硅烷偶联剂 PPT课件
硅烷偶联剂合成
5.2.2 α官能团硅烷偶联剂合成
α 官能团硅烷偶联剂的化学结构通式为Y-CH2Si(OR)3，式 中Y为C6H5NH-、HS、CH2=C(CH3)COO-、H2N(CH2)nNH（n=2、4、6）等基团。基本原料是甲基三氯硅烷。
5.2.2 α官能团硅烷偶联剂合成
相关化学反应如下： 光
3CH3SiCl3 + 2Cl2 2ClCH2SiCl3 + Cl2CHSiCl3 + HCl
ClCH2SiCl3 + 3ROH
ClCH2Si(OR)3 + 3HCl
ClCH2Si(OR)3 + 2C6H5NH2
C6H5NHCH2Si(OR)3 + C6H5NH2. HCl
ClC3H6Si(OR)3
5.2.1 γ官能团硅烷偶联剂合成
2、氨烃基硅烷偶联剂
CH2=CHCH2NH2 + HSi(OR)3
Pt
H2N(CH2)3Si(OR)3
3、甲基丙烯酰氧烃基硅烷偶联剂
HSi(OR)3 CH2=C(CH3)COOCH2CH=CH2 CH2=C(CH3)COO(CH2)3Si(OR)3
5.2.1 γ官能团硅烷偶联剂合成
4、环氧基硅烷偶联剂
O
CH2=CHCH2OCH2CH-CH2 HSi(OR)3 Pt
O
(RO)3SiC3H6OCH2CH-CH2
5、乙烯基硅烷偶联剂
HSi(OR)3 + HC CH Pt ViSi(OR)3
5.2.1 γ官能团硅烷偶联剂合成
6、Pt催化剂 硅氢加成法具有反应条件较温和、产率较高、实用
面广等特点,其关键的因素是催化剂。目前常用的均相
催化剂是将氯铂酸溶于异丙醇、乙醇、四氢吠喃等溶剂 中使用。
浅谈有机硅烷偶联剂
专利品
YC-1027 专利品, 提高涂料与难附著基材的附着力
分子量
246 236 278.42 288 -----
闪点 (oC) 113 110 118 137 121 110
沸点 (oC) 310 290 304 > 300 290 290
CAS #
3388-04-3 2530-83-8 2602-34-8 10217-34-2
---
59 > 200
专利品 专利品
8、硅脂硅烷偶联剂
化学名称
A-1230 A-137 A-162 A-1630 A-Link* 597
专利的非离子硅烷分散剂 辛基三乙氧基硅烷 甲基三乙氧基硅烷 甲基三甲氧基硅烷
三-[ 3-(三甲氧基硅)丙基] 异氰脲酯
分子量
--277 178 136 ---
闪点 (oC)
纺织
提高纺织的手感、防水性和染料的粘接 力。
3、作为交联剂应用领域
领域
功能
涂料、印刷油墨
提高湿态附着力、耐化学性、耐腐蚀性、耐环境老化、颜料分散 性和 耐擦洗性。
热塑性塑料 交联聚乙烯
用于耐高温的高性能塑料, 提高强度。
铸造、磨砂 提高强度。
4、氨基硅烷偶联剂
A-1100* A-1106 A-1110 A-1120 A-1122 A-1123 A-1130 A-1170 A-1637 A-2120
Silcat* VS-735/1 一 步法生产低压硅烷交联聚乙烯电力电缆
。
190 148 132.2 280 232 -----
---
---
闪点 (oC) 44 28 8 92 51 47 44
23
23
硅烷偶联剂
硅烷偶联剂KH570一、简介KH-570硅烷偶联剂，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷是一种有机官能团硅烷偶联剂，对于提高玻纤增强和含无机填料的热固性树脂能提高它们的机械电气性能，特别是通过活性游离基反应固化（如不饱和聚酯，聚氨酯和丙烯酸酯）的热塑性树脂的填充，包括聚烯烃和热塑性聚氨酯。
二、国外对应牌号：A-174（美国联合碳化物公司）KBM-503（日本信越化学工业株式会社）SH-6030（美国道康宁化学公司）三、化学名称：γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷四、分子式：CH2=C(CH3)COOC3H6Si(OCH3)3五、典型的物理性质参数标准指标外观微黄色至无色透明液体颜色 Pt-Co, ≤ 30密度（ρ 20℃，g/cm3） 1.043~1.053折光率（nD 25°C） 1.4285 ~1.4310沸点：255℃纯度%, ≥ 97.0溶解性硅烷偶联剂KH-570可溶于甲醇、乙醇、乙丙醇、丙酮、苯、甲苯、二甲苯,水解后在搅拌下可溶于PH=4的水中,水解产生甲醇.六、用途：主要用于改善有机材料和无机材料的粘接性能，特别适用于游离基交联的聚酯橡胶，聚烯烃、聚苯乙烯和在光敏材料中作为助剂。
