偶联剂的技术应用
偶联剂的技术应用(2008/04/21 19:48)
（引用地址：中国塑料改性网）
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浏览字体：大中小偶联剂对填料的改性,在我国塑料工业中已经历20年,在取得改性效
果的同时,也出现一些改性未取得理想效果的反映,经调查分析,塑料改性效果的取得,必须与塑料加工中各个技术环节要有良好的协调配合。现提出我们的看法,供参考。
一、
非金属矿(粉体材料)在塑料工业中的作用在塑料加工中,加入适当
的粉体填料,可达到增量降低成本的作用,还能改善或提高塑料制品的物理力学性能、耐磨性能、热学性能、耐老化性能,还能克服塑料不耐低温、低刚硬性、易膨胀性、易蠕变性等缺点。所以,填料既有增量作用,又有改性效果;有些填料具有活性,还能起到补强作用。增量剂可使塑料制品的密度、弹性模量、压缩强度、挠曲强度得到改善,收缩率变小,尺寸稳定性好,减弱了材料的力学性能和温度的依赖关系,降低制品成本;增强
剂的作用在于使制品的抗张强度、断裂伸长率、压缩强度、剪切强度、弹性模量、热变形温度提高,缩小制品收缩率,改进其蠕变性,提高弯曲、蠕变模量,降低负荷的粘弹屈服,提高拉伸强度。常用的粉体填充剂,有碳酸钙(轻钙、重钙、胶质碳酸钙)。近年来,塑料工业发展,填充剂也向功能型要求发展,并向超细、超微细发展,对填料的界面改性所成活性碳酸钙,
已不适应塑料工业发展的要求,用偶联剂对填料界面改性,已形成广泛的共识。其他填充剂,如滑石粉、云母粉、高岭土、二氧化硅、二氧化钛、赤泥、粉煤灰、硅藻土、玻璃微珠、硫酸钡(钙)、石英粉、透闪石、氧化铝、硅灰石、炭黑、硅铝炭黑、水镁石等,用于塑料加工已产生积极的效应。非金属矿填料已成为塑料工业不可缺少的原料,随着改性技术的进步,在塑料中使用的非金属矿填料的种类、数量都将迅速扩大,并据其价格低廉、性能独特、改性效果显著的优势,在塑料工业中有着重要的作用。
二、
偶联剂改性填料在塑料工业中的应用为了使复合材料达到预期的
性能,需对填料表面进行改性,以增强它与基本树脂的相容性和结合力。用偶联剂对填充剂界面改性的作用是:①提高塑料制品质量档次;②提高塑料制品附加值;③促进塑料新产品开发、新技术的应用。七十年代末我国消化吸收国外技术,研究生产硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂,八十年代初形成小规模生产,对我国塑料工业发展起了积极作用。随后,国内又自行研制开发生产了铝酸酯偶联剂、稀土偶联剂等。目前国内偶联剂的类型、品种很多,应用时应对其质量、性能多加研究。偶联剂对填料改性,既有物理变化、又有化学反应,更与塑料加工中其它工艺技术环节相联系,否则改性效果再好,不一定能在最终制品上反应出改性效果。
南京裕德恒精细化工有限公司——华东地区专业的偶联剂生产企业
联系方式：杨宏超，电话025-********，手机：138********
硅烷偶联剂无机粉体填料改性(2009/02/23 11:27)
目录：网商感悟
浏览字体：大中小硅烷偶联剂处理无机粉体填料改性
(1)作表面改性剂。偶联改性是在粒子表面发生化学偶联反应，粒子表面经偶联剂处理后可以与有机物产生很好的相容性。施卫贤等用硅烷偶联剂KH-570对磁性Fe3O4进行表面改性，并进一步对磁性复合粒子进行了分析和表征。刘峥用硅烷偶联剂KH-550处理Fe3O4磁性微粒；用扫描电镜检测改性微粒的表面特征。结果表明：Fe3O4和改性Fe3O4微粒均呈不规则形状，但改性Fe3O4微粒的分散性明显好于未改性Fe3O4微粒，这是由于微粒表面的偶联剂阻止了Fe3O4微粒间的团聚。Fe3O4和改性Fe3O4的粒度测试结果表明：改性Fe3O4有较大的比表面积、较小的粒径。
