。
參考資料：
盧昌利等.硅烷偶聯(lián)劑的合成、發(fā)展與應(yīng)用
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/茜茜）
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