偶联剂及偶联剂在填料中的应用
第九章偶联剂.
（2）不饱和烷基 乙烯基三氯硅烷是通过三氯硅烷对乙炔的单分 子加成而制备的。这一反应中要采用过量的乙炔， 尽量减少双分子加成反应的发生。高温条件下， 三氯硅烷也会与烯丙基氯或乙烯基氯反应，生成 不饱和硅烷。
不饱和硅烷主要用作偶联剂，但也可以用作 制造化工产品的中间体。 乙烯基官能团硅烷作为工业用不饱和聚酯的 偶联剂，通常被甲基丙烯酸酯官能团硅烷所取代， 但它仍广泛地应用于含填料的聚乙烯中，它能改 善电缆包覆层的电绝缘性能。 由乙烯苄基氯制得的阳离子型苯乙烯官能团 硅烷，其独特之处是它对几乎所有的热固性树脂 和热塑性树脂都是有效的偶联剂。
偶联剂是指能改善填料与高分子材料之间 界面特性的一类物质。其分子结构中存在两种 官能团：一种可与高分子基体发生化学反应或 至少有好的相容性；另一种可与无机填料形成 化学键。 偶联剂可以改善高分子材料与填料之间的 界面性能，提高界面的粘合性，改善填充或增 强后的高分子材料的性能。
工业上使用偶联剂按照化学结构分类可分为： 硅烷类，钛酸酯类，铝酸酯类，有机铬络合 物，硼化物，磷酸酯，锆酸酯，锡酸酯等。 它们广泛地应用在塑料橡胶等高分子材料领 域之中。
第九章 偶联剂
9.1 概述 9.2 偶联剂的合成 9.3 偶联剂的应用
9.1 概述
偶联剂主要用于复合材料中，即以聚合物为 基材、无机矿物为填充材，通过熔融混炼加工成 型得到的改性材料。 复合化的目的： 1、提高材料的性能或使材料功能化，例如增 强材料的强度，改善制品的机械、电绝缘及抗老 化等综合性能。 2、填充大量廉价无机填料的改性方法，可以 降低产品成本，提高产量。
氯硅烷与乙酸酐一起共热并除去挥发性的乙酰 氯，可避免生成盐的沉淀。
2．硅原子上有机官能团的引入 （1）卤代烷基 把三氯硅烷加到烯丙基溴中便可以制备3-溴丙 基硅烷。
偶联剂的种类特色及应用
偶联剂的种类、特点及应用偶联剂是一种重要的、应用领域日渐广泛的处理剂,主要用作高分子复合材料的助剂。
偶联剂分子结构的最大特点是分子中含有化学性质不同的两个基团,一个是亲无机物的基团,易与无机物表面起化学反应;另一个是亲有机物的基团,能与合成树脂或其它聚合物发生化学反应或生成氢键溶于其中。
因此偶联剂被称作“分子桥”,用以改善无机物与有机物之间的界面作用,从而大大提高复合材料的性能,如物理性能、电性能、热性能、光性能等。
偶联剂用于橡胶工业中,可提高轮胎、胶板、胶管、胶鞋等产品的耐磨性和耐老化性能,并且能减小NR用量,从而降低成本。
偶联剂的种类繁多,主要有硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、双金属偶联剂、磷酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂、铬络合物及其它高级脂肪酸、醇、酯的偶联剂等,目前应用范围最广的是硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂。
1 硅烷偶联剂硅烷偶联剂是人们研究最早、应用最早的偶联剂。
由于其独特的性能及新产品的不断问世,使其应用领域逐渐扩大,已成为有机硅工业的重要分支。
它是近年来发展较快的一类有机硅产品,其品种繁多,结构新颖,仅已知结构的产品就有百余种。
1945年前后由美国联碳(UC)和道康宁(DOW CORNING)等公司开发和公布了一系列具有典型结构的硅烷偶联剂; 1955年又由UC公司首次提出了含氨基的硅烷偶联剂;从1959年开始陆续出现了一系列改性氨基硅烷偶联剂;20世纪60年代初期出现的含过氧基硅烷偶联剂和60年代末期出现的具有重氮和叠氮结构的硅烷偶联剂,又大大丰富了硅烷偶联剂的品种。
近几十年来,随着玻璃纤维增强塑料的发展,促进了各种偶联剂的研究与开发。
改性氨基硅烷偶联剂、过氧基硅烷偶联剂和叠氮基硅烷偶联剂的合成与应用就是这一时期的主要成果。
我国于20世纪60年代中期开始研制硅烷偶联剂。
首先由中国科学院化学研究所开始研制Γ官能团硅烷偶联剂,南京大学也同时开始研制Α官能团硅烷偶联剂。
1.1 结构和作用机理硅烷偶联剂的通式为RNSIX(4-N),式中R为非水解的、可与高分子聚合物结合的有机官能团。
偶联剂及偶联剂在填料中的应用
偶联剂及偶联剂在填料中的应用1. 偶联剂的概念和作用1.1 偶联剂的概念偶联剂，即通过化学反应，使填料表面介质和催化剂吸附在一起，从而加强两者的相互作用的一种化学物质。
偶联剂有机活性物质，常由一个或多个活性羟基团、羧基团、胺基团等官能团连接而成。
它可以通过化学键的形式与填料表面的羟基、胺基等活性位点反应，在填料表面构建化学键，增加催化剂和催化剂载体的结合力，从而提高催化剂的稳定性、活性和选择性。
1.2 偶联剂的作用偶联剂作为催化剂载体表面的活性化合物，能够促进催化剂和催化剂载体的结合，有利于提高催化剂的稳定性、活性以及选择性，从而实现催化反应的高效进行。
2. 偶联剂在填料中的应用在催化剂制备过程中，选用合适的偶联剂可以提高催化剂的性能，特别是在填料中应用，偶联剂的作用更加明显。
2.1 偶联剂的应用方式偶联剂在填料中的应用方式主要有以下几种。
2.1.1 包覆法将偶联剂和催化剂混合，涂覆在填料载体上，通过化学反应将两者牢固结合在一起。
采用包覆法的优点是能够在填料表面生成高密度的活性位点，提高催化剂的活性和稳定性。
