硅烷偶联剂改性
硅烷偶联剂KH550_改性白炭黑及其在环氧树脂中的应用
硅烷偶联剂KH550改性白炭黑及其在环氧树脂中的应用赵志明，李文琼，靳朝辉，于朝生（东北林业大学化学化工与资源利用学院，东北林业大学森林植物生态学教育部重点实验室，黑龙江哈尔滨150040）摘要：利用硅烷偶联剂KH550对白炭黑纳米粉体进行表面接枝改性，并制备改性白炭黑（mSiO 2）/环氧树脂（EP ）浇铸体，利用傅里叶变换红外光谱（FTIR ）、X 射线衍射（XRD ）、粒度分析、拉伸性能测试、热重分析（TG ）、扫描电镜（SEM ）等手段对改性前后的白炭黑粒、mSiO 2/EP 浇铸体进行表征分析，探究了KH550对白炭黑的改性效果以及mSiO 2用量对浇铸体力学性能、耐热性和结构的影响。
结果表明：以异丙醇作为分散剂，当KH550质量分数为20%，反应温度为90℃，反应时间为5h ，在醇、水混合溶剂中可以实现KH550对白炭黑的表面改性；当改性白炭黑用量为8%(wt.)时，浇铸体综合性能最好，拉伸强度为41.29MPa ，较纯EP 提升了95.2%；其最大分解速率时的温度为377℃，较纯EP 提升了14℃。
关键词：KH550；白炭黑；改性；环氧树脂；拉伸强度中图分类号：TQ 127.2Study on Surface Modifi cation of Silica with KH550 and Its Application in Epoxy ResinZHAO Zhi-ming, LI Wen-qiong, JIN Zhao-hui, YU Chao-sheng（ College of Chemistry, Chemical Engineering and Resource Utilization, Northeast Forestry University; Key Laboratory of ForestPlant Ecology, Ministry of Education, Northeast Forestry University, Harbin 150040, Heilongjiang, China )Abstract: The silane coupling agent KH550 was used to modify the silica by surface grafting and to prepare modifi ed silica (mSiO 2)/epoxy resin (EP) casts. The silica pellets and mSiO 2/EP casts before and after modification were characterised by means of Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diff raction (XRD), particle size analysis, tensile properties testing, thermogravimetric analysis (TG) and scanning electron microscopy (SEM). The eff ect of KH550 on the modifi cation of silica and the eff ect of mSiO 2 dosage on the mechanical properties, heat resistance and structure of the cast body were investigated. The results show that the surface modifi cation of silica by KH550 can be achieved in a mixed solvent of alcohol and water when the mass fraction of KH550 is 20%, the reaction temperature is 90°C and the reaction time is 5h, using isopropanol as the dispersant. Furthermore, the mechanical properties and thermal stability of the mSiO 2/EP composites were improved by the KH550 modifi cation. When the amount of mSiO 2 was 8% (wt.), the tensile strength of the mSiO 2/EP composite exhibited 41.29MPa, which resulted in an increase of tensile strength by 95.2%, and a maximum decomposition rate temperature of 377°C, which is 14°C higher than that of pure EP materials.Key words: KH550; silica; modifi cation; EP; tensile strength 作者简介：赵志明，硕士研究生，主要从事功能材料研究工作。
