偶联剂及偶联剂在填料中的应用课件
填料总结PPT课件(2024版)
1)钠质膨润土阳离子交换总量中钠离子含量大于50％ 用途广、用量大； 2)钙质膨润土阳离子交换总量中钙离子含量大于50％ 用途广、用量较小； 膨润土及其加工产品具有良好的物理化学性能和工业技术特 点而用途广泛，它可做粘结剂、悬浮剂、增塑剂、增稠剂、 触变剂、稳定剂等。 例如采用33＃胶衣树脂的中间体UP33作基体材料，膨润土为触 变剂制成的改性胶衣树脂的压缩强度提高，膨胀系数减小， 见图2。这主要是因为蒙脱石具有很强的吸附性和膨胀性。
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表1 粒状填料对聚合物的性能影响
注：P-热塑件树脂；S-热固性树脂；O-此性能好
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续表1 粒状填料对聚合物的性能影响 注：P-热塑性树脂；S-热固性树脂；O-此性能好
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2 影响填充改性的因素
2.1 填料的形状 填料的形状对填充改性的影响较大。 填料形状大致可分为圆球状、粒状、片状、柱状、纤维状等 纤维状、片状填料对复合材料的机械强度有利，而成型加工不利； 圆球状填料与此相反，可提高成型加工性能，而降低材料的机械强度。 (1)圆球状 圆球状填料最单纯,其典型代表是玻璃微珠, 可用合成方法制取,也可从 粉煤灰中提取。良好的流动性、在制品表面能形成平滑面，制品内部内 应力均匀。 (2)片状 底面形状与厚度存在一定比例关系。只有当底面长径与厚度比值大于一 定值时，才能大大提高复合材料的刚性
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表2 石墨聚氯乙烯的物理机械性能
项目 导热系数 线膨胀系数
抗拉强度 焊接强度
冲击强度 表面电阻
体积电阻
单位 W/(m·K) ℃-1（9～40℃ ）
MPa MPa
J/m2
• CM
含石墨24% 3.72
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。
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。
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。
偶联剂及偶联在填料中的应用150页PPT
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
偶联剂及偶联在填料中的应用 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
硅烷偶联剂
偶联剂
亲无机物 的基团
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
整理课件
3
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。
硅烷偶联剂
整理课件
1
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
整理课件
2
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。
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， 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。
整理课件
6
常用的代表性硅烷偶联剂
偶联剂名称
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
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 。
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。
偶联剂
硅烷偶联剂
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
填充体系。
其他类型偶联剂-有机铬类偶联剂 由不饱和有机酸与三价铬原子形成配价型金属络合物。 在玻璃纤维增强塑料中，具有较好的使用效果。
有机铬偶联剂成本低，但品种单调，适用范围和偶联效
果不及硅烷偶联剂和钛酸酯类偶联剂，更主要的原因是
铬离子毒性及由此带来的环境污染问题，导致目前的用
量在逐渐减少。
KH560(γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷 )
CH2-CHCH2OC3H6Si(OCH3)3
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
O
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
偶联剂的选用原则
偶联剂加入量。硅烷偶联剂的用量可为填料的1%左右； 钛酸酸类用量一般为填料的0.25~2%。 一些表面活性剂会影响钛酸酯偶联剂用的发挥，如HSt 等，因此它们必须在填料、偶联剂、树脂充分混合后加 入。
大多数钛酸酯类偶联剂易与酯类增塑剂发生酯交换反应， 因此，此类偶联剂需待偶联剂加入后方可加入。
常见偶联剂-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
《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%。
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。
偶联剂
偶联剂的种类和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(ＤｏｗＣｏｒｎｉｎｇ)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]。
偶联反应，偶联剂
偶联反应，偶联剂偶联反应(CouplingReaction)偶联反应(英文:Couplingreaction)，也作偶连反应、耦联反应、氧化偶联，是由两个有机化学单位(moiety)进行某种化学反应而得到一个有机分子的过程.这里的化学反应包括格氏试剂与亲电体的反应(Grinard),锂试剂与亲电体的反应,芳环上的亲电和亲核反应(Diazo,Addition-Elimination),还有钠存在下的Wutz反应,由于偶联反应(CouplingReaction)含义太宽,一般前面应该加定语.而且这是一个比较非专业化的名词.狭义的偶联反应是涉及有机金属催化剂的碳-碳键生成反应，根据类型的不同，又可分为交叉偶联和自身偶联反应。
进行偶联反应时，介质的酸碱性是很重要的。
一般重氮盐与酚类的偶联反应，是在弱碱性介质中进行的。
在此条件下，酚形成苯氧负离子，使芳环电子云密度增加，有利于偶联反应的进行。
重氮盐与芳胺的偶联反应，是在中性或弱酸性介质中进行的。
在此条件下，芳胺以游离胺形式存在，使芳环电子云密度增加，有利于偶联反应进行。
如果溶液酸性过强，胺变成了铵盐，使芳环电子云密度降低，不利于偶联反应，如果从重氮盐的性质来看，强碱性介质会使重氮盐转变成不能进行偶联反应的其它化合物。
偶氮化合物是一类有颜色的化合物，有些可直接作染料或指示剂。
在有机分析中，常利用偶联反应产生的颜色来鉴定具有苯酚或芳胺结构的药物。
常见的偶联反应包括:反应名称-年代-反应物A-反应物B-类型-催化剂-注Wurtz反应1855R-Xsp³自身偶联NaGlaser偶联反应1869R-Xsp自身偶联CuUllmann反应1901R-Xsp²自身偶联CuGomberg-Bachmann反应1924R-N2Xsp²自身偶联以碱作介质Cadiot-Chodkiewicz偶联反应1957炔烃spR-Xsp交叉偶联Cu以碱作介质Castro-Stephens偶联反应1963R-CuspR-Xsp²交叉偶联Kumada偶联反应1972R-MgBrsp²、sp³R-Xsp²交叉偶联Pd或NiHeck反应1972烯烃sp²R-Xsp²交叉偶联Pd以碱作介质Sonogashira偶联反应1973炔烃spR-Xsp³sp²交叉偶联Pd、Cu以碱作介质Negishi偶联反应1977R-Zn-Xsp²R-Xsp³sp²交叉偶联Pd或NiStille偶联反应1977R-SnR3sp²R-Xsp³sp²交叉偶联PdSuzuki反应1979R-B(OR)2sp²R-Xsp³sp²交叉偶联Pd以碱作介质Hiyama偶联反应1988R-SiR3sp²R-Xsp³sp²交叉偶联Pd以碱作介质Buchwald-Hartwig反应1994R2N-RSnR3spR-Xsp²交叉偶联PdN-C偶联Fukuyama偶联反应1998RCO(SEt)sp2R-Zn-Isp3交叉偶联Pd偶联剂是一类具有两不同性质官能团的物质，它们分子中的一部分官能团可与有机分子反应，另一部分官能团可与无机物表面的吸附水反应，形成牢固的粘合。
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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PPT学而习交影流 响复合材料的性能。
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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。
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。
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。
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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
炭黑纳米复合材料
未加偶联剂
加硅烷偶联剂
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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。
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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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。
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。
H2O
缩合
PPT学习交流ຫໍສະໝຸດ 73、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。
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。
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
进了复PPT学合习交材流 料组分间的作用。
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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。
• 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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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。
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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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。
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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。
• 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。
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。
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
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硅烷• KH 偶5 联5 剂0
( 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。