一、硅烷偶聯劑化學

1.1 硅烷的結構

Y-R- Si Men X3-n

X基團越大，水解越慢，主鏈上的Me基團進一步減慢了水解反應。X(可水解基團）Cl、Me-O-、Et-O-、i-Pr-O-、MeO-CH2CH2-O-X

注：為可水解基團，可與含羥基無機材料反應。

Y(有機基團）1、環氧epoxide；2、甲基丙稀酰氧基methacrylate；3、巰基mercaptan (SH)；4、氨基amine；5、烷基alkyl；6、異氰酸酯基isocyanate；7、乙烯基vinyl。

注：Y為有機官能團，可與高分子發生化學反應或形成氫鍵等，從而與高分子形成牢固的結合。

1.2 常用硅烷

1.3 硅烷的偶聯和交聯作用

有機(聚合物)分子之間形成化學鍵

1、每個已接枝的硅烷基團(-Si[OR]3)含有三個可交聯點；

2、交聯需要濕氣并放出醇；

3、交聯提高耐化學性和耐UV性；

如用于：交聯聚乙烯電纜，管材；水性涂料的耐水性，耐化學品，耐擦洗。

1.4 硅烷的偶聯作用

1、在有機-無機界面形成化學鍵接；

2、防止濕氣沿著界面滲透；

3、防止界面破壞；

4、將強度由填料傳遞到樹脂；

5、提高填料的分散性或降低材料的粘度。

1.5 硅烷的水解反應

所有硅烷都對濕氣敏感。

通常X=甲氧基、乙氧基、異丙氧基等。

X=Cl迅速水解，但很少用因水解的產物 (HCl) 有腐蝕性。

影響硅烷水解和縮聚反應的因素

1、硅烷在水中的濃度；

2、硅烷水溶液的pH值；

3、催化劑；

4、硅烷的水溶解性；

5、空間位阻和極性因素

A-187 和其三醇的水解和縮聚反應速度

1.6 硅烷的水解反應原理

1、特種的酸和一般的堿可催化水解反應；

2、水解反應在pH 7時最慢；

3、在pH小于4或大于7時，可促進低聚物的形成；

4、Y吸電子基團可加速水解反應如氨基硅烷；

5、與水不混溶的硅烷水基慢如；

6、硅鏈上的大基團會減慢水解反應；

7、醇類溶劑減慢水解反應；

8、硅烷三醇不穩定，容易進一步縮聚。

1.7 硅烷水解的催化劑

任何酸或堿可催化水解反應：

1、天然酸：如鹽酸、硫酸和磷酸；

2、氫氧化物和醇鹽：如苛性蘇打；

3、錫IV和錫II復合物：如二月桂酸二丁錫；

4、鈦酸酯：如四-異丙氧基鈦酸酯；

5、鋯鹽：如乙氧鋯；

6、磷復合物：如磷酸鹽和亞磷酸鹽的水解產物；

7、胺：如三丁基胺和咪唑啉。

1.8 硅烷有機基團的主要化學反應

①烯基硅烷偶聯劑

CH2＝CH－SiX3

CH2＝CH－(CH2)n－SiX3

a.聚合與共聚反應

b.加成反應

②含氨基的硅烷偶聯劑

H2N－C3H6Si(OR)3

a.加成反應

b.與羧酸衍生物反應

③含環氧的硅烷偶聯劑

a.與氨基加成反應

b.環氧基團與羧基反應

c.與羥基在強堿或雙金屬催化加成反應

④含巰基的硅烷偶聯劑

a.與含不飽和基團的有機物加成反應

第二章、硅烷應用

2.1 硅烷偶聯劑的功能

1、是可用作基體間的彈性橋聯劑，即改善兩種不同化學性能材料之間的粘接性，達到提高制品的機械、電絕緣、抗老化及憎水等綜合性能的目的；

2、是可用作材料表面改性劑，賦予防水、防靜電、防霉、防臭、抗血凝及生理惰性等性能；

3、是用作非交聯聚合物體系的交聯固化劑，使其實現常溫常壓固化。

2.2 硅烷在涂料中的應用

a.增強附著力 

1、在有機聚合物與無機氧化物之間增加附著力；

2、在難附著的有機底材上增強附著力。

b.交聯劑（提高耐水性） 

1、可反應性聚合物；

2、具有潮氣固化反應的特點。

2.3 硅烷在橡膠中的應用

硅烷偶聯劑主要用在白炭黑中，與白炭黑和橡膠起反應，主要作用是：

1、增加白炭黑與橡膠的結合力；

2、增加產品的耐磨性；

3、減小產品的滾動阻力。

硅膠－硅烷－橡膠偶聯劑作用機理：

2.4 硅烷在膠黏劑中的應用

性能優點：優異的附著力、提高拉伸強度和彈性

作用原理：Y 表示乙烯基、環氧基、氨基、等有機官能團，常與膠黏劑基體樹脂中的有機官能團發生反應﹔X表示氯基、甲氧基、乙氧基等，這些基團易水解成硅醇而與無機材料

(玻璃、硅石、金屬等)表面的氧化物或羥基反應，生成穩定的硅氧鍵。因此，通過使用硅烷偶聯劑“分子橋”，把兩種完全不同的材料粘結在一起。

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、提高機械強度(撕裂強度, 拉伸強度, 斷裂伸長率, 沖擊強度)；

3、降低擠出和加工過程中產生的熱；

4、防止過早熱分解；

5、提高濕態電氣性能和濕態機械性能。

硅烷的有機官能團和樹脂相匹配令性能顯著提高。

2.6 硅烷的防水性

性能優點：

1、顯著的憎水性能；

2、顯著降低石膏、水泥等建材的吸水率；

3、良好的呼吸透氣性；

4、提高建材耐堿、鹽、酸的侵蝕能力

應用：瓷磚、混凝土、石材….

硅烷：YC-1004，YC-1005

2.7 硅烷與烯烴交聯反應

將熱塑性聚乙烯通過分子之間的化學鍵形成三維的分子結構，阻止材料重新熔融的過程。

作用：

1、提高長期使用溫度；

2、提高耐蠕變性；

3、提高耐溶劑性；

4、提高耐應力開裂性

應用：

1、電線電纜–用于低壓和中壓電力電纜的絕緣；

2、管材–水管和地板采暖管；

3、熱收縮產品–電力電纜的片材；

4、薄膜-耐蠕變和收縮用途

2.8 硅烷在玻璃纖維中的應用

性能優點-提高玻璃鋼的力學性能

2.9 有機硅烷對無機材料的反應性

常見硅烷偶聯劑分類及型號：

氨基：A-1100, A-1102, A-1110, A-1170

雙氨基：A-1120, A-2120

三氨基：A-1130

異氰酸酯：A-1310

環氧：A-186, A-187

甲基丙烯酰氧基：A-174

巰基：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