偶联剂及偶联剂在填料中的应用课件

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。
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。
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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。
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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。
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。
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。
• 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。
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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。
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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。
• 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。
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ຫໍສະໝຸດ Baidu机物相结合。
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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。
• 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