硅烷偶联剂应用方法

《硅烷偶联剂应用方法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《硅烷偶联剂应用方法（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、硅烷偶联剂应用方法硅烷偶联剂应用方法硅烷偶联剂的使用方法主要有表面预处理法和直接加入法，前者是用稀释的 偶联剂处理填料表面，后者是在树脂和填料预混时，加入偶联剂原液。硅烷偶联剂配成溶液，有利于硅烷偶联剂在材料表面的分散，溶剂是水和醇 配制成的溶液，溶液一般为硅烷（20%），醇（72%），水（8%），醇一般为乙醇 （对乙氧基硅烷）、甲醇（对甲氧基硅烷）及异丙醇（对不易溶于乙醇、甲醇的 硅烷）；因硅烷水解速度与PH值有关，中性最慢，偏酸、偏碱都较快，因此一 般需调节溶液的PH值、除氨基硅烷外，其他硅烷可加入少量醋酸，调节PH值全 4-5，氨基硅烷因具碱性，不必调节。因硅烷水解后，不能久存，最好现配

2、现用， 适宜在一小时用完。下面是一些具体应用，以供用户参考：（1）、预处理填料法：将填料放入固体搅拌机（高速固体搅拌机HENSHEL （亨舍尔）或V型固体搅拌机等），并将上述硅烷溶液直接喷洒在填料上并搅拌，转速越高，分散效果越好。一般搅拌在10-30分钟（速度越慢，时间越长），填 料处理后应在120C烘干（2小时）。（2）、硅烷偶联剂水溶液（玻纤表面处理剂）：玻纤表面处理剂常含有： 成膜剂、抗静电剂、表面活性剂、偶联剂、水。偶联剂用量一般为玻纤表面处理 剂总量的0.3%-2%，将5倍水溶液首先用有机酸或盐将PH调至一定值，在充分 搅拌下，加入硅烷直到透明，然后加入其余组份，对于难溶的硅烷，可用

3、异丙醇 助溶。在拉丝过程中将玻纤表面处理剂在玻纤上干燥，除去溶剂及水份即可。（3）、底面法：将5%-20%的硅烷偶联剂的溶液同上面所述，通过涂、刷、 喷，浸渍处理基材表面，取出室温晾干24小时，最好在120C下烘烤15分钟。（4）、直接加入法：硅烷亦可直接加入“填料/树脂”的混合物中，在树脂 及填料混合时，硅烷可直接喷洒在混料中。偶联剂的用量一般为填料量的 0.1%-2%，（根据填料直径尺寸决定）。然后将加入硅烷的树脂/填料进行模型（挤 出、注塑、涂覆等）。大致的填料直径和使用硅烷的比例如下：填料尺寸使用硅烷比例60目0.1%100 目 0.25%200 目 0.5%300 目 0.75%40

4、0 目 1.0%500目以上1.5%常用硅烷醇/水溶液所需PH值：产品名称处理时的溶剂适宜PH值KH-550乙醇/水9.010.0KH-560甲醇/水45KH-570甲醇/水45KH-590乙醇/水45KH-792甲醇/水9.010.0A-151乙醇/水45A-171甲醇/水45A-172甲醇/水45偶联剂的包装：5KG塑料桶，一箱20KG （内装4只5KG塑料桶）25Kg塑料桶、200 KG塑料桶、200KG铁桶硅彳圭偶联剂的贮存硅烷偶联剂应存放于密封、避光、通风、干燥的仓库中，保质期为一年，一 年后经检验合格方可继续使用、选用硅烷偶联剂的一般原则已知，硅烷偶联剂的水解速度取于硅能团Si-X

5、，而与有机聚合 物的反应活性则取于碳官能团C-Y。因此，对于不同基材或处理对象， 选择适用的硅烷偶联剂至关重要。选择的方法主要通过试验，预选 并应在既有经验或规律的基础上进行。例如，在一般情况下，不饱 和聚酯多选用含CH2=CMeCOOVi及CH2-CHOCH2O的硅烷偶联剂：环氧 树脂多选用含CH2CHCH2O及H2N硅烷偶联剂：酚醛树脂多选用含H2N 及H2NCONH硅烷偶联剂：聚烯烃多选用乙烯基硅烷：使用硫黄硫化 的橡胶则多选用烃基硅烷等。由于异种材料间的黏接强度受到一系 列因素的影响，诸如润湿、表面能、界面层及极性吸附、酸碱的作 用、互穿网络及共价键反应等。因而，光靠试验预选有时还不够

