硅烷偶联剂反应机理

《硅烷偶联剂反应机理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《硅烷偶联剂反应机理（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、硅烷偶联剂在复合材料中作用原理硅烷偶联剂的作用机理比较复杂，人们对其进行了相当多的研究，提出了各 种理论，但至今无完整统一的认识，主要有以下三种理论1 .化学键理论。该理 论认为：硅烷偶联剂的结构通式为YRSiX，R：烷基；Y：与聚合物反应的有机活3性基团；X为与无机填料形成牢固化学键的亲水性基团。这两种性质差别很大的 材料以化学键“偶联”起来，获得良好的粘结。这也是这类化合物被称为偶联剂 的原因。2浸润效应和表面能效应，在橡胶的制造中，基料与被粘物的良好浸润 非常重要。如果能获得得完全的浸润，那么基料对高能表面物理吸附的粘结强度 将远咼于有机基料内聚强度，用硅烷偶联剂处理无机填料表面，会提咼

2、其表面张 力，从而促使有机基料在无机物表面，会提高其表面张力，从而促使有机基料在 无机物表面的浸润与展开。3.形态理论。无机填料上的硅烷偶联剂会以某种方式 改变邻近有机聚合物的形态，从而改进粘结效果。可变形层理论认为，可产生一 个挠性树脂层以缓和界面应力；而约束层理论则认为，硅烷可将聚合物结构“紧 束”在相间区域中。根据Arkles提出的反应机理,硅烷偶联剂首先通过各种水分等发生水解，继 而脱水缩合成为多聚体，再与无机表面的氢氧基发生水合，通过加热干燥,无机物 表面发生脱水反应，最终被硅烷偶联剂覆盖。与此同时，偶联剂的有机活性基团 与聚合物进行反应，制得复合材料。对于含氢氧基较多的无机填料，偶

3、联剂的效 果比较好。Si69 化学式为(CHO) -Si-(CH) -S-(CH) -Si-(CHO)，其官能团是 R_S253234232534R，这种官能团在力的作用或高温下能够发生如下反应：R-S4-R 一 RSx+ S(4-x)R (lWxW4)这两种自由基能够将填料与橡胶分子连接起来，产生偶联作用，同时还可能 在反应过程种释放出硫自由基叮，与橡胶分子发生交联反应，从而提高了胶 料的交联密度，表现出较高的定伸应力和硬度。Si69可能与填料及橡胶之间发生的反应1.Si69先发生水解反应：h2o(C2H5O)3-Si-(CH2)3-S4-(CH2)3-Si-(C2H5O) 一一 一CH0H

4、OHH0H0HO2.淀粉粒子表面和Si69之间发生反应H0OH4- HO-r$tafchA HO SirCH2)3-S4-(.CH2)3rSi一 0 tarcli 十比0HO3在开炼时因机械作用引起的橡胶分子断链所得自由基与Si69及淀粉之间的反 应HOHOHOSi-(CHj )5- S4-(.0i StarchjH 亠 jsspuu7PH椽胶疥子链)HOOHSi/CH2S(CH2Js-Si一O(0F57 4- H-HO4.反应停止为了更好地表示偶联剂在填料表面分散情况，如图所示f医塡料表面的 示意图填料）rd ols（基体材蛰）Cm：短碳琏X :和基体材料反应的活性基团偶联剂用量对拉伸强度的影响：当偶联剂用量少时，橡胶大分子受束缚小，易滑 动取向，应力分布均匀，因而拉伸强度较大，随着偶联剂的量增加，偶联的大分 子数增多，受束缚大，不易滑动，应力分布不均匀，拉伸强度下降，当用量继续 增大时，过量的偶联剂填充于网络中，使得分子链易滑动取向，应力分布均匀， 拉伸强度增大，而扯断伸长率与交联密度成反比，即随着交联密度的增大，扯断 伸长率下降。