七CAS NO. : 2530-85-0八特征和用途KH-570硅烷偶联剂的用途：（1）当复合材料用经过与聚酯相容的表面处理剂处理过的玻纤时，能显著提高复合材料的强度，这种表面处理剂通常包括硅烷偶联剂、成膜剂、润滑剂和抗静电剂。
（2）此产品提高填充白碳黑、玻璃、硅酸盐和金属氧化物的聚酯复合材料的干湿态机械强度。
（3）此产品提高许多无机填料填充复合材料的湿态电气性能。
例如：交联聚乙烯和聚氯乙烯。
（4）此产品可与醋酸乙烯和丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯单体共聚合成可室温交联固化的。
这些硅烷团化聚合物广泛应用于涂料、胶粘剂和密封胶中。
提供优异的粘接力和耐久力。
硅烷偶联剂KH-845-4(SG-Si 1289) 化学名双-（γ-三乙氧基硅基丙基）四硫化物英文名bis-(γ-triethoxysilylpropyl)-tetrasulfideCAS 编号40372-72-3对应国外牌号A-1289（美国威科）、Z-6940（美国道康宁公司）、Si 69（德国德固萨）产品外观黄色透明液体。
硅烷偶联剂
硅烷偶联剂kh560CAS号：2530-83-8 国外牌号： A-187（美国奥斯佳有机硅有限公司）（原联碳公司），美国道康宁Z-6040,日本信越KBM-403。
KBM-403（日本信越化学工业株式会社）化学名称及分子式：γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷硅烷偶联剂KH560性质：物理形态：无色或微黄色液体。
沸点：290℃。
折光率：(nD25) 1.4260-1.4280，比重(dD25)1.065-1.072。
溶解性：溶于水，同时发生水解反应，水解反应释放甲醇。
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。
硅烷偶联剂KH560用途：1.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。
2.硅烷偶联剂kh560增强基于环氧树脂电子密封剂和封装材料及印刷电路板的电性能，提高树脂与基体或填充剂之间的粘结力。
3.硅烷偶联剂KH-560能够增强许多无机物填充的尼龙，聚丁烯对苯二酸酯在内的复合材料的电学性能。
对范围广泛的填充剂和基体，象粘土、滑石、硅灰石、硅石、石英或铝、铜和铁在内的金属都有效。
4.从添加硅烷偶联剂KH560获益的具体应用，包括：用石英填充的环氧密封剂、预混配方，用砂填充的环氧树脂混凝土修补材料或涂层和用于制模工具和金属填充的环氧树脂材料。
5.免除了对多硫化物和聚氨酯密封胶和嵌缝化合物中独立底漆的要求。
6.硅烷偶联剂KH560还可以改进含水丙烯酸胶乳嵌缝胶和密封胶，基于聚氨酯和环氧树脂的涂层中的粘合。
7.生产包装运输：KH560用塑料桶包装，每桶净重5kg, 10kg, 20kg,代办托运。
(用量注意：硅烷偶联剂处理无机表面材料并非用量越多越好，理想的添加量是能够使硅烷偶联剂在无机材料表面里形成一层单分子层，与无机材料表面羟基反应，从而提高无机材料的亲油性。
如果硅烷偶联剂用量过多，则偶联剂自身水解后发生交联反应，从而是材料力学性能降低。
硅烷偶联剂及其应用课件
在涂料中添加硅烷偶联剂，可以提高涂层对基材的附着力，以及涂层的耐候性、 耐磨性等。
提高胶粘剂的粘结强度
在胶粘剂中使用硅烷偶联剂，可以提高胶粘剂对无机材料和有机材料的粘结强度 ，以及耐水、耐热等性能。
硅烷偶联剂应用案
04
例及效果分析
橡胶领域应用案例及效果分析
提高橡胶与填料的相容性
改善界面性能
通过硅烷偶联剂的“分子桥”作用，无机材料和有机材料的界面性能可 以得到显著改善，如提高材料的力学性能、电气性能、耐候性能等。
03
耐水性
硅氧烷基团的水解反应使得硅烷偶联剂在湿态环境下也能发挥效能。
硅烷偶联剂在橡胶领域的应用
提升橡胶与填料的分散性
硅烷偶联剂可以改善橡胶与填料之间的相容性，提高填料的 分散性，从而提高橡胶的力学性能。
THANKS.
