无机粉体的硅烷偶联剂改性

无机粉体的硅烷偶联剂改性

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代表与聚合物分子有亲和力或反应能力的活性官能团，如氧基、硫基、乙烯基、环氧基、酰胺基、氨丙基等；X代表能够水解的烷氧基，如卤素、烷氧基、酰氧基等。

在进行偶联时，首先X基与水形成硅醇，然后与无机粉体颗粒表面上的羟基反应，形成氢键并缩合成-SiO-M共价键（M表示无机粉体颗粒表面）。同时，硅烷各分子的硅醇又相互缔合齐聚形成网状结构的膜覆盖在粉体颗粒表面，使无机粉体表面有机化。

1、硅烷偶联剂种类及适用对象

（1）硅烷偶联剂种类

根据分子结构中R基的不同，硅烷偶联剂可分为氨基硅烷、环氧基硅烷、硫基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、乙烯基硅烷、脲基硅烷以及异氰酸酯基硅烷等。

（2）硅烷偶联剂适用对象

硅烷偶联剂可用于许多无机粉体，如填料或颜料的表面处理，其中对含硅酸成分较多的石英粉、玻璃纤维、白炭黑等效果最好，对高岭土、水合氧化铝、氧化镁等效果也比较好，对不含游离酸的钛酸钙效果欠佳。

（3）硅微偶联剂选择

选择硅烷偶联剂对无机粉体进行表面改性处理时，一定要考虑聚合物基料的种类，也即一定要根据表面改性后无机粉体的应用对象和目的来仔细选择硅烷偶联剂。

2、硅烷偶联剂使用方法及用量

（1）硅烷偶联剂使用方法：

应用硅烷偶联剂的方法有两种：

一种是将硅烷配成水溶液，用它处理无机粉体后再与有机高聚物或树脂基料混合，即预处理方法，该方法表面改性处理效果好，是常用的表面改性方法。

另一种方法是将硅烷与无机粉体（如填料或颜料）及有机高聚物基料混合，即迁移法。

多数硅烷偶联剂在使用之前要配成水溶液，即使其预先水解。水解时间依硅烷偶联剂的品种和溶液的pH值不同而异，从几分钟到几十分钟不等。配置时水溶液的pH值一般控制在3-5之间，pH值高于5或低于3将会促进聚合物的生成。因此，已配置好的、已水解的硅烷偶联剂不能放置太久，否则会自行缩聚而失效。

（2）硅烷偶联剂用量计算：

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：

硅烷偶联剂用量=（填料质量×填料比表面积）/硅烷偶联剂最小包覆面积

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%。

大多数硅烷偶联剂既可以用于干法表面改性，也可以用于湿法表面改性。