材料表面的硅烷化改性
实验64 材料表面的硅烷化改性一．实验目的1.利用硅烷偶联剂改性有机或无机材料。
2.制备无机-有机杂化粉体或薄膜材料。
二．实验原理很多纳米材料都是重要的无机化工产品，是橡胶.塑料.油漆.油墨.造纸.农药及牙膏等行业不可缺少的优良原料。
以SiO2纳米颗粒为例，纯粹制备的SiO2颗粒表面上存在着大量的羟基基团，呈极性.亲水性强，众多的颗粒相互联结成链状，链状结构彼此又以氢键相互作用，形成由聚集体组成的立体网状结构，在这种立体网状结构中分子间作用力很强，应用过程中很难均匀分散在有机聚合物中，颗粒的纳米效应很难发挥出来。
如何将纳米SiO2均匀分散在高分子材料中，以提高聚合物材料的各项性能是一个重要的研究方向。
硅烷偶联剂发展至今已有一百多种产品，按Y有机官能团的不同，可分为链系基类硅烷偶联剂.氨基硅烷偶联剂.环氧基类硅烷偶联剂.烷基丙烯酰氧基类硅烷偶联剂及双官能基型硅烷偶联剂等。
硅烷偶联剂处理技术原理简单.操作方便，其与材料表面的作用机理一直是研究的重点，目前关于硅烷在材料表面行为的理论有很多假设，主要有化学键理论.物理吸附理论.表面浸润理论.可逆水解平衡理论和酸碱相互作用理论等。
硅烷偶联剂分子含有两种反应性基团，化学结构可以用X3SiRY来表示，其中，X是可进行水解反应并生成硅烃基(Si-OH)的基团，如卤素.氨基.烷氧基和乙酰氧基等，硅醇基团可和无机物（如无机盐类.硅酸盐.金属及金属氧化物等）发生化学反应，生成稳定的化学键，将硅烷与无机材料连接起来。
Y是非水解基团，可与有机基团如乙烯基.氨基.巯基.环氧基等起反应，从而提高硅烷与聚合物的粘连性。
R是具有饱和键或不饱和键的碳链，将官能团Y和Si原子连接起来。
因此硅烷偶联剂分子被认为是连接无机材料和有机材料的“分子桥”，能将两种性质悬殊的材料牢固地连接在一起，形成无机相/硅烷偶联剂/有机相的结合形态，从而增加了后续有机涂层与基地材料的结合力。
一般来说，硅烷分子中的两个端基团既能分别参与各自的反应，也能同时起反应。
硅烷偶联剂KH 570对电气石表面改性条件优化与表征
矿产综合利用Multipurpose Utilization of Mineral Resources第1期2021年2月·193·硅烷偶联剂KH 570对电气石表面改性条件优化与表征安文峰，胡应模，张丹丹，李苗苗（中国地质大学(北京)材料科学与工程学院，非金属矿物和固废资源材料化利用北京市重点实验室，岩石矿物材料国家专业实验室，北京 100083）摘要：以KH 570为改性剂，采用湿法改性的方法，在中性条件下对电气石进行表面改性，以改性产物的接触角和吸油值为参数，对改性的工艺条件进行了优化。
结果表明，在改性剂KH 570用量为0.12 mL/g 、醇水比为1:5时，在90℃下与10 g 电气石反应2 h 得到具有优良疏水性能的改性电气石，其接触角为93接。
采用IR 、XRD 、SEM 对改性电气石的结构与形貌进行了表征，结果表明，电气石经过改性后，表面成功地接入了含有双键的有机链，改性前后电气石的晶体结构没有发生变化，而改性后电气石的团聚现象大大降低，分散性增加。
关键词：电气石；KH 570；表面改性；可聚合有机化电气石doi:10.3969/j.issn.1000-6532.2021.01.032中图分类号：TD989 文献标志码：A 文章编号：1000-6532（2021）01-0193-06收稿日期：2019-08-27；改回日期：2019-09-24基金项目：国家自然科学基金赞助（51372233）作者简介：安文峰（1995-），男，在读硕士，研究方向为矿物表面改性及其功能聚合物的合成。
通讯作者：胡应模（1964-），男，教授，博导，研究方向为矿物材料的改性及其功能复合材料。
电气石是非金属矿物领域中较为重要的一类非可再生硅酸盐类矿物[1]。
它广泛分布于沉积岩、变质岩、火成岩、伟晶岩发育地区及气成高温热液矿床中，与绿柱石、黄玉、云母等矿物共生[2]，因其所处环境的差异，其内部化学组成与结构差异也较大，一般来说，除硼元素外，还含有钠、镁、铝等其他金属元素[3]。
硅烷偶联剂a171，乙烯基三甲氧基硅烷可显著改善水性木器漆的附着力、光泽度、
硅烷偶联剂a 171，乙烯基三甲氧基硅烷可显著改善水性木器漆的附着力、光泽度、在水性涂料中使用有机硅偶联剂助剂，可以显著的提高涂膜的流平性、爽滑性、光泽、防粘性、耐水性、耐化学品性、耐高温性、抗沾污性和耐印刷性等。