2.1.2 架桥法将偶联剂以分子桥的形式加入到填料载体内部，在活性位点与催化剂结合时，形成一个稳定的化学桥梁。
采用架桥法的优点是能够有效地促进催化剂和催化剂载体的结合，从而提高催化剂的稳定性和选择性。
2.1.3 热浸渍法在填料中引入偶联剂时，通过热浸渍法的方式，将催化剂与偶联剂混合，并溶解在有机溶剂中。
然后将填料浸泡在溶液中，使偶联剂和催化剂均匀地分布在填料表面上，并通过热处理使其生成化学键。
2.2 偶联剂在不同催化反应中的应用2.2.1 氢气化反应氢气化反应是一种重要的催化反应，是化工工业中广泛应用的催化反应之一。
在催化剂制备过程中，采用偶联剂可以有效地提高催化剂的稳定性和活性，从而提高催化剂的选择性和产率。
2.2.2 烷基化反应烷基化反应是一种重要的化学反应，广泛应用于烷烃的生产和化学物质的合成。
偶联剂在涂料中的应用
硅烷偶联剂在涂料中的应用技术1.硅烷在涂料与油墨中的应用硅烷由于其特殊的的结构组成，被成功用于黏结促进剂、表面处理剂已经几十年了现在硅烷已经逐渐成为涂料、油墨系统中不可缺少的组成份。
无论是作为添加剂或单独涂层底漆，都会赋予涂料、油墨绝佳的性能。
硅烷是拥有双官能基团的分子结构，可用通式表示为Y(CH2)nSiX3，其中Y表示烷基、苯基以及乙烯基、环氧基、氨基、巯基等有机官能团，常与涂料基体树脂中的有机官能团发生化学结合；X表示氯基、甲氧基、乙氧基等，这些基团易水解成硅醇而与无机物质(玻璃、硅石、金属、粘土等)表面的氧化物或羟基反应，生成稳定的硅氧键。
因此，通过硅烷偶联剂，可在无机物质和有机物质的界面之间架起“分子桥”，把两种性质完全不同的材料连接在一起。
硅醇官能团和硅烷的有机官能团的反应基团可以决定硅烷在涂料体系中起什么作用。
硅烷在涂料和油墨中的作用：------提高涂层附着力。
------提高涂层的耐久性。
------提高涂层的耐候性。
------提高涂层的坚韧性。
------显著降低填料和颜料的分散粘度，提高颜料分散性2.硅烷在底漆中的的应用硅原子的共价键具有结合有机物和无机物独一无二的能力，硅氧内部与生俱来的稳定结构，使其成为高性能涂料底漆的重要组成部分。
在底漆中运用硅烷偶联剂可以提高其粘连性、保持其湿度、化学性、防紫外线和增强性；改进填料的分散性。
烷氧基硅烷可以与许多有机树脂相容。
事实上，硅烷是很强的极性溶剂，硅烷的聚合作用又来影响聚合物的相容性和最终性质。
在有机聚合物和无机物的表面（比如，颜料、填料和玻璃、金属表面），无机烷氧官能团以共价键的形式偶联的大量有机基。
硅烷的有机官能团只要找到与其匹配的有机聚合物就会产生绝佳的效果。
3.硅烷作为附着力促进剂当涂料中含有少量硅烷偶联溶剂，在其涂布后，硅烷会迁移到涂料与底材的界面，与无机表面上的水分反应，水解生成硅醇基，进而与底材表面羟基形成氢键或缩合成—Si—M（M为无机表面），同时硅烷各分子间的硅醇基又相互缩合、齐聚形成网状结构的膜覆盖在底材表面。
简述偶联剂的化学结构及作用
简述偶联剂的化学结构及作用全文共四篇示例，供您参考第一篇示例：偶联剂是一类广泛应用于化工领域的化学品，具有重要的作用。
它们常用于涂料、油墨、塑料等行业，能够有效地改善产品的质地和性能。
在这篇文章中，我们将简要介绍偶联剂的化学结构及作用。
偶联剂，又称作亲合剂或粘合剂，是一种能够在有机与无机材料之间建立化学键的化合物。
它们通常含有两个或多个活性基团，使其能够同时与有机物和无机物发生化学反应。
偶联剂的化学结构主要分为两大类：有机偶联剂和无机偶联剂。
有机偶联剂的典型结构包括硅烷基、氨基、羟基、酰胺基等。
这些基团能够与有机物和无机物表面的官能团发生化学反应，形成有机-无机键合，从而增强材料的附着力和耐久性。
无机偶联剂则通常是金属盐类，如铬酸盐、锡酸盐等，它们通过与无机表面形成化学键来实现偶联效果。
偶联剂在化工领域中发挥着重要作用。
它们能够改善涂料、油墨、塑料等材料的附着力和耐久性，提高产品的质量和性能；偶联剂还可以使得颜料和填料更好地分散和稳定，提高产品的色彩和光泽度；偶联剂还能够调节产品的流变性能，改善生产工艺和产品加工性能，在制备过程中起到重要辅助作用。
需要指出的是，偶联剂的使用需要严格控制其剂量和反应条件，以免对产品的质量产生负面影响。
在一些特定应用场合，偶联剂的残留物可能会对人体健康和环境造成潜在风险，因此在生产和使用过程中必须遵循相关的安全规范和法规。
偶联剂作为一种重要的化工助剂，在涂料、油墨、塑料等领域具有广泛的应用前景。
通过合理选择和使用偶联剂，可以有效地改善产品的性能和质量，满足市场需求，促进相关行业的发展和进步。
希望今后在偶联剂的研究和应用中，能够不断提高技术水平，推动偶联剂领域的创新与发展。
第二篇示例：偶联剂是一类广泛应用于化工领域的化学品，其化学结构和作用对于各种行业都具有重要意义。
本文将简要介绍偶联剂的化学结构及其作用。
偶联剂是一类分子中带有两个或更多活性基位点的化合物，其主要作用是在不同分子或不同部分之间形成化学键以达到连接或交联的目的。
偶联剂在涂料中的应用
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偶 联剂 在 涂料 中的应 用
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偶联剂及偶联剂在填料中的应用讲解
