硅烷偶联剂简介

　　硅烷偶联剂是一种具有有机官能团的硅烷，其硅原子上一般带有两种不同反应特性的活性基团，一种为可水解基团，能与无机材料（如玻璃、金属、石英砂等）发生化学性结合，另一种为有机官能团，能与有机材料（如合成树脂等）发生化学性结合。硅烷偶联剂的通式可以表示为：Y-R-SiX3，其中X为可水解基团，通常为氯、甲氧基、乙氧基等，Y为有机官能团，通常为乙烯基、氨基、环氧基、巯基、甲基丙烯酰氧基、脲基等。正是由于其分子中同时存在亲有机和亲无机的两种功能团，因此，通过硅烷偶联剂就可以把有机材料和无机材料这两种性质差异很大的材料牢固粘合在一起（偶联），从而获得满意的粘接。这就是硅烷偶联剂名称的由来。 硅烷偶联剂自20世纪中期开发至今，品种相当繁多，结构新颖，约有百种之多，但从工业意义上来看，常用的只有50种左右，包括乙烯基类、环氧类、丙烯酰基类、氨基类、巯基类等品种。此外，为了适用于某些特殊的体系及环境，也开发出来一些特殊用途的硅烷偶联剂产品。目前，全球最大的硅烷偶联剂生产厂商是美国联碳公司（UCC），其它各大公司如美国的道康宁、通用，日本的信越，德国的威凯等都有较大规模及较全品种的生产。

　　硅烷偶联剂最早是作为玻璃纤维增强塑料的玻纤处理剂而开发的。由于硅烷偶联剂改善了玻纤与树脂之间的粘合，硅橡胶 从而显着提高了增强塑料的机械性能。随着复合材料的迅速发展，硅烷偶联剂无论在品种或产量的发展速度也很快。近年来，利用硅烷偶联剂对某些材料引入特定功能性基团，双二四 可以改进材料的表面性质，获得防静电、防霉、防臭、防凝血和生理惰性等，成为硅烷偶联剂新用途的开端。正是由于许多重要应用领域的开发，硅烷偶联剂成为有机硅的一个重要分支。 硅烷偶联剂具有三大功能：即提高有机-无机材料界面的粘结性，可水解基团的反应性以及碳官能团在有机材料表面的可固定性。当前硅烷偶联剂的三大应用领域，一是用作非交联聚合物体系的交联固化剂，使其实现常温常压固化；二是材料表面改性剂，赋予防静电、防霉、防臭、抗凝血及生理惰性等性能；三是异种基体间的弹性桥联剂，即改善两种不同化学性能材料之间的粘结性，达到提高制品的机械、电绝缘、抗老化及憎水等综合性能的目的。

　　硅烷偶联剂是一类具有有机官能团的硅烷，在其分子中同时具有能和无机质材料（如玻璃、硅砂、金属等）化学结合的反应基团及与有机质材料（合成树脂等）化学结合的反应基团。可用通式Y（CH2）nSiX3表示，此处，n=0～3；X-可水解的基团；Y一有机官能团，能与树脂起反应。X 通常是氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基、乙酰氧基等， 这些基团水解时即生成硅醇（Si(OH)3）,而与无机物质结合,形成硅氧烷。Y是乙烯基、氨基、环氧基、甲基丙烯酰氧基、巯基或脲基。这些反应基可与有机物质反应而结合。

　　因此，通过使用硅烷偶联剂，可在无机物质和有机物质的界面之间架起"分子桥"，把两种性质悬殊的材料连接在一起， 起提高复合材料的性能和增加粘接强度的作用。 硅烷偶联剂的这一特性最早应用于玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）， 作玻璃纤维的表面处理剂，使玻璃钢的机械性能、电学性能和抗老化性能得到很大的提高,在玻璃钢工业中的重要性早已得到公认。

　　目前，硅烷偶联剂的用途已从玻璃纤维增强塑料（FRP）扩大到玻璃纤维增强热塑性塑料（FRTP）用的玻璃纤维表面处理剂、无机填充物的表面处理剂以及密封剂、 树脂混凝土、水交联性聚乙烯、树脂封装材料、壳型造型、轮胎、带、涂料、胶粘剂、研磨材料（磨石）及其它的表面处理剂。