硅烷偶联剂作为表面改性剂在金属防腐预处理上的应用是它的最新应用。要获得与金属基体结合良好的防腐涂层，必须选择合适的涂覆系统、制定合理的涂覆工艺、进行严格的表面预处理。目前进行表面预处理的方法有2种：①采用等离子体聚合方法在金属表面上沉积一层有机物薄膜，但该法成本高，使其推广应用受到限制；②采用有机硅烷偶联剂水溶液处理，在金属表面上沉积一层很薄的有机硅烷薄膜。由于硅烷偶联剂在水解后能形成三羟基的硅醇，醇羟基之间可以互相反应生成一层交联的致密网状疏水膜，由于这种膜表面有能够和树脂起反应的有机官能基团，因此会大大提高漆膜的附着力，抗腐蚀、抗摩擦、抗冲击的能力也随之提高。
(2)用于无机填料填充塑料时，可以改善其分散性和黏合性。在塑料研究和生产过程中，通常使用大量廉价的无机填料(或增强剂)。这不仅能增加塑料的质量，降低产品的成本，而且还能改善塑料制品的某些性能。然而，由于无机填料与有机聚合物在化学结构和物理形态上存在着显著的差异，两者缺乏亲和性，往往会使塑料制品的力学性能和成型加工性能受到影响。通过偶联剂与无机填料进行化学反应或物理包覆等方法，使填料表面由亲水性变成亲油性，从而达到与聚合物的紧密结合，使材料的强度、黏结力、电性能、疏水性、抗老化性能等显著提高。
高翔等们以聚丙烯(Polypropylene，PP)为基体，使用硅烷、钛酸酯、硬脂酸钠对凹凸棒土进行表面有机化改性，分析了改性凹凸棒土的红外光谱和表面结构，对聚丙烯／凹凸棒土复合材料的分散状态、结晶行为与力学性能分别进行了研究。结果表明：经过表面处理后，凹凸棒土在PP基体中的分散状态有明显的改善，而且表面改性还会使填充的凹凸棒土与基体界面的黏结发生改变，从而进一步影响到复合材料的性能。钟鑫等研究了用硅烷偶联剂进行表面改性的PVC／木纤维复合材料性能的变化；用NaOH溶液处理木纤维，接着再用硅烷偶联剂对木纤维进行表面改性，以提高木纤维与PVC的界面黏合性。
李志君等研究了用硅烷偶联剂KH-570改性木粉对复合材料力学性能的影响。结果表明：随硅烷偶联剂KH-570用量(质量分数)的增加，复合材料各项力学性能呈现先升高后降低的趋势，质量分数为0．02时，复合材料的力学性能出现最佳值。与未改性木粉／LLDPE 相比，KH570改性木粉／LLDPE的力学性能有较明显的提高，在硅烷偶联剂KH-570用量为0．02时，硅烷偶联剂KH-570改性木粉／LLDPE的模量、拉伸强度、撕裂强度、断裂伸长率分别提高了27．2％、27．2％、8．8％、168．8％。这是因为KH570分子链的烷氧基水解后能与木粉表面的羟基发生化学键合，起到降低木粉粒子与LLDPE的界面能、增强木粉粒子与LLDPE树脂基体之间的黏结强度和改善木粉分散性的作用。
(3)用作黏合促进剂和密封剂，以提高填料和基体的亲和密封性。对于一般胶黏剂无法解决的粘接难题，有时可用硅烷偶联剂解决；采用混合偶联剂以及硅烷偶联剂与多种化合物的反应产物有时可达到更佳的增黏效果。如铝和聚乙烯、硅橡胶和金属、硅橡胶和有机玻璃等的粘接，都可选择相应的硅烷偶联剂作增黏剂。它既可用作基材的底涂，又可采用掺混法直接加入到橡胶或树脂中。复合材料中加入硅烷偶联剂不但提高填料与基体的黏合密封性，同时也改善了复合材料的其他性能。如：耐磨性能、耐老化性能、动力学和黏附性能等。硅橡胶属于低表面能难粘材料。用乙烯基硅烷如乙烯基三叔丁基过氧基硅烷(VTPS)或乙烯基三乙氧基硅烷(A-151)作增黏剂，可解决硅橡胶与钢材的粘接难题，使硅橡胶与钢的剪切强度达到45MPa以上。赵金义等将用硅烷偶联剂改性的白炭黑加入到丁苯橡胶中，试验结果表明：通过改性，使得白炭黑在橡胶中的分散性提高，白炭黑与橡胶的亲和性也提高。