硅烷的偶联剂所形成的单 分子层。
若无机填料比表面积不明时，可确定为填料量的1%左右； 针对密度较小的填料时，用溶剂稀释使用效果更好。 热处理、干燥条件也是影响矿物表面改性效果的重要因素 。加热干燥过程实际上是矿物表面上部分氢键脱水形成共价 键的过程。如果干燥脱水不充分，残留的氢键。容易从外界 吸收水分，从而影响改性效果，进而影响复合材料的性能。
偶联剂
一、 概述
1、定义： 偶联剂是一类具有两性结构的物质，它们分子中的一部 分基团可与无机表面的化学基团反应，形成化学键合； 另一部分基团则有亲有机物的性质，可与有机分子发生 化学反应或产生较强的分子间作用，从而将两种性质截然 不同的材料牢固地结合起来，改善无机填料在聚合物基体 中的分散状态，提高填充聚合物材料的力学性能和使用性 能。
2、作用机理
（1）X基水解为羟基； （2）羟基与无机物表面存在的羟基生成氢键或脱水成醚键； （3）R基与有机物相结合。
H2O
缩合
3、水解条件
三烷氧基硅烷与水的作用是偶联作用的基础，大部分硅烷经水解 后为水溶性的，因此常用水作稀释剂配成溶液使用。
溶液的pH值对其稳定有很大影响。一般来讲，酸性和碱性都能促进水 解。 常用的酸有盐酸、醋酸、月桂酸等。但在调节酸碱性促进水解的同时， 也促进了硅醇之间的相互缩合，形成没有活性的聚合物。分子量大的缩 合物不溶于水，易从溶液中析出。对于水解产物易缩合的硅烷应在使用 前配置其水溶液。
6、常见硅烷偶联剂
KH550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷
)
溶解性：可溶于有机溶剂，但丙酮、四氯化碳不适宜作释剂；可溶于 水。在水中水解，呈碱性。 主要应用于矿物填充的酚醛、聚酯、环氧、聚酰胺、碳酸酯等热塑性 和热固体树脂，能大幅度提高增强塑料的干湿态抗弯强度、抗压强度 、剪切强度等物理力学性能和湿态电气性能，并改善填料在聚合物中 的润湿性和分散性。
硅烷偶联剂的作用
硅烷偶联剂的作用硅烷偶联剂是一种重要的有机硅化合物，其化学结构中含有一个硅原子与两个或多个有机基团相连。
硅烷偶联剂是一种在无机颗粒和有机基质之间起到“连接剂”作用的物质，可以通过表面活性基团与无机颗粒表面发生化学反应，从而在有机基质和无机颗粒之间形成有机硅键，增强两者之间的黏合力。
硅烷偶联剂在许多领域都有广泛的应用，下面将具体介绍硅烷偶联剂的作用。
1.改善填料的耐久性和性能：硅烷偶联剂能够与填料（如硅酸盐、氧化铝等）发生反应，形成有机硅键，加强填料与基体之间的结合力，从而提高填料的耐久性和性能。
例如，在硅橡胶中添加硅烷偶联剂可以明显改善硅橡胶的拉伸强度、耐磨性、耐热性和耐老化性。
2.促进复合材料的界面结合：硅烷偶联剂能够与无机颗粒表面的羟基发生反应，形成硅氧键，使得有机基质和无机颗粒之间产生化学结合，从而增强复合材料的界面结合力。
这对于电子封装材料、玻璃纤维增强塑料等复合材料的力学性能和耐温性能的提高具有重要作用。
3.提高涂料和粘合剂的性能：硅烷偶联剂能够增加涂料和粘合剂的附着力、耐水性和耐化学品性能。
通过在有机基材和无机基材之间形成有机硅键，硅烷偶联剂降低了界面能，使得涂层和粘合剂能够更好地附着于基材表面，并具有良好的耐候性和耐腐蚀性。
4.改善纤维增强复合材料的性能：硅烷偶联剂能够在纤维表面形成化学键，提高纤维与基质之间的界面结合力，增加纤维增强复合材料的强度、刚度和耐热性。
例如，在玻璃纤维增强塑料中加入硅烷偶联剂可以提高塑料与玻璃纤维的结合强度，改善材料的力学性能和耐温性能。
5.降低材料的表面能：硅烷偶联剂具有低表面能的特点，可以在材料表面形成一层低能界面层，从而降低材料表面的粘附性，减少粘附物的吸附和液滴的附着，提高材料的防水性能和抗粘附性能。
例如，将硅烷偶联剂应用于纺织品表面可以大大减少水和油的渗透，使纺织品具有抗污染性能。
总之，硅烷偶联剂在材料工程领域具有广泛的应用，可以通过在无机颗粒和有机基质之间形成化学键来增强材料的界面结合力，改善材料的性能和耐久性。
木塑复合材料用偶联剂
木塑复合材料用偶联剂绪论应用偶联剂的分类马来酸酐接枝聚烯烃硅烷氯化石蜡作为相容剂的润滑剂结论绪论随着木塑复合材料工业的迅速发展，木塑复合材料的优势显得越来越明显，也使得木塑复合材料相对于传统的纯塑料产品而言就有更高的挑战性。
木塑复合材料的优点包括：具有更高的抗弯曲性能和抗冲击性能、良好的防潮性、收缩率低以及更高的耐候性等。
木塑复合材料的性能影响的关键因素是配方中添加剂的选择。
试验表明：木塑复合材料配方中最重要的助剂是偶联剂――主要是为了提高非极性塑料树脂与高极性木纤维之间的相容性。
偶联剂可以帮助木纤维传递给塑料制品更高的强度，因为偶联剂可以将木纤维与高分子结构之间建立一个很好的桥梁关系。
同时，偶联剂也可以帮助木纤维能更好地分散在高分子材料树脂中。
偶联剂可以与其他的助剂同时使用。
其他的助剂包括：润滑剂、热稳定剂、光稳定剂、颜料、抗菌剂和发泡剂等。
有时候，这些助剂具有协同的效应――例如：润滑剂有时候同时也可作为一种偶联剂。
现在关于木塑复合材料用助剂的研究主要是为了将各种助剂之间的干扰达到最小的程度。
另外一个目标就是研发多功能的助剂，比如说单组分的助剂，而这种助剂同时具有偶联剂和润滑剂的性能。
应用木塑复合材料可以应用在装饰、家居、门窗、建筑等领域。
木塑复合材料所选用的基体树脂大部分是聚烯烃，如高分子量聚乙烯（HDPE）和聚丙烯（PP）。