提高耐磨性和抗老化性
通过改善橡胶表面的性能，硅烷偶联剂可以提高橡胶的耐磨 性和抗老化性。
硅烷偶联剂在塑料领域的应用
增强塑料的力学性能
硅烷偶联剂可以提高塑料与填料或增 强材料之间的界面粘结力，从而提高 塑料的力学性能。
提高塑料的耐候性
硅烷偶联剂可以改善塑料的表面性能 ，提高其耐候性。
硅烷偶联剂在其他领域的应用（如涂料、胶粘剂等）
竞争格局
当前，国内外众多企业纷纷涉足硅烷偶联剂领域，市场竞争激烈。国内企业在不断提高技 术水平和产品质量的同时，也在积极开拓国际市场。
前景展望
随着人们对环保、高性能材料的需求不断增长，硅烷偶联剂市场前景广阔。未来，市场将 更加关注产品的环保性能、高性能化和功能性。
硅烷偶联剂的创新发展方向
高性能化
为满足高分子材料在高强度、高模量、高耐磨等方面的要求，硅烷 偶联剂需要不断提高自身的性能，如耐热性、耐候性、耐化学品性 等。
硅烷偶联剂的作用
RO O RO Si R' Si OH RO RO O Si OH RO Si R' O Si O RO
1. hydrolysis 2. coupling - ROH
RO Si O Si R' O ROOR O Si O Si O RO O Si R' OR
+ H2O - 2* ROH
O Si O
硅烷偶联剂的作用
硅烷偶联剂
• 硅烷偶联剂主要用在白炭黑中，与白炭黑 和橡胶起反应，主要作用是： • 1.增加白炭黑与橡胶的结合力 • 2.增加产品的耐磨性 • 3.减小产品的滚动阻力
白碳黑与碳黑的差异
碳黑 主要成分 炭 在极短底时间内热解并团聚 白碳黑 硅氧化物 在沉降和随后的熟化过程中 较缓慢的形成 无定性结构 大量均匀分布（－ ） 大量均匀分布（－OH） （－ 亲水 对交联有相当大的影响 绝缘体
• 在加入白炭黑的橡胶配方中，一般要加入 硅烷偶联剂，同时加入PEG4000，加入 PEG4000主要是为了对白炭黑进行改性， 因为白炭黑表面有大量的OH基团，容易吸 水，同时容易结块，所以加入PEG4000以 后，白炭黑上面的OH基团与PEG4000反应， 亲水性降低，不易结块和吸水。这样更容 易与SI69起反应。同时PEG4000可以调节 白炭黑的酸性，使其不影响硫化，用量一 般是白炭黑量的7-10%。
总结
• PEG4000和硅烷偶联剂在有白炭黑的 配方住一起使用，最主要的效果就是增加 产品耐磨性，所以最常用在轮胎和鞋底等 产品中。 • PEG4000也可以单独使用，作为一种 润滑剂和活性剂，在很多配方中都有，例 如EPDM中一般会使用。
如何改进白碳黑与橡胶的黏附性能？ 如何改进白碳黑与橡胶的黏附性能？
什么是硅烷偶联剂
硅烷偶联剂知识一、定义及性能特点硅烷偶联剂是一类在分子中同时含有两种不同化学性质基团的有机硅化合物，其经典产物可用通式YSiX3表示。
式中，Y为非水解基团（也是有机基团，可以为环氧基、甲基丙稀酰氧基、巯基、氨基、烷基、异氰酸酯基和乙烯基），可与高分子发生化学反应或形成氢键，从而与高分子形成牢固的结合；X为可水解基团(包括Cl、Me-O-、Et-O-、i-Pr-O-、MeO-CH2CH2-O-等），可与含羟基无机材料反应。
由于这一特殊结构，硅烷偶联剂会在无机材料（如玻璃、金属或矿物）和有机材料（如有机聚合物、涂料或粘合剂）的界面起作用，结合或偶联两种截然不同材料。
有增强有机物与无机化合物之间的亲和力作用，并可强化提高复合材料的物理化学性能,如强度、韧性、电性能、耐水、耐腐蚀性。
性能特点及优势使用玻璃纤维或矿物增强有机聚合物时，聚合物和无机材料之间的界面或界面相涉及许多物理和化学因素之间复杂交叉作用。
这些因素和粘合力、物理强度、膨胀系数、浓度梯度和产品性能保持力相关。
影响粘合的重要破坏力量就是水分迁移到无机增强的亲水表面。
水分侵蚀界面，破坏了粘接。
“真正”的偶联剂在无机和有机材料的界面可以形成耐水键结。