　　在硅烷偶联剂这两类性能互异的基团中，以Y基团最重要、它对制品性能影响很大，双二五 起决定偶联剂的性能作用。只有当Y基团能和对应的树脂起反应， 才能使复合材料的强度提高。一般要求Y基团要与树脂相容并能起偶联反应。所以，一定的树脂得选择含适当Y基团的硅烷偶联剂。 当Y为无反应性的烷基或芳基时，对极性树脂是不起作用的，但可用于非极性树脂，如硅橡胶、聚苯乙烯等的胶接中。当Y含反应性官能基，要注意它与所用树脂的反应性及相容 性。当Y含氨基时，是属于催化性的，能在酚醛、脲醛、三聚氰胺甲醛的聚合中作催化剂，也可作为环氧和聚氨酯树 脂的固化剂，这时偶联剂完全参与反应，形成新键。氨基硅烷类的偶联剂是属于通用型的,几乎能与各种树脂起偶联作用，但聚酯树脂例外。x 基团的种类对偶联效果没有影响。

　　因此，根据Y基团中反应基的种类，硅烷偶联剂也分别称为乙烯基硅烷、氨基硅烷、环氧基硅烷、巯基硅烷和甲基丙烯酰氧基硅烷等，这几种有机官能团硅烷是最常用的硅烷偶联剂。

　　硅烷偶联剂的应用大致可归纳为三个方面：

　　（一）用于玻璃纤维的表面处理，能改善玻璃纤维和树脂的粘合性能，大大提高玻璃纤维增强复合材料的强度、电气、抗水、抗气候等性能，即使在湿态时，它对复合材料机械性能的提高，效果也十分显着。

　　（二）用于无机填料填充塑料。双二四 可预先对填料进行表面处理，也可直接加入树脂中。能改善填料在树脂中的分散性及粘合力，改善工艺性能和提高填充塑料（包括橡胶）的机械、电学和耐气候等性能。

　　（三）用作密封剂、粘接剂和涂料的增粘剂，能提高它们的粘接强度、耐水、耐气候等性能。 硅烷偶联剂往往可以解决某些材料长期以来无法粘接的难题。

　　硅烷偶联剂作为增粘剂的作用原理在于它本身有两种基团；一种基团可以和被粘的骨架材料结合；而另一种基团则可以与高分子材料或粘接剂结合，从而在粘接界面形成强力较高的化学键，大大改善了粘接强度。硅烷偶联剂的应用一般有三种方法：一是作为骨架材料的表面处理剂；二是加入到粘接剂中，三是直接加入到高分子材料中。从充分发挥其效能和降低成本的角度出发，前两种方法较好。

　　硅烷偶联剂在胶粘剂工业的具体应用有如下几个方面：

　　①在结构胶粘剂中金属与非金属的胶接，若使用硅烷类增粘剂，就能与金属氧化物缩合，或跟另一个硅烷醇缩合，从而使硅原子与被胶物表面紧紧接触。如在丁腈酚醛结构胶中加入硅烷作增粘剂，可以显着提高胶接强度。

　　②在胶接玻璃纤维方面国内外已普遍采用硅烷作处理剂。它能与界面发生化学反应，从而提高胶接强度。

　　③在橡胶与其他材料的胶接方面，硅烷增粘剂具有特殊的功用。它明显地提高各种橡胶与其它材料的胶接强度。

　　④本来无法用一般粘接剂解决的粘接问题有时可用硅烷偶联剂解决。如铝和聚乙烯、硅橡胶与金属、硅橡胶与

　　有机玻璃，都可根据化学键理论，选择相应的硅烷偶联剂，得到满意的解决。

　　一般的粘接剂或树脂配合使用偶联剂后不仅能提高粘合强度，更主要的是增加粘合力的耐水性及耐久性 双二五。

　　硅烷偶联剂的其它方面应用还包括：

　　①使固定化酶附着到玻璃基材表面，

　　②油井钻探中防砂，

　　③使砖石表面具有憎水性，

　　④通过防吸湿作用，使荧光灯涂层具有较高的表面电阻；

　　⑤提高液体色谱柱中有机相对玻璃表面的吸湿性能。

　　硅烷偶联剂新开发的一项重要应用是用于生产水交联聚乙烯，这项工艺是美国陶康宁公司开发的，目前已商业化。近年来，国内在用有机硅乳液处理毛纺织物的试验中，发现用硅烷偶联剂与有机硅乳液并用，可以提高毛纺织物的服用性能。