聚氯乙稀（PVC）也可以用作木塑复合材料的基体树脂，这种材料可以应用在门窗等建筑领域。
而在木塑复合材料基体树脂中，很少选用聚苯乙烯和ABS。
复合材料包括木质纤维和木粉。
在木塑复合材料领域，采用木质纤维的占到了50％到70％。
偶联剂的添加量一般为木塑填料重量的1％到3％。
偶联剂的分类到目前为止，用的最多的偶联剂是马来酸酐接枝聚烯烃。
这些主要由聚乙烯或聚丙烯和马来酸酐多功能官能团键与键之间发生反应而成。
键与键之间的嫁接主要是通过过氧化物引发剂进行引发，然后在聚合物长链具有活性的碳原子或者是在官能团的末端发生反应而成。
偶联剂使用方法
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，结晶度、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效果。
一般粗粒子填充剂偶联效果不及细粒子好但对超微细（如CaCO3≥2000目）填充剂效果则有相反现象。
偶联剂的用量，一般为处理物重量的0.5--3%，推荐使用量为0.8---1.5%。
其用量与效果并非是正比关系，量太多则偶联剂过剩反而使性能下降，（在塑料中使拉伸、抗冲击等指标下降，在涂料中，会使附着力大为降低等）量太少，则因包复不完全，效果不显著。
所以在应用时要试验出最佳用量，做到既经济又有效。
由于钛酸酯偶联剂用量少，为使其发挥应有的效果，必须使它在填料（或颜料等处理物）中均匀地分散，否则，达不到偶联效果。
使用方法：1、混合法：就是把聚合物、填料或颜料及其它助剂和偶联剂直接混合，此法比较简便，不要增加设备和改变原加工工艺，缺点是分散不够理想，因其它助剂与偶联剂有竞争反应。
2、预处理法：先把填料或颜料用偶联剂进行预处理，然后再和聚合物及其它助剂进行加工混合。
此法有许多优点，特别适用于聚合物组份比较复杂或加工温度比较高的某些工程塑料，可以防止不必要的副反应发生，偶联剂和填料进行预处理后其分解点就大为提高。
本法又可以分为：①干混合法：为了使少量钛酸酯均匀地包复在颜、填料表面，一般加入少量稀释剂，和偶联剂的用量比在1比1的情况下，就能够使少量的钛酸酯均匀分布在填料表面，不用稀释剂就不能均匀的包复好填料，此稀释剂可采用原工艺配方中的溶剂、润滑剂。
如在塑料工业可选用白油（液体石蜡），在橡胶工业选用机油，在涂料工业选用200#溶剂油或异丙醇等，其处理设备，一般选用高速捏合机，即填料在高速搅出料备用（注意冷却，否则容易引起局部过热使填料变色而且填充性能下降）。
偶联剂及偶联剂在填料中的应用
常用的酸有盐酸、醋酸、月桂酸等。但在调节酸碱性促进水解的同时， 也促进了硅醇之间的相互缩合，形成没有活性的聚合物。分子量大的缩 合物不溶于水，易从溶液中析出。对于水解产物易缩合的硅烷应在使用 前配置其水溶液。
此外，酸碱性对硅烷上的有机官能团也有影响，例如在碱性条件下，环 氧硅烷易开环，而甲基丙烯酰氧基硅烷在碱性或酸性条件下都可能生成 游离的甲基丙烯酸，使用时应注意这些不利影响。
A-151(乙烯基三乙氧基硅烷 )
溶解性：可溶于有机溶剂，但丙酮、四氯化碳不适宜作释剂；可溶于 水。在水中水解，呈碱性。 主要用于聚乙烯交联；不饱和聚酯、聚乙烯、聚丙烯树脂等玻璃纤维 增强塑料的玻纤表面处理；合成特种涂料；粘接剂；电子元器件的表 面防潮处理；无机含硅填料的表面处理等；也用于复合玻璃中间层的 表面处理。
④配位体型钛酸酯偶联剂
为了避免四价钛酸酯在某些体系中的副反应而研制的，这些 反应包括：在聚酯中的酯交换反应；在环氧树脂中与羟基的 反应；在聚氨酯中与聚醚与异氰酸酯的反应等。
该类偶联剂适用于许多填充体系，其偶联机理与单烷氧基钛 酸酯类似。
3、特性
钛酸酯偶联剂的亲有机部分通常为长链烃基（C12 ～18 ) ，它与聚合物 链通过分子间的范德华力结合在一起。这种偶联作用对于聚烯烃之类 的热塑性塑料特别适用。长链的缠绕可转移应力应变，提高冲击强度 、伸长率和剪切强度，同时可在保持拉伸强度的情况下，增加填充量 。此外，长链烃基还可以改变无机物界面处的表面能，使黏度下降， 高填充聚合物显示良好的熔融流动性。
铝酸酯偶联剂的用量一般为复合材料填料量的0.3%～1.0%。对于注 塑或挤出成型的塑料硬制品，为填料的1.0%左右，其他工艺成型制 品、软制品及发泡制品，用填料量的0.3%～0.5%。高比表面的填料 如氢氧化铝、氢氧化镁、白碳黑可用1.0%～1.3%。
有机硅偶联剂概述及其作用机理总结
有机硅偶联剂概述及其作用机理总结一、偶联剂概述偶联剂是一种具有特殊结构的有机硅化合物。
在它的分子中，同时具有能与无机材料(如玻璃、水泥、金属等)结合的反应性基团和与有机材料(如合成树脂等)结合的反应性基团。
常用的理论有化学键理论、表面浸润理论、变形层理论、拘束层理论等。
偶联剂作表面改性剂，用于无机填料填充塑料时，可以改善其分散性和黏合性。
二、偶联剂种类偶联剂主要有有机铬偶联剂、有机硅偶联剂和钛酸偶联剂。
胶黏剂中常选用有机硅偶联剂，其通式为RSiX3，其中R为有机基团，如-C6H5、-CH=CH2等，能与树脂结合；X为可以水解的基团，如-OCH3、-OC2H5、-Cl等。
三、偶联剂作用过程B•Arkles根据偶联剂的偶联过程提出了4步反应模型，即：①与硅原子相连的SiX基水解，生成SiOH；②Si-OH之间脱水缩合，生成含Si-OH的低聚硅氧烷；③低聚硅氧烷中的SiOH与基材表面的OH形成氢键；④加热固化过程中，伴随脱水反应而与基材形成共价键连接。