硅烷偶联剂具有独特的化学和物理性能，不但增强了结合强度，更重要的是，防止了在复合材料老化和使用过程中在界面上的键结解体。
偶联剂赋予了两个相异、难以结合表面之间的稳定结合。
硅烷偶联剂不仅可用作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接性，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；也可用作材料表面改性剂，赋予防水、防静电、防霉、防臭、抗血凝及生理惰性等性能；还可以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。
在复合材料中，选择合适的硅烷可以使复合材料的弯曲强度提高40%以上。
硅烷偶联剂也增强了涂层和粘合剂之间的结合强度，同时增强了对湿度和其他恶性环境条件的抵抗力。
硅烷偶联剂可提供的其他优势包括：1、更好的浸湿无机材料2、复合时具有更低的粘度3、更光滑的复合材料表面4、降低无机材料对热固复合材料催化剂的抑制作用5、更清晰透明的增强塑料二、硅烷偶联剂的作用机理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。
硅烷偶联剂
硅烷偶联剂一项目建设的目的：为减少单一产品的经营风险，改进有机硅主要产品的结构，考虑发展有机硅下游产品——硅烷偶联剂，降低经营风险，在市场占据有利形势。
近几年，由于我国玻纤行业和子午线轮胎生产的快速发展，使得市场对硅烷偶联剂的需求量增长很快。
我国的玻璃纤维产业属于朝阳产业，而随着建筑、机械、电子等玻璃纤维增强复合材料等应用领域的发展，使得我国的玻璃纤维产业正在进入新一轮高速发展期。
预计“十一五”期间，玻纤生产量的发展速度将接近10%,2010年我国玻璃纤维量有望达到130万吨，对硅烷偶联剂的需求量将达到18000吨左右；加上橡胶行业及其他行业发展的需求，预计2010年国内硅烷偶联剂总需求量将达到25000吨以上。
目前国内虽有多家硅烷偶联剂生产企业，但绝大多数企业生产规模小，而且产品档次较低，品种规格较少。
因此，有条件的地区或企业建设较大型的多功能硅烷偶联剂生产线，提高我国硅烷偶联剂的生产水平是必要的。
二概述1 基本情况：硅烷偶联剂是一类具有特殊结构的低分子有机硅化合物，其通式为RSiX3，式中R代表氨基、巯基乙烯基、环氧基、氯丙基、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代表能够水解的基团，如卤素、烷氧基、酰氧基等。
硅烷偶联剂是由三氯氢硅（HSiCl3）和带有反应性基团的不饱和烯烃在铂氨酸催化下加成，再经醇解而得。
硅烷偶联剂既能与无机物中的羟基又能与有机聚合物中的长分子链相互作用，使两种不同性质的材料偶联起来，从而改善生物材料的各种性能。
2 用途：硅烷偶联剂的应用大致可归纳为三个方面;(1) 用于玻璃纤维的表面处理。
硅烷偶联剂能改善玻璃纤维和树脂的粘合性能，提高玻璃纤维增强复合材料的强度、抗水、抗气候等性能。
2004年玻璃纤维使用的硅烷偶联剂约占其消耗总量的50%以上，其中用得较多的品种有乙烯基硅烷、氨基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷等。
(2) 用于无机填料的表面处理。
硅烷偶联剂
一、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，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=CMeCOO、Vi及CH2-CHOCH2O－的硅烷偶联剂；环氧树脂多选用含CH2－C HCH2O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可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；改善聚合物结晶性、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。
