什么是硅烷偶联剂 ？

硅烷偶联剂就是同一分子中既可以与有机材料作用又能与无机材料相互作用含硅的化合物。

X：水解官能团

如：Cl、OCH3、OC2H5、OOCR（酰氧基）、NR等。

R:  有机作用官能团

如：乙烯基、环氧基、氨基、甲基丙烯酰氧基、巯基、酸酐、烷基、卤素等。

硅烷偶联剂有机官能团种类：

常用硅烷偶联剂有哪些？

 1、　γ_氨丙基三乙氧基硅烷

　　国内牌号：KH-550；道康宁：Z-6011；日本信越：KBM-903。

　　主要用途：

1）涂料、黏结剂和密封剂

　　该氨基硅烷是一种优异的黏结促进剂，应用于丙烯酸涂料、黏结剂和密封剂。对于硫化物、聚氨酯、RTV、环氧、腈类、酚醛树脂黏结剂和密封剂，氨基硅烷可改善颜料的分散性并提高与玻璃、铝和钢铁的黏结力。

2）玻璃纤维的增强

　　在玻璃纤维增强的热固性与热塑性塑料中使用，此产品可大幅度提高在干湿态下的弯曲强度、拉伸强度和层间剪切强度并显著提高湿态电气性能。在干湿态情况下使用这种硅烷时，玻璃纤维增强的热塑性塑料、聚酰胺、聚酯和聚碳酸酯在浸水以前和以后的抗弯曲强度和拉伸强度均有上升。

　　3）玻璃纤维和矿物棉绝缘材料

　　将其加入酚醛树脂黏结剂中可提高防潮性及压缩后的回弹性。

　　4）矿物填料和树脂体系

　　此产品能大幅度提高无机填料填充的酚醛树脂、聚酯树脂、环氧、聚酰胺、聚氨酯、聚碳酸酯等热塑性和热固性树脂的物理力学性能和电气性能，并改善填料在聚合物中的润湿性和分散性。

　　5）铸造应用

　　此产品能提高酚醛黏合剂和铸造型砂的黏结力。

　　6）砂轮制造

　　此产品有助于提高耐磨自硬砂和酚醛黏合剂的粘结性及耐水性。

　   7）工程塑料

　　此产品极大的改善无机填料与树脂的相容性，增加其流动性能；并可以提高工程塑料的强度和韧性。

　适用的树脂：酚醛、环氧、PA、PU、PC、PET、三聚氰胺、丙烯酸等。

2、　γ_(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷

　　　　国内牌号：KH-560；道康宁：Z-6011、Z-6040；日本信越：KBM-403。

　　主要用途：

1) 环氧树脂电子灌封胶

　　此产品可提高无机填料与环氧树脂的相容性，提高制品与基材的粘接力，从而提高环氧树脂的电子材料和包装物的电气性能。

2) 玻璃纤维及玻璃钢

　　此产品可提高复合材料湿态物理机械强度、湿态电气性能；并改善玻璃纤维的集束性、保护性和加工工艺。改善抗静电性能，增加强度，提高韧性。

3) 油漆

　　此产品可提高填料与树脂的相溶性，防沉降，降低粘度，提高涂表面积；增加与基材表面的附着力，提高强度及耐侯性能。

4) 填料改性

　　此产品作为无机填料表面处理剂，广泛应用于陶土、滑石粉、硅灰石、白碳黑、石英、铝粉、铁粉等无机填料的表面处理。

　　适用的树脂：环氧树脂、PA66、饱和聚酯（PBT）、丙烯酸等。

　3、  γ_甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷

　　国内牌号：KH-570；道康宁：Z-603；日本信越：KBM-503。

　　主要用途：

1）复合材料

　　KH-570主要用于不饱和聚酯复合材料，可以提高复合材料的机械性能、电气性能、透光性能，特别是能大幅度提高复合材料的湿态性能。

2）玻璃纤维和玻璃钢

　　用含有KH-570硅烷偶联剂的浸润剂处理玻璃纤维，可提高玻璃纤维制品强度，提高制品湿态的机械强度和电气性能。

3）电线电缆

　　用硅烷偶联剂KH-570处理填料填充氧化物交联的EPM和EPDM体系，改善了消耗因子及比电感容抗。同时提高电线电缆的抗老化及耐侯性能。

4）涂料、胶粘剂和密封剂

　　KH-570与醋酸乙烯和丙烯酸或甲基丙烯酸单体共聚，提供优异的粘合力和耐久性。

　　适用的树脂：不饱和树脂、三元乙丙橡胶、ABS、PVC、PE、PP、PS、丙烯酸等。

   4、　N-(β一氨乙基)-γ-氨丙基三甲(乙)氧基硅烷

　　国内牌号：KH-792；道康宁：Z-6020；日本信越：KBM-603。

　　　主要用途：

1）改善粘合，提高了复合材料的干态和湿态抗张强度与摸量，抗弯强度与压缩强度。尤其是制品湿态电气性能。

2）主要提高环氧、酚醛、三聚氰胺、呋喃等树脂层压材料性能，对聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯酸醋、有机硅、聚酰胺、聚碳酸醋、聚氰乙烯也有效。