一般认为，界面上硅烷偶联剂水解生成的3个硅羟基中只有1个与基材表面键合；剩下的2个Si-OH，或与其他硅烷中的Si-OH缩合，或呈游离状态。
因此，通过硅烷偶联剂可使2种性能差异很大的材料界面偶联起来，从而提高复合材料的性能和增加黏结强度，并获得性能优异、可靠的新型复合材料。
硅烷偶联剂广泛用于橡胶、塑料、胶黏剂、密封剂、涂料、玻璃、陶瓷、金属防腐等领域。
现在，硅烷偶联剂已成为材料工业中必不可少的助剂之一。
硅烷偶联剂的作用和效果以被人们认识和肯定，但界面上极少量的偶联剂为什么会对复合材料的性能产生如此显著的影响，现在还没有一套完整的偶联机理来解释。
偶联剂在两种不同性质材料之间界面上的作用机理已有不少研究，并提出了化学键合和物理吸着等解释。
其中化学键合理论是最古老却又是迄今为止被认为是比较成功的一种理论。
四、偶联剂作用理论1.化学结合理论该理论认为偶联剂含有一种化学官能团，能与玻璃纤维表面的硅醇基团或其他无机填料表面的分子作用形成共价键；此外，偶联剂还含有一种别的不同的官能团与聚合分子键合，以获得良好的界面结合，偶联剂就起着在无机相与有机相之间相互连接的桥梁似的作用。
偶联剂和偶联剂在填料中的应用
五、复合偶联剂
（1）铝钛复合偶联剂
铝钛复合偶联剂是以铝代替了部分作为偶联剂的中心原子，减少 了偶联剂价格较高的钛的含量，使成本得以降低。它兼具钛系、铝系 偶联剂的特点，偶联效果优于单一的钛酸酯、铝酸酯以及两者简单的 混合物。
（2）铝锆酸酯偶联剂
该类偶联剂是含铝、锆元素的有机络合物的低聚合物，铝锆酸脂类偶 联剂具有以下特点： a)价格低，其价格为硅烷偶联剂的一半左右； b)应用效果好，具有良好的水解稳定性； c)热稳定性好，可耐热到300℃；
偶联剂
一、 概述
1、定义： 偶联剂是一类具有两性结构的物质，它们分子中的一部 分基团可与无机表面的化学基团反应，形成化学键合； 另一部分基团则有亲有机物的性质，可与有机分子发生 化学反应或产生较强的分子间作用，从而将两种性质截然 不同的材料牢固地结合起来，改善无机填料在聚合物基体 中的分散状态，提高填充聚合物材料的力学性能和使用性 能。
四、其它偶联剂
（一）铝酸酯偶联剂
由福建师范大学于1985年研制，其结构与钛酸酯偶联剂类似，分子中 存在两类活性基团，一类可与无机填料表面作用；另一类可与树脂分 子缠结，由此在无机填料与基体树脂之间产生偶联作用。具有色浅、 无毒、使用方便等特点，热稳定性能优于钛酸酯偶联剂，价格仅为钛 酸酯偶联剂的一半。 铝酸酯偶联剂的用量一般为复合材料填料量的0.3%～1.0%。对于注 塑或挤出成型的塑料硬制品，为填料的1.0%左右，其他工艺成型制 品、软制品及发泡制品，用填料量的0.3%～0.5%。高比表面的填料 如氢氧化铝、氢氧化镁、白碳黑可用1.0%～1.3%。
（二）锆类偶联剂
锆类偶联剂是美国卡维东化学公司于1983年开发成功的一类偶联剂。 锆类偶联剂不仅可以促进无机物和有机物的结合，而且还可以改善填 料体系的性能。 它的特点是能显著降低填料体系的黏度，它可以抑制填充粒子间的相 互作用，降低填料体系的黏度，从而可提高体系的分散性和增加填充 量。
复合材料中偶联剂的应用
复合材料中偶联剂的应用复合材料中的偶联剂是用于增强基质和填料之间的黏结力，以提高复合材料的力学性能的一种添加剂。
偶联剂的应用可以改善复合材料的强度、韧性、耐热性和耐腐蚀性等性能，广泛应用于航空航天、汽车、船舶、建筑和电子等行业。
首先，偶联剂可以改善复合材料的界面黏结强度。
由于复合材料是由两个或多个不同的材料组成，界面之间容易产生应力集中，导致界面黏结弱化。
偶联剂的引入可以增加基质和填料之间的化学键和物理吸附力，提高界面的相容性和黏结强度，从而增加整体材料的强度和耐久性。
其次，偶联剂可以改善复合材料的热和阻燃性能。
一些偶联剂可以在填料和基质之间形成交联结构，提高复合材料的热稳定性和阻燃性能。
偶联剂的加入可以减少填料在复合材料中的迁移和溶解，提高填料在高温下的稳定性，降低材料的热膨胀系数，提高复合材料的耐热性。
再次，偶联剂可以改善复合材料的机械性能。
复合材料由于填料和基质之间的界面强度不高，往往会导致力学性能的下降。
偶联剂的引入可以增加填料和基质之间的黏合力，提高材料的强度、刚度和韧性。
偶联剂还可以改善材料的力学性能的温度依赖性，提高材料在高温或低温环境下的力学性能。
此外，偶联剂还可以改善复合材料的耐腐蚀性能。
一些偶联剂可以在填料和基质之间形成化学键或物理吸附力，抑制填料中的金属离子释放，减少填料的腐蚀。
偶联剂的引入可以提高材料的耐化学腐蚀性能，延长复合材料的使用寿命。
总之，偶联剂在复合材料中的应用可以改善界面黏结强度、提高复合材料的热和阻燃性能、改善机械性能和耐腐蚀性能。
随着科技的不断发展，对复合材料性能的要求也越来越高，偶联剂的研究和应用也将得到进一步的深化和拓展。
偶联剂
偶联剂简介偶联剂是一类具有两不同性质官能团的物质，其分子结构的最大特点是分子中含有化学性质不同的两个基团，一个是亲无机物的基团，易与无机物表面起化学反应；另一个是亲有机物的基团，能与合成树脂或其它聚合物发生化学反应或生成氢键溶于其中。
因此偶联剂被称作“分子桥”，用以改善无机物与有机物之间的界面作用，从而大大提高复合材料的性能，如物理性能、电性能、热性能、光性能等。