6、精 确，还需综合考虑材料的组成及其对硅烷偶联剂反应的敏感度等。 为了提高水解稳定性及降低改性成本，硅烷偶联剂中可掺入三烃基 硅烷使用；对于难黏材料，还可将硅烷偶联剂交联的聚合物共用。硅烷偶联剂用作增黏剂时，主要是通过与聚合物生成化学键、 氢键；润湿及表面能效应：改善聚合物结品性、酸碱反应以及互穿 聚合物网络的生成等而实现的。增黏主要围绕3种体系：即（1）无 机材料对有机材料；（2）无机材料对无机材料；（3）有机材料对 有机材料。对于第一种黏接，通常要求将无机材料黏接到聚合物上， 故需优先考虑硅烷偶联剂中Y与聚合物所含官能团的反应活性：后 两种属于同类型材料间的黏接，故硅烷偶联剂自身的反亲水型聚

7、合 物以及无机材料要求增黏时所选用的硅烷偶联剂。二、使用方法如同前述，硅烷偶联剂的主要应用领域之一是处理有机聚合物 使用的无机填料。后者经硅烷偶联剂处理，即可将其亲水性表面， 转变成亲有机表面，既可避免体系中粒子集结及聚合物急剧稠化， 还可提高有机聚合物对补强填料的润湿性，通过碳官能硅烷还可使 补强填料与聚合物实现牢固键合。但是，硅烷偶联剂的使用效果， 还与硅烷偶联剂的种类及用量、基材的特征、树脂或聚合物的性质 以及应用的场合、方法及条件等有关。本节侧重介绍硅烷偶联剂的 两种使用方法，即表面处理法及整体掺混法。前法是用硅烷偶联剂 稀溶液处理基体表面；后法是将硅烷偶联剂原液或溶液，直接加入 由聚

8、合物及填料配成的混合物中，因而特别适用于需要搅拌混合的 物料体系。1、硅烷偶联剂用量计算被处理物（基体）单位比表面积所占的反应活性点数 目以及硅烷偶联剂覆盖表面的厚度是决定基体表面硅基化 所需偶联剂用量的关键因素。为获得单分子层覆盖，需先 测定基体的SiOH含量。已知，多数硅质基体的SiOH含是 来4-12个/廿，因而均匀分布时，1mol硅烷偶联剂可覆盖 约7500m2的基体。具有多个可水解基团的硅烷偶联剂，由 于自身缩合反应，多少要影响计算的准确性。若使用Y3SiX 处理基体，则可得到与计算值一致的单分子层覆盖。但因 Y3SiX价昂贵，且覆盖耐水解性差，故无实用价值。此外， 基体表面的Si-

9、OH数，也随加热条件而变化。例如，常态 下SiOH数为5.3个/廿硅质基体，经在400或800下加热 处理后，则SiOH值可相应降为2.6个/廿或1个/廿。反之， 使用湿热盐酸处理基体，则可得到高SiOH含量；使用碱性 洗涤剂处理基体表面，则可形成硅醇阴离子。2、表面处理法此法系通过硅烷偶联剂将无机物与聚合物两界面连结 在一起，以获得最佳的润湿值与分散性。表面处理法需将 硅烷偶联剂酸成稀溶液，以利与被处理表面进行充分接触。 所用溶剂多为水，醇或水醇混合物，并以不含氟离子的水 及价廉无毒的乙醇、异丙醇为宜。除氨烃基硅烷外，由其 他硅烷配制的溶液均需加入醋酸作水解催化剂，并将pH 值调至3.5-5

10、.5。长链烷基及苯基硅烷由于稳定性较差， 不宜配成水溶液使用。氯硅烷及乙酰氧基硅烷水解过程中， 将伴随严重的缩合反应。也不适于制成水溶液或水醇溶液 使用，对于水溶性较差的硅烷偶联剂，可先加入0.1%-0.2%质量分数的非离子型表面活性剂，而后再加水加工成水乳 液使用。为了提高产品的水解稳定性的经济效益，硅烷偶 联剂中还可掺入一定比例的非碳官能硅烷。处理难黏材料 时，可使用混合硅烷偶联剂或配合使用碳官能硅氧烷。配好处理液后，可通过浸渍、喷雾或刷涂等方法处理。 一般说，块状材料、粒状物料及玻璃纤维等多用浸渍法处 理；粉末物料多采用喷雾法处理；基体表面需要整体涂层 的，则采用刷涂法处理。下面介绍几种

11、具体的处理方法。使用硅烷偶联剂醇水溶液处理法此法工艺简便，首先由95%的EtOH及5%的H2O配成醇 水溶液，加入AcOH使pH为4.5-5.5。搅拌下加入硅尝偶 联剂使浓度达2%，水解5min后，即生成含SiOH的水解物。 当用其处理玻璃板时，可在稍许搅动下浸入1-2min，取出 并浸入EtOH中漂洗2次，晾十后，移入110的烘箱中烘干 5-10min，或在室温及相对湿度60%条件下十燥24h，即可 得产物。如果使用氨烃基硅烷偶联剂，则不必加HOAc。但醇水 溶液处理法不适用于氯硅烷型偶联剂，后者将在醇水溶液 中发生聚合反应。当使用2%浓度的三官能度硅烷偶联剂溶 液处理时，得到的多为3-8分