《硅烷偶联剂》课件
硅烷偶联剂能够将两种性质不同的材料 有效地结合在一起，提高材料的物理性 能和化学性能，因此在复合材料、密封 材料、胶粘剂等领域具有广泛的应用。
硅烷偶联剂在解决材料界面问题方面具 有显著的效果，能够提高材料的粘附力 、耐水性、耐候性等性能，为新型材料 的研究和应用提供了重要的技术支持。
硅烷偶联剂的发展前景
02
03
市场规模
中国硅烷偶联剂市场规模 不断扩大，已经成为全球 最大的硅烷偶联剂消费国 。
区域分布
中国硅烷偶联剂市场主要 分布在华东、华南和华北 地区，其中华东地区占据 较大市场份额。
竞争格局
中国硅烷偶联剂市场竞争 激烈，主要企业包括巴斯 夫、陶氏化学、赢创工业 等国内外企业。
硅烷偶联剂市场发展趋势
联剂等。
推广环保型硅烷偶联剂 的应用，减少传统有机 硅烷偶联剂对环境的影
响。
加强环保型硅烷偶联剂 的研发和生产，提高其 在市场中的份额和竞争
力。
05
结论
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
Eห้องสมุดไป่ตู้A
硅烷偶联剂的重要地位
硅烷偶联剂在材料科学领域中具有不可 替代的地位，广泛应用于橡胶、塑料、 涂料等高分子材料的改性及粘接过程中
硅烷偶联剂的未来发展
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
新品种的研发
01
硅烷偶联剂新品种的不断涌现 ，以满足不同领域和用途的需 求。
02
针对特定应用场景，开发具有 特殊性能和功能的硅烷偶联剂 ，如高粘度、低粘度、高反应 活性等。
03
针对新兴领域，如生物医学、 新能源等，开发具有生物相容 性、生物活性、光响应性等特 殊性能的硅烷偶联剂。
硅烷偶联剂
主讲内容
偶联剂 硅烷偶联剂定义与结构 硅烷偶联剂作用机理 有机硅烷偶联剂的选择原则 硅烷偶联剂的种类及应用 硅烷偶联剂使用方法
偶联剂
一、偶联剂定义 偶联剂（ Coupling agent），又称表面改性劑。在塑料配混中，改善合成树脂 与无机填充剂或增强材料的界面性能的一种塑料添加剂。
161.5 190.3
相对密 度 (25℃)
1.26 0.93
折射率 (25℃)
1.432 1.395
闪点 /℃
21 54
沸点/℃ (101.324×1 03Pa)
19 161
乙烯基三氯硅烷 乙烯基三乙氧基硅烷
乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷
γ-缩水甘油丙基-三甲氧基硅烷 γ-甲基丙烯酰氧基丙基-三甲氧基 硅烷 N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基-三甲氧 基硅烷 N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基-甲基三甲氧基硅烷 γ-氯丙基-三甲氧基硅烷 γ-巯丙基-三甲氧基硅烷 γ-氨丙基-三甲氧基硅烷
硅烷偶联剂
一、硅烷偶联剂定义与结构
硅烷偶联剂定义
硅烷偶联剂又名硅烷处理剂、底涂剂，是一类在分子中同时含有两种不同化学性质 基团的有机硅化合物,可以和有机与无机材料发生化学键合(偶联)，增加两种材料的 粘接性。
硅烷偶联剂结构
结构通式为YnSiX（4-n）； 1.通式中n为0～3的整数；
2. X为可水基团，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分解，
下表为聚合物基料与常用硅烷偶联剂的适用性
五、硅烷偶联剂的使用
1. 硅烷偶联剂的用量
硅烷偶联剂用量与偶联剂的品种及填料的比面积有关，假设为单分子 层吸附，可按下式进行计算：