在水性木器涂料中有机硅的应用主要包括有机硅与树脂的物理混合和化学改性。
一种用于水性木器涂料助剂的改性有机硅聚合物，与水性木器涂料的相容性大大提高，能明显改善涂膜的流平性、润滑性、光泽、防粘连性和耐化学品性。
利用有机功能性硅烷(A-171)与乙烯基丙烯酸反应合成了稳定的有机硅丙烯酸酯乳液，该涂膜的耐甲乙酮擦洗性优异。
采用水解速度较慢的受阻乙烯基硅烷与丙烯酸进行乳液聚合，提高了有机硅接枝到丙烯酸树脂上的含量，改善了有机硅丙烯酸乳液的聚合稳定性和贮存稳定性，该乳液具有很好的耐酸碱、耐高低温及耐电解质稳定性。
水性聚氨酯和丙烯酸乳液是应用最多的两种水性木器涂料是涂料工业的新兴技术之一，尽管近年来得到了一定的发展，取得了相当不错的成绩，但是在生产技术和市场化等方面还有待进一步努力。
水性木器涂料的研究发展可从以下几方面着手:进一步完善和发展高性能无缺陷水性木器涂料体系;依靠分子设计和聚合物分子裁剪技术，在水性聚合物链上引入特殊功能结构的组分，如含氟、含硅聚合物，赋予聚合物涂膜多功能性;进一步开拓水性木器涂料市场。
随着对水性树脂结构、性能、成膜过程等的进一步研究，结合新的水性聚合物合成技术，水性木器涂料将会变得方便施工，涂膜性能易于设计和优化，以满足各种不同的用途。
进入21世纪，随着环保法规的进一步完善，以减轻地球负荷为目的，低VOC(挥发性有机化合物)或零VOC排放的新型涂料成为研发的热点。
水性木器涂料的研发更为引人注目随着人们环保、能源意识的增强，水性木器涂料得到迅猛的发展。
水性木器涂料中甲醛的含量要求都比较低，为此，如何选用水性木器涂料用树脂便成了关键，换句话说，水性木器涂料的配方和树脂要以此为基点，同时达到优异的性能和环保的规范要求。
硅烷偶联剂改性阳离子水性聚氨酯的研究
硅烷偶联剂改性阳离子水性聚氨酯的研究叶锦刚;朱伟;张杰;汤嘉陵【摘要】Cationic waterborne polyurethane was hybrided by silane coupling agent KH550 as terminating agent and a new kind of silane coupling agent prepared by KH550 and KH560 via chemical reaction and physical blending, respectively. The structure, particle size, surface morphology was characterized by FTIR, size analyzar and AFM. The mechanical properties, water and solvent resistance of samples were also tested. The results confirmed the formation of SiO2 in the two systems and the diffusion of SiO2 in hybrid system was better than that in composite system. Chemical modification was better than physical blending on improvement of properties products.%以硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)为封端剂对阳离子型水性聚氨酯进行杂化改性,并以KH550和γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)为原料合成新型偶联剂D,对聚氨酯进行复合改性,分别合成了纳米SiO2/PU杂化材料和纳米SiO2/PU复合材料.通过FT-IR、粒径分析、AFM对样品的结构进行表征,并对样品的力学性能和耐水性、耐溶剂性进行测试.结果表明:两种体系均生成了二氧化硅相,二氧化硅相在杂化体系中的分散性好于其在复合体系中的分散性.对提高产品性能而言,化学封端改性比物理共混改性更有效.【期刊名称】《涂料工业》【年(卷),期】2011(041)002【总页数】5页(P25-28,32)【关键词】阳离子型水性聚氨酯;硅烷偶联剂;纳米二氧化硅【作者】叶锦刚;朱伟;张杰;汤嘉陵【作者单位】四川大学高分子科学与工程学院,成都,610065;四川大学高分子科学与工程学院,成都,610065;四川大学高分子科学与工程学院,成都,610065;四川大学高分子科学与工程学院,成都,610065【正文语种】中文【中图分类】TQ630.4与溶剂型聚氨酯相比，水性聚氨酯具有较低的VOC含量和HAP(Hazardous Air Pollutant)值［1］，符合环保的要求，因此愈来愈受到人们的青睐。
