偶聯(lián)劑是一種重要的、應(yīng)用領(lǐng)域日漸廣泛的處理劑,主要用作高分子復(fù)合材料的助劑。偶聯(lián)劑分子結(jié)構(gòu)的最大特點是分子中含有化學(xué)性質(zhì)不同的兩個基團(tuán),一個是親無機(jī)物的基團(tuán),易與無機(jī)物表面起化學(xué)反應(yīng);另一個是親有機(jī)物的基團(tuán),能與合成樹脂或其它聚合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或生成氫鍵溶于其中。因此偶聯(lián)劑被稱作“分子橋”,用以改善無機(jī)物與有機(jī)物之間的界面作用,從而大大提高復(fù)合材料的性能,如物理性能、電性能、熱性能、光性能等。偶聯(lián)劑用于橡膠工業(yè)中,可提高輪胎、膠板、膠管、膠鞋等產(chǎn)品的耐磨性和耐老化性能,并且能減?。危矣昧?從而降低成本。偶聯(lián)劑的種類繁多,主要有硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑,目前應(yīng)用范圍最廣的是硅烷偶聯(lián)劑和鈦酸酯偶聯(lián)劑。
??? 一、硅烷偶聯(lián)劑硅烷偶聯(lián)劑是人們研究最早、應(yīng)用最早的偶聯(lián)劑
　　由于其獨特的性能及新產(chǎn)品的不斷問世,使其應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴(kuò)大,已成為有機(jī)硅工業(yè)的重要分支。它是近年來發(fā)展較快的一類有機(jī)硅產(chǎn)品,其品種繁多,結(jié)構(gòu)新穎,僅已知結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品就有百余種。1945年前后由美國聯(lián)碳(uc)和道康寧(dowcorning)等公司開發(fā)和公布了一系列具有典型結(jié)構(gòu)的硅烷偶聯(lián)劑;1955年又由uc公司首次提出了含氨基的硅烷偶聯(lián)劑;從1959年開始陸續(xù)出現(xiàn)了一系列改性氨基硅烷偶聯(lián)劑;20世紀(jì)60年代初期出現(xiàn)的含過氧基硅烷偶聯(lián)劑和60年代末期出現(xiàn)的具有重氮和疊氮結(jié)構(gòu)的硅烷偶聯(lián)劑,又大大豐富了硅烷偶聯(lián)劑的品種。近幾十年來,隨著玻璃纖維增強(qiáng)塑料的發(fā)展,促進(jìn)了各種偶聯(lián)劑的研究與開發(fā)。改性氨基硅烷偶聯(lián)劑、過氧基硅烷偶聯(lián)劑和疊氮基硅烷偶聯(lián)劑的合成與應(yīng)用就是這一時期的主要成果。我國于20世紀(jì)60年代中期開始研制硅烷偶聯(lián)劑。首先由中國科學(xué)院化學(xué)研究所開始研制γ官能團(tuán)硅烷偶聯(lián)劑,南京大學(xué)也同時開始研制α官能團(tuán)硅烷偶聯(lián)劑。
　　1.1　結(jié)構(gòu)和作用機(jī)理硅烷偶聯(lián)劑的通式為ＲｎＳｉＸ(4-ｎ),式中Ｒ為非水解的、可與高分子聚合物結(jié)合的有機(jī)官能團(tuán)。根據(jù)高分子聚合物的不同性質(zhì),Ｒ應(yīng)與聚合物分子有較強(qiáng)的親和力或反應(yīng)能力,如甲基、乙烯基、氨基、環(huán)氧基、巰基、丙烯酰氧丙基等。Ｘ為可水解基團(tuán),遇水溶液、空氣中的水分或無機(jī)物表面吸附的水分均可引起分解,與無機(jī)物表面有較好的反應(yīng)性。典型的Ｘ基團(tuán)有烷氧基、芳氧基、酰基、氯基等;最常用的則是甲氧基和乙氧基,它們在偶聯(lián)反應(yīng)中分別生成甲醇和乙醇副產(chǎn)物。由于氯硅烷在偶聯(lián)反應(yīng)中生成有腐蝕性的副產(chǎn)物氯化氫,因此要酌情使用。近年來,相對分子質(zhì)量較大和具有特種官能團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑發(fā)展很快,如辛烯基、十二烷基,還有含過氧基、脲基、羰烷氧基和陽離子烴基硅烷偶聯(lián)劑等。利用硅烷偶聯(lián)劑對碳纖維表面進(jìn)行處理,偶聯(lián)劑中的甲基硅烷氧端基水解生成的硅羥基與碳纖維表面的羥基官能團(tuán)進(jìn)行鍵合,結(jié)果復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和模量提高,空氣孔隙率下降。,在對烷基氯硅烷偶聯(lián)劑處理玻璃纖維表面的研究中發(fā)現(xiàn),用含有能與樹脂反應(yīng)的硅烷基團(tuán)處理玻璃纖維制成聚酯玻璃鋼,其強(qiáng)度可提高2倍以上。用烷基氯硅烷水解產(chǎn)物處理玻璃纖維表面,能與樹脂產(chǎn)生化學(xué)鍵。這是人們第一次從分子的角度解釋表面處理劑在界面中的狀態(tài)。硅烷偶聯(lián)劑由于在分子中具有這兩類化學(xué)基團(tuán),因此既能與無機(jī)物中的羥基反應(yīng),又能與有機(jī)物中的長分子鏈相互作用起到偶聯(lián)的功效,

????????? 其作用機(jī)理大致分以下3步:

?????????? (1)Ｘ基水解為羥基;

?????????? (2)羥基與無機(jī)物表面存在的羥基生成氫鍵或脫水成醚鍵;

?????????? (3)Ｒ基與有機(jī)物相結(jié)合。
　　1.2　應(yīng)用在使用硅烷偶聯(lián)劑時,為獲得較佳的效果,需對每一個特定的應(yīng)用場合進(jìn)行試驗預(yù)選。根據(jù)一般規(guī)律及試驗經(jīng)驗所歸納的不同材料用硅烷偶聯(lián)劑。硅烷偶聯(lián)劑一般要用水和乙醇配成很稀的溶液使用,也可單獨用水溶解,但要先配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.001的醋酸水溶液,以改善溶解性和促進(jìn)水解;還可配成非水溶液使用,如配成甲醇、乙醇、丙醇或苯的溶液;也能夠直接使用。硅烷偶聯(lián)劑的用量與其種類和填料表面積有關(guān),即硅烷偶聯(lián)劑用量(ｇ)=[填料用量(ｇ)×填料表面積(ｍ2·ｇ-1)]/硅烷最小包覆面積(ｍ2·ｇ-1)。如果填料表面積不明確,則硅烷偶聯(lián)劑的加入量可確定為填料量的1%左右。