硅烷偶联剂最小包覆面积以硅烷偶联剂的品种不同而异。一般来说，实 际用量要小于用上述公式计算的用量。当不知道无机粉体的比表面积数 据或硅烷偶联剂的最小包覆面积时，可将硅烷偶联剂用量选定为无机粉 体质量的0.10%～1.5%。
第九章 偶联剂ppt课件
在此基础上偶联剂则应运而生，由于其良好 的性能而被广泛地应用于复合材料领域。
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9.1.1偶联剂的定义和分类
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。
此外根据特殊官能团的不同，又可以分为单烷 氧基类，鳌合型及配位型三种。
以上两种类型的偶联剂是目前广泛生产和使用 的品种。
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13
3．铝酸酯偶联剂
这类偶联剂是国内自行开发的品种，可改善制 品的物理机械性能，如提高冲击强度，提高热变 型温度，可与钛酸酯偶联剂相媲美。
另外其成本低，价格仅为钛酸酯偶联剂的一半， 具有色浅，无毒，使用方便等特点，热稳定性比 钛酸酯还好，它与钛系偶联剂的最大差异在于对 炭黑等颜料的分散性有极优的效果，因此在涂料 方面的应用甚多。
R’是长碳键烷烃基，它比较柔软，能和有机 聚合物进行弯曲缠结，使有机物和无机物的相容 性得到改善，提高材料的抗冲击强度；
Y是羟基、氨基、环氧基或含双键基团等，这 些基团连接在钛酸酯分子的末端，可与有机聚合 物进行化学反应而结合在一起。
硅烷偶联剂原理合成与应用
硅烷偶联剂原理合成与应用
硅烷偶联剂是一种含硅原子的配体，可以和金属离子、有机酸、有机
氨基酸等进行偶联反应，形成硅-配体-金属离子(SM)三价配合物，其中硅
烷偶联剂作为"配体"连接"金属离子"和"核心"之间。
硅烷偶联剂的合成通常采用高效率的硅烷化反应，即通过氯硅烷和胺、醛、酮等R-X或R-OH和氯硅烷和酸氧化反应合成硅烷偶联剂。
硅烷偶联剂主要用于各种金属离子的聚集，如钙、铷、锆、锡、钛、钯、铜、铝、钨和镍等金属离子，可以用来合成各种类型的有机高分子复
合物，作为染色剂、催化剂、阻燃剂等，也可以提高有机高分子的物理性能，如：热稳定性、机械性能、光学性能等。
此外，硅烷偶联剂还可用于
制备导电聚合物、传感器、复合材料、生物材料、生物分子传感器等。
《硅烷偶联剂》PPT课件
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当Y为无反应性的烷基或芳基时，可 用于非极性树脂，如硅橡胶、聚苯乙烯 等的胶接中。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。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。
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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。如聚氨基甲酸酯和环氧 树脂对许多材料虽然具有高的粘合力，但粘合 的耐久性及耐水性不太理想；加入硅烷偶联剂 后，这方面的性能可得到显著的改善。
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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，可以显著 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。例如，氯丁胶胶 接若不用硅烷作处理剂时，胶接剥离强度 为1.07公斤/厘米2，若用氨基硅烷作处理 剂，则胶接的剥离强度为8.7公斤/厘米2。
硅烷偶联剂 PPT课件
硅烷偶联剂及其应用课件