同时验证橡胶的撕裂性能和磨耗性能也有所提高。胡晓兰等用硅烷偶联剂对硼酸铝晶须进行表面处理后，填充到双马来酰亚胺树脂中，结果表明：复合材料的弯曲强度有一定程度的提高，其中KH-550对晶须的表面处理效果较KH-570的好。未进行表面处理的硼酸铝晶须填充到树脂中后，弯曲强度提高较少，且当晶须含量大于5％(质量分数)时，随着晶须含量的提高，弯曲强度下降较大。这主要是由于经表面处理的晶须与树脂基体间的浸润性较好，材料中产生的气泡等缺陷较少，减少了“自由孔隙”，提高了晶须的表面活性，促进了其与树脂间的界面黏结，因而使材料的性能较好。
南京裕德恒精细化工有限公司专业生产硅烷偶联剂，联系电话：025-********，139********，陈先生
有人曾用各种硅烷偶联剂对玻璃纤维表面进行处理，结果表明：含有氨基的偶联剂比不含氨基的偶联剂对玻璃纤维的表面处理效果好，因为偶联剂的氨基与添加剂以及基体中的氨基有亲和性，再加上起交联作用的助剂，使得复合材料的界面具有较好的粘合性，而没有氨基就没有这一功能；氨基还能与接枝的酸酐官能团反应，生成跨越界面的化学键，使界面的粘接强度提高，复合材料的整体性能提高。
偶联剂具有2种不同性质的基团，亲无机物基团可与无机物表面(如玻璃、粉煤灰等含硅材料)的化学基团反应，形成强固的化学键合；亲有机物基团可与有机物分子反应或物理缠绕，从而使有机与无机材料的界面实现化学键接，大幅度提高粘接强度。但偶联剂是否可“偶联”2种无机材料呢?马一平首先做了有益的尝试，用硅烷偶联剂KH-570涂刷大理石，再抹水泥净浆，并进行宏观力学性能试验，测得劈拉强度提高达57％～84％。还有人分别在砂浆和花岗岩表面涂抹硅烷偶联剂KH-570溶液，再补新砂浆，结果显示拉伸强度可分别比不涂偶联剂时提高38％和23％，据此推测，界面层中可能产生了大量的化学键。
4 硅烷偶联剂新作用
随着高性能和高功能化材料的迅速发展，硅烷偶联剂进入更广阔的应用领域。因此，硅烷偶联剂已成为有机硅工业、复合材料工业、高分子工业中不可缺少的助剂之一。目前，已有不同种类、不同特性的硅烷偶联剂新产品问世，丰富着硅烷偶联剂家族。美国《橡胶和塑料新闻》报道：Cromptonosi公司开发了一种新型硅烷偶联剂NXT。据该公司称，这种偶联剂给白炭黑轮胎胶料的混炼技术带来了重大突破。
新一代NXT硅烷偶联剂是现有偶联剂的换代产品，填充于白炭黑的胎面胶中可以降低胶料黏度、减少混炼段数、改善胶料加工性能、促进补强剂分散、提高胶料的动态力学性能。此外，这种偶联剂提高了白炭黑胎面胶的耐老化性能，延长胶料贮存时间，同时还减少了成品轮胎中挥发性有机物的含量。NXT偶联剂开发成功已有7年，但2002年9月10日才正式投放市场。白炭黑轿车轮胎由于燃油消耗量低、牵引性好、耐滑、耐磨，因而销量年增长率达10％以上。因此，使用100％白炭黑的轿车轮胎胎面胶对混炼技术提出了新的要求。加工白炭黑轮胎胎面胶的主要缺点是需要在几段混炼过程中反复冷却胶料，导致轮胎总成本增加。使用Cromptonosi公司NXT硅烷偶联剂时可采用～段法混炼工艺制备胎面胶。一段法胎面胶改善了动态力学性能。德国迪高莎公司对硅烷偶联剂的结构进行改性，使改性后的硅烷偶联剂应用到复合材料中获得更好的效果，在某方面有更优越的用途。该公司制备的硫氰
基丙基三乙氧基硅烷(德国迪高莎公司，商品名为Si-264)是一类橡胶用偶联剂，较硅烷偶联剂双-[3-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物(德国迪高莎公司商品名为Si-69)性能更稳定，其优点在于不易使橡胶烧焦。硅烷偶联剂Si-264适用于硫化型的胶料，具有多功能的作用，可兼作加工的补强剂、偶联剂及增塑剂，可显著提高填充料的物理及加工性能。