偶联剂用于橡胶工业中，可提高轮胎、胶板、胶管、胶鞋等产品的耐磨性和耐老化性能，并且能减小NR用量，从而降低成本。
偶联剂在复合材料中的作用在于它既能与增强材料表面的某些基团反应，又能与基体树脂反应，在增强材料与树脂基体之间形成一个界面层，界面层能传递应力，从而增强了增强材料与树脂之间粘合强度，提高了复合材料的性能，同时还可以防止其它介质向界面渗透，改善界面状态，有利于制品的耐老化、耐应力及电绝缘性能。
分类按偶联剂的化学结构及组成分为有机铬络合物、硅烷类、钛酸酯类和铝酸化合物四大类：铬络合物偶联剂铬络合物偶联剂开发于50年代初期，由不饱和有机酸与三价铬离子形成的金属铬络合物，合成及应用技术均较成熟，而且成本低，但品种比较单一。
硅烷偶联剂硅烷偶联剂的通式为RSiX3，式中R代表氨基、巯基、乙烯基、环氧基、氰基及甲基丙烯酰氧基等基团，这些基团和不同的基体树脂均具有较强的反应能力，X代表能够水解的烷氧基（如甲氧基、乙氧基等）。
硅烷偶联剂在国内有KH550，KH560，KH570，KH792，DL602，DL171这几种型号。
表1常用硅烷偶联剂牌号化学名称KA1003 乙烯基三氯硅烷KBM-1003 乙烯基三甲氧基硅烷KBE-1003 乙烯基三乙氧基硅烷KBM-573 苯基氨丙基三甲氧基硅烷KBE-9007γ -异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷KBM-5103（A－1310）丙烯酸基丙基三甲氧基硅烷KBM-903（KH-550、A-1110）γ-氨丙基三乙氧基硅烷KBM-603（A-1120）N-β-（氨乙基）-γ-氨丙基三甲氧基硅烷KBM-602 γ-缩水甘油氧基丙基甲基二乙氧基硅烷KBM-403（KH-560、A-187）γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷KBM-503（KH-570、A-175、）γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷KBM-803（KH-580、A-189）γ-巯丙基三甲氧基硅烷KBM-703（A-143）γ－氯丙基三乙氧基硅烷X-12-817H 三乙氧基甲基硅烷硅烷偶联剂作用机理硅烷偶联剂是以下式所表示的一类有机硅化合物，其特点是分子中具有2种以不同的反应基团。
硅烷偶联剂及其在复合材料中的应用
方面的应用也是最早并最为成熟。
3.1.1不饱和聚酯在聚酯层压板中的玻璃纤维上用多种不饱和硅烷偶联剂进行了对比[4],其中有不少是很有效的偶联剂,其性能优越和应用较多的见表2所示。
对于大多数通用聚酯来说,常选用含甲基丙烯酸酯的硅烷偶联剂(如ＷＤ-70)。
在典型的含填料聚酯浇铸件中,采用各种填料和甲基丙烯酰氧基官能团硅烷可使其性能获得不同程度的改进[5]。
3.1.2环氧树脂许多硅烷对环氧树脂来说都相当有效,但可订出一些通则为某特定体系选择最适宜的硅烷。
偶联剂的反应性至少与环氧树脂所用的特定固化体系的反应性相当。
对于含缩水甘油官能团的环氧树脂来说,显然是选用缩水甘油氧丙基硅烷(如:ＷＤ-60)为宜,对于脂环族环氧化物或用酸酐固化的环氧树脂,建议用脂环族硅烷(如:Ａ-153)。
在实际应用中,硅烷偶联的应用机理并非总是很清楚,但可结合应用经验来选择,如使用伯胺基团的硅烷(如ＷＤ-50,ＷＤ-52)可使室温固化的环氧树脂获得最佳性能,但不可用于酸酐固化的环氧树脂;含氯丙基官能团的硅烷(如ＷＤ-30)对高温固化的环氧树脂是一种很可靠的偶联剂;含甲基丙烯酸酯的硅烷(如ＷＤ-70)是双氰胺固化的环氧树脂的有效偶联剂。
3.1.3酚醛树脂硅烷偶联剂可用来改善几乎所有含酚醛树脂的复合材料。
氨基硅烷可与酚醛树脂粘结料一起用于玻璃纤维绝缘材料;与间苯二酚—甲醛—胶乳浸渍液中的间苯二酚—甲醛树脂或酚醛树脂一起用于玻璃纤维轮胎帘线上,与呋喃树脂与酚醛树脂一起用作金属铸造用砂芯的粘结料;氨基硅烷与酚醛树脂并用,可用于油井中砂层的固定,其中ＷＤ-50、ＷＤ-51效果理想[7]。
3.1.4其它热固性树脂表1中ＷＤ-20,ＷＤ-70可作为以邻苯二甲酸二烯丙脂、丙烯酸类单体以及可胶连的聚烯烃为基础的其它不饱和树脂的偶联剂。
ＷＤ-60、ＷＤ-50、ＷＤ-52适合用作三聚氰酰胺树脂、呋喃树脂及聚酰亚胺树脂的偶联剂。
3.2热塑性树脂用硅烷处理颗粒状无机填料可显著改善含填料热塑性树脂的流变性能,并在诸如混炼挤出或注模等高剪切力的作业中,保护填料免受机械损伤。
MAH-g-PP及偶联剂处理木粉填充PP的研究
ＭＡＨ-ｇ-ＰＰ及偶联剂处理木粉填充ＰＰ的研究木粉作为填料对加工设备的磨损性小,可降解性及其填充制品外观木质感强,且具有尺寸稳定性、刚性和可机械加工性[1,2],日益得到广泛重视。
用木粉对聚丙烯填充不仅能降低成本,减少其焚烧或填埋处理时对环境造成的污染,而且能明显提高聚丙烯的抗弯强度,降低成型收缩率。
由于亲水性的木粉与疏水性的非极性聚丙烯间的相容性极差[3],提高木粉与树脂之间的相容性常用的物理方法有热处理、电晕、低温等离子体处理、辐射等方法。
化学改性方法有偶联剂法,如采用硅烷、铝酸酯、铝钛偶联剂、异氰酸酯等处理;相容剂法,如用马来酸酐、亚丁基丁二酸酐及双马来酰亚胺接枝聚烯烃树脂等。