油田污水处理
硅烷偶联剂可以改善污水中杂质的分离效果 ，提高污水处理效率。
密封胶
要点一
粘接力增强
硅烷偶联剂可以提高密封胶与基材的粘接力，提高密封效 果。
要点二
耐候性改善
硅烷偶联剂可以改善密封胶的耐候性，使其在各种气候条 件下保持良好性能。
化妆品
皮肤护理
硅烷偶联剂可以改善护肤品中的营养成分的 渗透性和吸收性，提高皮肤护理效果。
同时，硅烷偶联剂还可以改善建筑涂层的表面 性能，提高涂层的抗沾污性和耐擦洗性，使建 筑外观保持整洁美观。
05
硅烷偶联剂在胶粘剂工业中的 应用
热熔胶
热熔胶是一种在加热后会熔化成液态，在冷却后又能够固化 成粘合剂的胶粘剂。硅烷偶联剂在热熔胶中的应用主要是通 过改善其粘附性能和耐热性能，从而提高热熔胶的粘合力。
彩妆持久性
硅烷偶联剂可以提高化妆品如粉底、口红等 的附着力，使妆容更加持久。
THANK YOU
硅烷偶联剂通过与热熔胶中的聚合物分子结合，形成化学键 ，从而提高粘合力。此外，硅烷偶联剂还可以改善热熔胶的 耐热性能，使其在高温环境下仍能保持良好的粘附性能。
压敏胶
压敏胶是一种可以粘附在各种材料表 面上的粘合剂，其特点是可以在常温 下快速粘合，并且不需要加热或加压 。硅烷偶联剂在压敏胶中的应用主要 是提高其粘附力和耐久性。
橡胶材料
01
硅烷偶联剂在橡胶材料中主要 起到补强、增粘和抗老化等作 用，提高橡胶材料的力学性能 、耐热性、耐油性和耐候性。
02
通过硅烷偶联剂的引入，橡胶 材料可以与多种填料和助剂进 行良好的结合，优化橡胶制品 的性能。
03
硅烷偶联剂在橡胶复合材料中 发挥重要作用，可以提高复合 材料的界面粘结力和整体性能 。
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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。
以氨丙基三乙氧基硅烷为例， 当用它首先处理无机填料时（如玻璃纤维等），硅烷首先水解变成硅醇， 接着硅醇基与无机填料表面发生脱水反应，进行化学键连接，反应过程如 下： 硅烷中的X基团水解——水解后羟基与无机填料反应——经偶联剂处理的 无机料填进行填充制备复合材料时，偶联剂中的Y基团将与有机高聚物相互
硅烷偶联剂
主讲内容
偶联剂 硅烷偶联剂定义与结构 硅烷偶联剂作用机理 有机硅烷偶联剂的选择原则 硅烷偶联剂的种类及应用 硅烷偶联剂使用方法
偶联剂
一、偶联剂定义 偶联剂（ Coupling agent），又称表面改性劑。在塑料配混中，改善合成树脂 与无机填充剂或增强材料的界面性能的一种塑料添加剂。
单烷氧基焦磷酸酯型
螯合型
适用于树脂基多种复合材料体系，适合于 含湿量高的填料体系；
适用于树脂基多种复合材料体系，由于它 们具有非常好的水解稳定性，特别适用于 含水聚合物体系； 适用于多种树脂基或橡胶基复合材料体系 适用于多种热固性树脂，也适用于多种热 塑性树脂。
配位体型 铝酸化合物偶 联剂 硅烷偶联剂 含铝酸的低分子量的无机聚合 物 在分子中同时含有两种不同化 学性质基团的有机硅化合物
161.5 190.3
相对密 度 (25℃)
1.26 0.93
折射率 (25℃)
1.432 1.395
闪点 /℃
21 54
沸点/℃ (101.324×1 03Pa)
19 161
乙烯基三氯硅烷 乙烯基三乙氧基硅烷
乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷
γ-缩水甘油丙基-三甲氧基硅烷 γ-甲基丙烯酰氧基丙基-三甲氧基 硅烷 N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基-三甲氧 基硅烷 N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基-甲基三甲氧基硅烷 γ-氯丙基-三甲氧基硅烷 γ-巯丙基-三甲氧基硅烷 γ-氨丙基-三甲氧基硅烷