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。
硅烷偶联剂改性水性聚氨酯涂层[1]
![硅烷偶联剂改性水性聚氨酯涂层[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/efd7aa71f242336c1fb95e07.png)
王 浩 １，唐黎明 １，陈久军 １，金凤友 ２，刘利军２
（１．清华大学 化学工程系，北京 １０００８４；２．绥化学院 实验中心，黑龙江 绥化 １５２０６１）
摘要 ：合成了系列端酰肼基阴离子型水性聚氨酯，并用 ＧＰＣ、ＩＲ 及 １Ｈ－ＮＭＲ 分析其结构，通过其与硅烷偶联剂 γ－（２，３－环氧丙氧基）丙基三甲氧基硅烷（ＫＨ ５６０）的室温固化反应，得到了性能优异的聚氨酯涂层。 关键词 ：水性聚氨酯 ； 硅烷偶联剂 ； 室温固化 ； 涂层 中图分类号：ＴＱ ６３７．０ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００４－１６７２（２００６）０４－０００１－０２ Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｗａｔｅｒ－Ｂａｓｅｄ Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ Ｃｏａｔｉｎｇｓ ｗｉｔｈ Ｓｉｌａｎｅ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ａｇｅｎｔ ／ Ｗａｎｇ Ｈａｏ ｅｔ ａｌ ／／ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｔｓｉｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｗａｔｅｒ－ｂａｓｅｄ ａｎｉｏｎｉｃ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｓ ｗｉｔｈ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｈｙｄｒａｚｉｄｅ ｇｒｏｕｐｓ ｗｅｒｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｓｔｒｕｃ－ ｔｕｒｅｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｓｅｄ ｂｙ ＧＰＣ， ＩＲ ａｎｄ １Ｈ－ＮＭＲ． Ｔｈｅｙ ｗｅｒｅ ｆｕｒｔｈｅｒ ｃｕｒｅｄ ｗｉｔｈ ｓｉｌａｎｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ａｇｅｎｔ γ－（ ２，３－ｅｐｏｘｙ ｐｒｏｐｏｘｙ） ｐｒｏｐｙｌｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌｉｃａｎｅ （ＫＨ ５６０） ａｔ ａｍｂｉｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｔｏ ｆｏｒｍ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｏｆ ｇｏｏｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ． Ｋ ｅ ｙ Ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ： ｗａｔｅｒ－ｂａｓｅｄ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ； ｓｉｌａｎｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ａｇｅｎｔ； ｃｕｒｉｎｇ ａｔ ａｍｂｉｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ； ｃｏａｔｉｎｇ
硅烷偶联剂改性水性聚氨酯胶黏剂
硅烷偶联剂改性水性聚氨酯胶黏剂张大鹏何立凡王海侨李效玉( 北京化工大学碳纤维与功能高分子教育部重点实验室，北京 100029)摘要: 以聚已二酸-1，4-丁二醇酯( PBA2000) 、甲苯二异氰酸酯( TDI) 、二羟甲基丙酸( DMPA) 和一缩二乙二醇( DEG) 为原料合成了一种聚氨酯预聚体，通过在预聚体中引入可室温交联的硅烷偶联剂，制备得到了一种单组份自交联的水性聚氨酯胶黏剂。
探讨了硅烷偶联剂加入方式，用量对乳液及胶膜性能的影响。
结果表明: 当硅烷偶联剂用量为预聚体质量分数的 1. 5%时，胶黏剂对塑料薄膜 PET/CPP 的粘接强度显著提高，由改性前的 1. 3 N/15mm 增大至 1. 7 N /15 mm; 复合薄膜经过沸水煮后，T 剥离强度由 1. 0 N /15 mm 变为 1. 5 N /15 mm。