本实验选用ＭＡＨ-ｇ-ＰＰ、铝酸酯和铝钛偶联剂三种处理剂处理木粉填充ＰＰ,比较了其处理效果,研究了木粉填充量、ＮａＯＨ预处理对填充物性能的影响。
1 实验1.1 原料实验用原料与助剂见表1。
1.2 主要加工设备及测试仪器实验用仪器与设备见表2。
1.3 测试标准拉伸性能测试按ＧＢ1040—79;冲击性能测试按ＧＢ1048—79;弯曲性能测试按ＧＢ1042—79;熔体流动速率测定按ＧＢ3682—83;吸水率测定按ＧＢ1034—70。
2 结果与讨论2.1 不同处理剂处理对木粉填充ＰＰ性能的影响从表3可以看出,在三种处理剂中,5%的ＭＡＨ-ｇ-ＰＰ处理的木粉填充ＰＰ的拉伸强度和弯曲强度最好,而冲击强度最差;铝酸酯处理的拉伸强度最低;铝钛偶联剂处理的冲击强度最佳。
这是因为处理剂的处理效果除受其本身的分子结构和性能以及处理工艺条件影响外,主要决定于处理剂和木粉表面的结合情况及其与ＰＰ基体的相容性。
与铝酸酯和铝钛偶联剂相比,ＭＡＨ-ｇ-ＰＰ分子链上接枝的酸酐基团与木粉表面层的纤维素上的羟基在受热时更易生成酯键使二者通过化学键结合,加之ＭＡＨ-ｇ-ＰＰ与ＰＰ基体有良好的相容性,通过其与ＰＰ分子的缠结作用使木粉与基体ＰＰ有着很强的结合,从而使ＭＡＨ-ｇ-ＰＰ处理的木粉填充ＰＰ具有更好的拉伸强度和弯曲强度。
偶联剂在常用树脂与填料配方体系中
偶联剂在常用树脂与填料配方体系中偶联剂是一种广泛应用于合成树脂和填料配方体系中的化学品。
它们可以起到优化物性、改善加工性能和增强材料结构的作用。
在常用树脂与填料配方体系中，偶联剂的应用有以下几个方面：
1.偶联剂与树脂的配对：在合成树脂中，偶联剂的主要作用是改变树脂的性能，增强其物理和化学性能。
例如，在聚酯树脂中，偶联剂可以与树脂中的羟基或酸酐基团发生反应，形成酯键，从而提高树脂的热稳定性和机械性能。
在环氧树脂中，偶联剂可以与树脂中的氢氧基团结合，形成醚键，提高树脂的附着力和耐蚀性。
2.偶联剂与填料的配对：在填料的配方体系中，填料的表面通常具有一定的活性，可以与偶联剂发生反应。
通过与填料的表面反应，偶联剂可以将填料与树脂之间的界面结合得更加紧密，提高填料的分散性和增强树脂与填料之间的相互作用。
这种偶联效应可以改善填料增强型复合材料的力学性能和导电性能。
3.偶联剂的选择与优化：在常用树脂与填料配方体系中，选择适合的偶联剂对于材料的性能以及加工过程都有重要影响。
偶联剂的选择应考虑到树脂和填料的性质，如化学结构、功能基团和表面性质。
另外，在配方优化过程中，需要考虑偶联剂的用量、反应条件和适应性等因素。
总之，偶联剂在常用树脂与填料配方体系中起着至关重要的作用。
它们可以改善材料的力学性能、导电性能和热稳定性，提高材料的加工性能和使用寿命。
在实际应用中，合理选择和优化偶联剂的用量和反应条件，可以实现最佳的效果，进一步推动树脂与填料配方体系的发展和应用。
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KH560(γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷 )
C H 2-C H C H 2O C 3H 6Si(O C H 3)3
O
溶解性：溶于水，同时发生水解反应，水解反应放出甲醇。溶于醇、 丙酮和在5%以下的正常使用水平溶于大多数脂肪族酯。
KH-560是一种含环氧基的偶联剂，用于多硫化物和聚氨酯的嵌缝胶和 密封胶，用于环氧树脂的胶粘剂、填充型或增强型热固性树脂、玻璃 纤维胶粘剂和用于无机物填充或玻璃增强的热塑料性树脂等。
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②整体掺合法（同时法）
在有机基体与无机填料混合的过程中，同时加入硅烷偶联剂原液， 然后进行成型加工或经高剪切混合挤出、切粒制成母料。
特点：填料不必预处理，硅烷偶联剂的浓度也可任意调整，并且可 以一步完成复合材料制品的配料。但要得到与预处理法相同的处理效 果，必须使用三倍于预处理法的硅烷偶联剂。
偶联剂
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一、 概述
1、定义：
偶联剂是一类具有两性结构的物质，它们分子中的一部 分基团可与无机表面的化学基团反应，形成化学键合；
另一部分基团则有亲有机物的性质，可与有机分子发生 化学反应或产生较强的分子间作用，从而将两种性质截然 不同的材料牢固地结合起来，改善无机填料在聚合物基体 中的分散状态，提高填充聚合物材料的力学性能和使用性 能。
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A-151(乙烯基三乙氧基硅烷 )
溶解性：可溶于有机溶剂，但丙酮、四氯化碳不适宜作释剂；可溶于 水。在水中水解，呈碱性。 主要用于聚乙烯交联；不饱和聚酯、聚乙烯、聚丙烯树脂等玻璃纤维 增强塑料的玻纤表面处理；合成特种涂料；粘接剂；电子元器件的表 面防潮处理；无机含硅填料的表面处理等；也用于复合玻璃中间层的 表面处理。
若无机填料比表面积不明时，可确定为填料量的1%左右； 针对密度较小的填料时，用溶剂稀释使用效果更好。
热处理、干燥条件也是影响矿物表面改性效果的重要因素 。加热干燥过程实际上是矿物表面上部分氢键脱水形成共价 键的过程。如果干燥脱水不充分，残留的氢键。容易从外界 吸收水分，从而影响改性效果，进而影响复合材料的性能。