285
290 255 259 234 192 212 217
二、硅烷偶联剂的作用机理
化学键理论（最古老却又是迄今为止被认为是比较成功的一种理论）
①与硅原子相连的Si—X基水解，生成Si—OH；
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Si — OH与基材表面的—OH形成氢键；
能可逆的重新愈合。这样在界面上既有拘束层理论的刚性区域(由树脂和硅烷 偶联剂交联生成)，又可允许应力松弛，将化学键理论、拘束层理论和变形层
理论调和起来。此机理不但可以解释界面偶联作用机理，而且也可以说明松
作用，最终搭起无机填料与有机物之间的桥梁。
表面浸润理论
理论认为硅烷偶联剂提高了玻璃纤维或其他无机材料的表面张力，甚至使其 大于树脂基体的表面张力，从而有利于树脂在无机物表面的浸润与展开，改 善了树脂对无机增强材料的润湿能力，使树脂与无机增强材料较好地黏合在 一起。
变形层理论
理论认为硅烷偶联剂在界面中是可塑的，它可以在界面上形成一个大于 10nm的柔性变形层，这个变形层具有遭受破坏时自行愈合的能力，不但能够 松弛界面的预应力，而且能阻止裂纹的扩展，故可改善界面的黏合强度。
与无机物表面有较好的反应性。典型的X基团有烷氧基、芳氧基、酰基、氯基等； 最常用的则是甲氧基和乙氧基; 3. Y为非水解的、可与高分子聚合物结合的有机官能团。如乙烯基、乙氧基、氨基、 环氧基、甲基丙烯酰氧基、巯基等，与各种合成树脂、橡胶有较强的亲和力或反应 能力。
常用的代表性硅烷偶联剂 偶联剂名称 相对分 子 质量
硅烷偶联剂
联剂又名硅烷处理剂、底涂剂，是一类在分子中同时含有两种不同化学性质 基团的有机硅化合物,可以和有机与无机材料发生化学键合(偶联)，增加两种材料的 粘接性。
硅烷偶联剂结构
结构通式为YnSiX（4-n）； 1.通式中n为0～3的整数；
2. X为可水基团，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分解，
280.4
236.1 248.1 222.1 206.1 198.5 196.1 221.0
1.04
1.07 1.04 1.03 0.98 1.08 1.06 0.94
1.428
1.427 1.429 1.445 1.445 1.418 1.439 1.419
66
135 138 140 140 78 102 104
亲无机物 的基团
偶联剂
亲有机物 的基团
降低合成树脂熔体的粘度， 改善填充剂的分散度以提 高加工性能
二、偶联剂的作用
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、旋光性能 等。 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，改善了界面状态， 有利于制品的耐老化、耐应力及电绝缘性能。 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。
三、偶联剂的分类
按偶联剂的化学结构及组成分为有机铬络合物、钛酸酯类、铝酸化合 物和硅烷类四大类。
偶联剂种类 偶联剂结构 适用范围及体系
铬络合物偶联 剂
钛酸酯偶联剂
由不饱和有机酸与三价铬离子 形成的金属铬络合物
单烷氧基型
品种比较单一，适用范围小
适用于多种树脂基复合材料体系，适合于 不含游离水、只含化学键合水或物理水的 填充体系
拘束层理论
理论认为复合材料中高模量增强材料与低模量树脂之间存在着界面区，而硅 烷偶联剂为其中的一部分。硅烷偶联剂不仅能与无机物表面产生黏合，而且
还有可以与树脂反应的基团，能将聚合物“紧束”在界面上。当此界面区的
模量介于无机增强材料与树脂之间时，应力可以被均匀地传递。
可逆水解理论
理论认为有水存在时硅烷偶联剂和玻璃纤维间受应力作用而产生断裂，但又