中國粉體網訊 偶聯(lián)劑是一種同時具有親水性官能團和疏水性官能團的物質。根據組分和化學結構可將偶聯(lián)劑分為鉻絡合物有機偶聯(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)劑是由美國聯(lián)合碳化物公司開發(fā)的，主要用于玻璃纖維增強塑料。硅烷偶聯(lián)劑的分子結構式一般為：Y-R-Si(OR)3(式中Y一有機官能基，SiOR一硅烷氧基)。硅烷氧基對無機物具有反應性，有機官能基對有機物具有反應性或相容性。因此,當硅烷偶聯(lián)劑介于無機和有機界面之間，可形成有機基體-硅烷偶聯(lián)劑-無機基體的結合層。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，表示其結構。其中，x是鹵素或烷氧基，在水的作用下，Si．X變成Si．OH，實驗無機物表面與硅烷的連接。R是長鏈烷烴，Y是氨基、乙烯基、甲基丙烯酰氧基、巰基、環(huán)氧基等有機官能團，易于和聚合物發(fā)生反應。硅烷偶聯(lián)劑廣泛應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，合成過去很難合成的有機硅烷。
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生成產物，反應方程式如下圖所示：
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，合成Si．C鍵化合物的合成方法。按其機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，得到Si．C的化合物。而應用更為廣泛的配位加成反應是以釕、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是實驗室制備不飽和烴基硅烷的常用方法，反應方程式如下圖所示：
該法制得的CH2=CHCH2SiCl3產率可達89％，CH3CH=CHSiCl3產率可達7.6％。
醇解法
有機鹵代硅烷的醇解制備有機硅烷的主要方法，該法操作簡單，反應方程式如下圖所示：
應用
玻纖的表面處理
為了提升樹脂與玻纖的粘合性能，改善玻纖增強復合材料的強度、抗水、電氣、耐候性能，有必要對玻纖進行表面改性。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。
無機填料表面處理
塑料、橡膠等高分子材料均需加入不同的無機填料，以滿足其不同的使用性能。在實際應用中，通過對填料進行表面改性，使填料具有憎水性，可以充分發(fā)揮無機填料的功能。
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，因而具有獨特的小尺寸效應、隧道效應和表面效應，從而以優(yōu)良的補強性、穩(wěn)定性、增稠性受到青睞，在塑料、橡膠、涂料等領域應用廣泛。由于納米粉體表面能大，易與團聚，限制了其超細效應的發(fā)揮，在有機相中難以分散和浸潤，所以必須對其進行表面改性，提高其與有機分子的相容性和結和力。
用作密封劑、涂料的增粘劑
硅烷偶聯(lián)劑作為一種增粘劑，廣泛應用于粘結劑、密封劑和涂料等領域，能提高它們的粘結強度、耐水、耐候性能。
其它方面
硅烷偶聯(lián)劑還廣泛應用于金屬表面處理、建筑等行業(yè)。王雪明等用KH.560對金屬表面進行預處理，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甚至優(yōu)于磷化處理。此技術有望逐漸代替磷化、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，中國粉體網旗下平臺粉體公開課舉辦首屆粉體表面改性及包覆技術網絡研討會，受到了業(yè)內人士的諸多好評。2021年，中國粉體網平臺粉體公開課再出發(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網絡研討會”，特邀原核工業(yè)部包頭助劑廠教授級高工李寶智老師，他帶來的報告題目為《硅烷偶聯(lián)劑用于非金屬粉體表面改性應注意的問題》。報告主要介紹了硅烷偶聯(lián)劑的結構、作用機理及選擇的原則，對表面改性的工藝及改性設備的確定與選擇。
專家介紹
畢業(yè)于成都理工大學,從事非金屬礦物粉體表面改性及復合技術的研究工作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，為國內眾多非礦粉體企業(yè)提供了技術保障�，F(xiàn)兼職多家企業(yè)技術顧問。
參考資料：
盧昌利等.硅烷偶聯(lián)劑的合成、發(fā)展與應用
（中國粉體網編輯整理/茜茜）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權請告知刪除！