有机基体官能基不同，与硅烷偶联剂的反应速度也不同。例如聚氨 酯与氨基硅烷的反应速度就比环氧基与氨基硅烷的反应速度快。
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5、应用
• 硅烷偶联剂可用于许多无机填料，其中在含硅酸成分多 的玻璃纤维、石英粉及白碳黑中效果最好，在陶土和水合 氧化铝中次之，对不含游离水的碳酸钙效果欠佳。
•硅烷偶联剂的有机基对聚合物的反应有选择性，例如氨基 可与环氧树脂、酚醛树脂、尼龙、乙烯基聚合物或一些热 固性弹性体反应，但一般硅烷偶联剂上的有机基与聚乙烯、 聚丙烯、聚苯乙烯、ABS树脂等聚合物缺乏足够的反应性， 在这些体系中偶联效果差。
b.湿式法 首先将偶联剂配成溶液或水相乳浊液，然后将无机填料加入其 中充分搅拌，最后经加热烘干即得活性填料。
c.喷布法 在无机填充剂经干燥后，再将硅烷偶联剂喷布其上，由于适用 范围有限，且无法获得均一附着，故该种方法的应用受到限制。
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硅烷偶联剂用量
实际应用中真正起偶联作用的是少量的偶联剂所形成的单 分子层。
溶液的pH值对其稳定有很大影响。一般来讲，酸性和碱性都能促进水 解。
常用的酸有盐酸、醋酸、月桂酸等。但在调节酸碱性促进水解的同时， 也促进了硅醇之间的相互缩合，形成没有活性的聚合物。分子量大的缩 合物不溶于水，易从溶液中析出。对于水解产物易缩合的硅烷应在使用 前配置其水溶液。
此外，酸碱性对硅烷上的有机官能团也有影响，例如在碱性条件下，环 氧硅烷易开环，而甲基丙烯酰氧基硅烷在碱性或酸性条件下都可能生成 游离的甲基丙烯酸，使用时应注意这些不利影响。
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三、钛酸酯偶联剂
1、化学结构通式
ROT i OXR ' Y n
R基可与无机填料表面的羟基反应，形成偶联剂的单分子 层，从而起化学偶联作用。
2
炭黑纳米复合材料
未加偶联剂
加硅烷偶联剂
3
从图中，可以看 到，偶联剂的加入， 可以明显改善两种物 质间的界面作用，以 及改善分散性。
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2、分类
偶联剂按其化学结构可分为硅烷偶联剂、钛酸酯偶 联剂、锆酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、双金属偶联剂 ( 铝-锆酸酯、铝钛复合偶联剂)、稀土偶联剂、含磷偶 联剂、含硼偶联剂等。在橡胶工业中最常用的是硅烷、 钛酸酯和铝酸酯偶联剂。
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4、使用方法 硅烷偶联剂的使用方法应针对应用对象不同而异，使用方
法大体可分两种：预处理法和整体掺合法。
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①预处理法
本法大致可分为干式法、湿式法和喷布法，但无论哪种方法都是将 硅烷偶联剂均匀地包覆在填料的表面。
a.干式法 将无机填料加入高速捏合机中进行搅拌，边搅拌边将硅烷偶联 剂的醇水溶液，或有机溶液，或水溶液加入，使之均一分散后，干燥 即可。由于可短时间内大量处理，故为常用的方法。
其中，硅烷偶联剂是人们研究最早、应用最早的偶 联剂。
钛酸酯偶联剂最早出现于20世纪70年代，它对许多 干燥粉体有良好的偶联效果。
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二、硅烷偶联剂
1、化学结构式： RnSiX4-n
R为非水解的、可与高分子聚合物结合的有机官能团。 可为：甲基、乙烯基、氨基、环氧基、巯基、丙烯酰氧丙 基等。
X为可水解基团，遇水溶液、空气中的水分或无机物表面 吸附的水分均可引起水解，与无机物表面有较好的反应性 。可为：烷氧基、芳氧基、酰基、氯基等。其中，最常用 的为甲氧基和乙氧基。
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6、常见硅烷偶联剂
KH550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷 )
溶解性：可溶于有机溶剂，但丙酮、四氯化碳不适宜作释剂；可溶于 水。在水中水解，呈碱性。 主要应用于矿物填充的酚醛、聚酯、环氧、聚酰胺、碳酸酯等热塑性 和热固体树脂，能大幅度提高增强塑料的干湿态抗弯强度、抗压强度 、剪切强度等物理力学性能和湿态电气性能，并改善填料在聚合物中 的润湿性和分散性。
无机端水解后与无机物界面反应，有 机端则与有机界面进行作用，因而改6 进了复合材料组分间的作用。
2、作用机理 （1）X基水解为羟基； （2）羟基与无机物表面存在的羟基生成氢键或脱水成醚键； （3）R基与有机物相结合。
H2O
缩合
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3、水解条件
三烷氧基硅烷与水的作用是偶联作用的基础，大部分硅烷经水解 后为水溶性的，因此常用水作稀释剂配成溶液使用。