3）主要作玻璃纤维整理剂，也广泛用于玻璃微珠、白炭黑、滑石、云母、粘土、粉煤灰等含硅物质。

硅烷偶联剂的作用原理

无机表面作用机理模型

硅烷在无机表面形成单分子层模型

（1）水解官能团水解成Si-OH；

（2）Si-OH之间相互缩合反应形成含有-OH的低聚物；

（3）含有-OH的低聚物与无机基材表面形成氢键；

（4）低聚物-OH与无机物表面-OH加热脱水缩合。

硅烷的水解机理

烷偶联剂的无水沉积

温度 (50 °C-120 °C) 下反应时间（4-12 小时）烷氧基可以与含有羟基的基材发生气相沉积用于气相沉积反应，典型的硅烷是环状氮杂硅烷。

对有机材料硅烷的作用机理：

（1）对树脂“润湿”性改良

（2）对树脂互溶性改良

（3）与树脂形成化学键

（4）与树脂间的氢产生结合键

影响硅烷偶联剂的作用因素有哪些？

1.硅烷的水解

（1）离去基团（水解基团）

Si-NR2 > Si-Cl >Si-NH-Si > Si-O(O=C)CH3 > Si-OCH3 > Si-OCH2CH3

                          不同水解官能团水解速率

（2）pH

弱酸性条件下有利于硅烷的水解，不利于缩合反应。

                   pH对水解和缩合反应的影响

（3）化学结构（有机基团）

如果有多重取代基（苯或叔丁基），增加位阻效应，有利于行成稳定的硅醇键。

2.硅烷的缩合

（1） pH

弱碱性条件有利于缩合反应，不利于水解的稳定性。

（2）化学结构（有机基团）

有机部分取代基越少，越有利于脱水缩合。

（3）温度

表面共价键的形成具有一定的可逆性。当水被除去时，通常通过加热到120℃， 30 - 90分钟或真空2 - 6小时，键可能形成、断裂和重组，以缓解内应力。

（4）硅烷浓度

硅烷加入水中且溶解度低，则有利于高聚合度，聚硅氧烷层的厚度也由硅氧烷溶液的浓度决定。虽然通常需要单层吸附，但通常使用的溶液会产生多层吸附。据计算，从0.25%的硅烷溶液沉积到玻璃上可以产生3到8个分子层。

3.有机材料的方面

不同的化学结构，反应的条件和难易程度有很大差异。

4.无机材料方面

（1）表面羟基的浓度

（2）表面羟基的类型

（3）所形成键的水解稳定性

（4）基材的物理尺寸或基材的特性

含羟基的无机材料，羟基的种类和含量有很大差异。中性条件下，刚熔融行成的无机物表面羟基含量较低；基材表面含有大量的吸附水，影响硅烷偶联剂与基材的耦合反应；含有氢键的邻硅烷醇与硅烷偶联剂反应更容易，而孤立的或游离的羟基反应不太容易。

5.表面张力

临界表面张力与固体的润湿性或释放特性有关。它可以更好地预测固体与一系列液体的行为。表面张力低于基材临界表面张力 (γ c ) 的液体会润湿表面，即显示接触角为 0 (cosθ e = 1)。临界表面张力对于任何固体都是唯一的，并且通过绘制不同表面张力的液体的接触角的余弦图并外推到 1 来确定。

γsv – γsl = γlv • cosθ   杨氏模量方程

γSL =临界面表面张力，γLV =液体表面张力

临界表面张力大于 45 达因/厘米的表面通常会观察到亲水行为。随着临界表面张力的增加，接触角的预期下降伴随着更强的吸附行为和增加的放热。临界表面张力小于 35 达因/厘米的表面通常会观察到疏水行为。首先，临界表面张力的降低与亲油行为有关，即烷烃油对表面的润湿。当临界表面张力降低到 20 达因/厘米以下时，表面会抵抗烷烃油的润湿，并且被认为是疏油和疏水的。

硅烷偶联剂的使用方法

硅烷偶联剂一般配成稀的水溶液，其浓度一般0.1%-2%，常用乙醇/水作溶剂，用醋酸调节pH 4-5左右，醋酸可以加速硅烷水解，又可以提高硅醇的稳定性。

具体操作方法：

（1）计算配制浓度0.1%-2%的硅烷溶液需要的乙醇/水的用量，然后用醋酸调节pH值4-5，氨基硅烷不需要调节pH值。

（2）缓慢滴加硅烷偶联剂到乙醇/水溶液，并不断搅动，防止过快加入导致硅烷凝胶。

（3） 滴加完成后，搅拌直到溶液透明时结束。

硅烷偶联剂处理粉体的方法：

（1）干法处理

（2）湿法处理

硅烷偶联剂的用量

硅烷对基材作用力

平均粒径                    硅烷量(单层覆盖最小值)

<1 micron                    1.5% or greater

1-10 microns               1.0%

10-20 microns            0.75%

>100 microns                0.1% or less