12、子厚的涂层。使用硅烷偶联剂水溶液处理工业上处理玻璃纤维大多采用此法。具体工艺是先将烷氧基硅 烷偶联剂溶于水中，将其配成0.5%-2.0%的溶液。对于溶解性较差的 硅烷，可事先在水中加入0.1%非离子型表面活性剂配制成水乳液， 再加入AcOH将pH调至5.5。然后，采用喷雾或浸渍法处理玻璃纤维。 取出后在110-120下固化20-30min即得产品。由于硅烷偶联剂水溶 液的稳定性相差很大，如简单的烷基烷氧基硅烷水溶液仅能稳定数 小时，而氨烃硅烷水溶液可稳定几周。由于长链烷基及芳基硅烷水 溶液仅能稳定数小时，而氨烃硅水溶液可稳定几周。由于长链烷基 及世基硅烷的溶解度参数低，故不能使用此法。配制硅烷

13、水溶液时， 无需使用去离子水，但不能使用含所氟离子的水。 使用硅烷偶联剂有机溶剂配成的溶液处理使有硅烷偶联剂溶液处理基体时，一般多选用喷雾法。处理前， 需掌握硅烷用量及填料的含水量。将偶联剂先配制成25%的醇溶液， 而后将填料置入高速混合器内，在搅拌下泵入呈细雾状的硅烷偶联 剂溶液，硅烷偶联剂的用量约为填料质量的0.2%-1.5%，处理20min 即可结束，随后用动态干燥法干燥之。除醇外，还可使用酮酯、及烃类作溶剂，并配制成1%-5%（质量分数） 的浓度。为使硅烷偶联剂进行水解，或部分水解溶剂中还需加入少 量水，甚至还可加入少许HOAc作水解催化剂，而后将待处理物料在 搅拌下加入溶液中处理，再

14、经过滤，及在80-120下干燥固化数分钟， 即可得产品。采用喷雾法处理粉末填料，还可使用硅烷偶联剂原液或其水解 物溶液。当处理金属、玻璃及陶瓷时，宜使0.5%-2.0% （质量分数） 浓度的硅烷偶联剂醇溶液，并采用浸渍、喷雾及刷涂等方法处理， 根据基材的处形及性能，既可随即干燥固化，也可在80-180下保持 1-5min达到干燥固化。使用硅烷偶联剂水解物处理即先将硅烷通过控制水解制成水解物而用作表面处理剂。此法 可获得比纯硅烷溶液更佳的处理效果，它无需进一步水解，即可干 燥固化。3、整体掺混法整体掺混法是在填料加入前，将硅烷偶联剂原液混入树脂或聚 合物内。因而，要求树脂或聚合物不得过早与硅烷偶

15、联剂反应，以 免降低其增黏效果。此外，物料固化前，硅烷偶联剂必须从聚合物 迁移到填料表面，随后完成水解缩合反应。为此，可加入金属羧酸 酯作催化剂，以加速水解缩合反应。此法对于宜使用硅烷偶剂表面 处理的填料，或在成型前树脂及填料需经混匀搅拌处理的体系，尤 为方便有效，还可克服填料表面处理法的某些缺点。有人使用各种 树脂对比了掺混法及表面处理法的优缺点。认为：在大多数情况下， 掺混法效果亚于表面处理法。掺混法的作用过程是硅烷偶剂从树脂 迁移到纤维或填料表面，并过而与填料表面作用。因此，硅烷偶联 掺入树脂后，须放置一段时间，以完成迁移过程，而后再进行固化， 方能获得较佳的效果。还从理论上推测，硅烷偶

16、联剂分子迁移到填 料表面的理，仅相当于填料表面生成单分子层的量，故硅烷偶联剂 用量仅需树脂质量的0.5%-1.0%。还需指出，在复合材料配方中，当 使用与填料表面相容性好、且摩尔质量较低的添加剂，则要特别注 意投料顺序，即先加入硅烷偶联剂，而后加入添加剂，才能获得较 佳的结果。【使用方法】在选用偶联剂之前，应首先测定所用填充剂的含湿性，根据含湿状态和前述各类 钛酸酯的特性决定具体品种，干燥填充剂宜用单烷氧基型，潮湿填充剂可选螯合 型或单烷氧基焦磷酸型。在选用偶联剂时还应考虑聚合物的熔点，结品度、分子 量、极性、芳香性、脂脚性、共聚结构等，对于热固性聚合物还要考虑到其固化 温度和固化机理。填充剂的形状、比表面、湿含量、酸碱性、化学组成等都可影响偶联