一、硅烷偶联剂化学

1.1 硅烷的结构

Y-R- Si Men X3-n

X基团越大，水解越慢，主链上的Me基团进一步减慢了水解反应。X(可水解基团）Cl、Me-O-、Et-O-、i-Pr-O-、MeO-CH2CH2-O-X

注：为可水解基团，可与含羟基无机材料反应。

Y(有机基团）1、环氧epoxide；2、甲基丙稀酰氧基methacrylate；3、巯基mercaptan (SH)；4、氨基amine；5、烷基alkyl；6、异氰酸酯基isocyanate；7、乙烯基vinyl。

注：Y为有机官能团，可与高分子发生化学反应或形成氢键等，从而与高分子形成牢固的结合。

1.2 常用硅烷

1.3 硅烷的偶联和交联作用

有机(聚合物)分子之间形成化学键

1、每个已接枝的硅烷基团(-Si[OR]3)含有三个可交联点；

2、交联需要湿气并放出醇；

3、交联提高耐化学性和耐UV性；

如用于：交联聚乙烯电缆，管材；水性涂料的耐水性，耐化学品，耐擦洗。

1.4 硅烷的偶联作用

1、在有机-无机界面形成化学键接；

2、防止湿气沿着界面渗透；

3、防止界面破坏；

4、将强度由填料传递到树脂；

5、提高填料的分散性或降低材料的粘度。

1.5 硅烷的水解反应

所有硅烷都对湿气敏感。

通常X=甲氧基、乙氧基、异丙氧基等。

X=Cl迅速水解，但很少用因水解的产物 (HCl) 有腐蚀性。

影响硅烷水解和缩聚反应的因素

1、硅烷在水中的浓度；

2、硅烷水溶液的pH值；

3、催化剂；

4、硅烷的水溶解性；

5、空间位阻和极性因素

A-187 和其三醇的水解和缩聚反应速度

1.6 硅烷的水解反应原理

1、特种的酸和一般的碱可催化水解反应；

2、水解反应在pH 7时最慢；

3、在pH小于4或大于7时，可促进低聚物的形成；

4、Y吸电子基团可加速水解反应如氨基硅烷；

5、与水不混溶的硅烷水基慢如；

6、硅链上的大基团会减慢水解反应；

7、醇类溶剂减慢水解反应；

8、硅烷三醇不稳定，容易进一步缩聚。

1.7 硅烷水解的催化剂

任何酸或碱可催化水解反应：

1、天然酸：如盐酸、硫酸和磷酸；

2、氢氧化物和醇盐：如苛性苏打；

3、锡IV和锡II复合物：如二月桂酸二丁锡；

4、钛酸酯：如四-异丙氧基钛酸酯；

5、锆盐：如乙氧锆；

6、磷复合物：如磷酸盐和亚磷酸盐的水解产物；

7、胺：如三丁基胺和咪唑啉。

1.8 硅烷有机基团的主要化学反应

①烯基硅烷偶联剂

CH2＝CH－SiX3

CH2＝CH－(CH2)n－SiX3

a.聚合与共聚反应

b.加成反应

②含氨基的硅烷偶联剂

H2N－C3H6Si(OR)3

a.加成反应

b.与羧酸衍生物反应

③含环氧的硅烷偶联剂

a.与氨基加成反应

b.环氧基团与羧基反应

c.与羟基在强碱或双金属催化加成反应

④含巯基的硅烷偶联剂

a.与含不饱和基团的有机物加成反应

第二章、硅烷应用

2.1 硅烷偶联剂的功能

1、是可用作基体间的弹性桥联剂，即改善两种不同化学性能材料之间的粘接性，达到提高制品的机械、电绝缘、抗老化及憎水等综合性能的目的；

2、是可用作材料表面改性剂，赋予防水、防静电、防霉、防臭、抗血凝及生理惰性等性能；

3、是用作非交联聚合物体系的交联固化剂，使其实现常温常压固化。

2.2 硅烷在涂料中的应用

a.增强附着力 

1、在有机聚合物与无机氧化物之间增加附着力；

2、在难附着的有机底材上增强附着力。

b.交联剂（提高耐水性） 

1、可反应性聚合物；

2、具有潮气固化反应的特点。

2.3 硅烷在橡胶中的应用

硅烷偶联剂主要用在白炭黑中，与白炭黑和橡胶起反应，主要作用是：

1、增加白炭黑与橡胶的结合力；

2、增加产品的耐磨性；

3、减小产品的滚动阻力。

硅胶－硅烷－橡胶偶联剂作用机理：

2.4 硅烷在胶黏剂中的应用

性能优点：优异的附着力、提高拉伸强度和弹性

作用原理：Y 表示乙烯基、环氧基、氨基、等有机官能团，常与胶黏剂基体树脂中的有机官能团发生反应﹔X表示氯基、甲氧基、乙氧基等，這些基团易水解成硅醇而与无机材料

(玻璃、硅石、金属等)表面的氧化物或羟基反应，生成稳定的硅氧键。因此，通過使用硅烷偶联剂“分子桥”，把兩种完全不同的材料粘结在一起。

2.5 提高填料填充聚合物性能

1、提高填料在聚合物中的分散性；

2、提高机械强度(撕裂强度, 拉伸强度, 断裂伸长率, 冲击强度)；

3、降低挤出和加工过程中产生的热；

4、防止过早热分解；

5、提高湿态电气性能和湿态机械性能。

硅烷的有机官能团和树脂相匹配令性能显著提高。

2.6 硅烷的防水性

性能优点：

1、显著的憎水性能；

2、显著降低石膏、水泥等建材的吸水率；

3、良好的呼吸透气性；

4、提高建材耐碱、盐、酸的侵蚀能力

应用：瓷砖、混凝土、石材….

硅烷：YC-1004，YC-1005

2.7 硅烷与烯烃交联反应

将热塑性聚乙烯通过分子之间的化学键形成三维的分子结构，阻止材料重新熔融的过程。

作用：

1、提高长期使用温度；

2、提高耐蠕变性；

3、提高耐溶剂性；

4、提高耐应力开裂性

应用：

1、电线电缆–用于低压和中压电力电缆的绝缘；

2、管材–水管和地板采暖管；

3、热收缩产品–电力电缆的片材；

4、薄膜-耐蠕变和收缩用途

2.8 硅烷在玻璃纤维中的应用

性能优点-提高玻璃钢的力学性能

2.9 有机硅烷对无机材料的反应性

常见硅烷偶联剂分类及型号：

氨基：A-1100, A-1102, A-1110, A-1170

双氨基：A-1120, A-2120

三氨基：A-1130

异氰酸酯：A-1310

环氧：A-186, A-187

甲基丙烯酰氧基：A-174

巯基：A-1891

聚硫：A-1289, A-1589

脲基：A-1160, A-1524

乙烯基：A-171, A-151, A-172, A-2171, RC-1

硅脂：A-137, A-162, A-1230, A-1630