关键词: 水性聚氨酯; 复合薄膜; 硅烷偶联剂; 自交联中图分类号: TQ433. 4引言水性聚氨酯胶黏剂以其对各种薄膜广泛的适应性，胶膜优异的柔韧性，耐化学品性等特点而备受人们关注［1 －2］。
大多数水性聚氨酯胶膜遇水易溶胀，耐水性及耐热性不佳，限制了其使用场合［3 －4］。
提高聚氨酯的交联度是改善以上缺点的一个有效途径。
Lewandowski 等［5］向聚氨酯分子链中引入了硅烷衍生物，通过控制硅烷衍生物用量来控制交联结构的密度，适度的交联可以改善胶膜的耐水性和耐热性。
也有文献［6 －8］报导，将有机硅( 一般为端基或侧基带有活性基团的聚硅氧烷) 引入到聚氨酯分子链上可以有效地改善胶膜的耐水性和耐热性，但由于有机硅与聚氨酯相容性差，导致了胶膜力学性能的降低。
而使用小分子的硅烷偶联剂改性水性聚氨酯［9 －10］可以增加相容性，同时改善了聚氨酯胶膜的耐水性、耐热性。
此种交联体系在水性涂料以及双组分的水性胶黏剂中已经得到了广泛的应用［11］。
本文选用 3-氨基丙基三乙氧基硅烷( KH-550)对聚氨酯预聚体进行改性制备出单组份的水性聚氨酯乳液，将此体系引入到复合薄膜用胶黏剂领域。
硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅(1)
硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅概述现代材料表面改性技术是一门由多种学科发展而来的技术组合，其发展经历了很长，很复杂的过程。
表面改性技术通过对基体材料表面采用化学的、物理的方法改变材料或工件表面的化学成分或组织结构以提高机器零件或材料性能。
它包括化学热处理（渗氮、渗碳、渗金属等）、表面涂层（低压等离子喷涂、低压电弧喷涂）、激光重熔复合等薄膜镀层（物理气相沉积、化学气相沉积等）和非金属涂层技术等。
这些用以强化零件或材料表面的技术，赋予零件耐高温、防腐蚀、耐磨损、抗疲劳、防辐射、导电、导磁等各种新的特性，使原来在高速、高温、高压、重载、腐蚀介质环境下工作的零件提高了可靠性、延长了使用寿命，具有很大的经济意义和推广价值。
纳米粉体是能够通过表面处理的方法来获得或者保持其特有的纳米粒子的特性，这种表面处理方法工业上称为包膜处理或表面改性处理。
由于对纳米粉体的制造要求不同于常规无机粉体的制造要求，因此表面改性处理主要针对防止纳米粉体团聚，并帮助纳米粒子在应用体系中也以纳米形态存在，这个处理过程通常称为粉体改性处理，使用的表面处理剂称为有机改性剂。
粒子增韧改性聚合物和杂化材料的研究取得了显近年来，用无机纳米SiO2著效果。
由于纳米SiO具有表面界面效应，量子尺寸效应，宏观量子隧道效应和2特殊光、电特性，高磁阻现象以及其在高温下仍具有的高强、高韧、稳定性好等可广泛应用于各个领域，具有广阔的应用前景和巨大的商奇异特性，使纳米SiO2业价值。
但同时由于纳米SiO的粒径小、比表面积大、具有亲水基团(一OH)，表2面活性高，稳定性差，使得颗粒之间极易相互团聚在聚合物中不易分散，并且由表面亲水疏油在纳米效应引起的一系列优异特性会被减弱或消失。
同时由于SiO2有机介质中难以浸润和分散，直接填充到材料中，很难发挥其作用，为了避免此现象发生就需要在其颗粒表面进行接枝改性。
常用的改性剂有硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、超分散剂等。
一、实验目的1）了解表面改性的目的、方法和基本原理。
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
硅烷偶联剂对碳化硅粉体的表面改性
硅酸盐学报· 409 ·2011年硅烷偶联剂对碳化硅粉体的表面改性铁生年，李星(青海大学非金属材料研究所，西宁 810016)摘要：采用KH-550硅烷偶联剂对SiC粉体表面进行改性，得到了改性最佳工艺参数，分析了表面改性对SiC浆料分散稳定性的影响。
结果表明：SiC微粉经硅烷偶联剂处理后没有改变原始SiC微粉的物相结构，只改变了其在水中的胶体性质；减少了微粉团聚现象。
与原始SiC微粉相比，改性SiC微粉表面特性发生了明显变化，Zeta电位绝对值提高，浆料的分散稳定性得到了明显改善。
关键词：碳化硅；表面改性；硅烷偶联剂；分散性中图分类号：TQ174 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2011)03–0409–05Surface Modification of SiC Powder with Silane Coupling AgentTIE Shengnian，LI Xing(Non-Metallic Materials Institute of Qinghai University, Xining 810016, China)Abstract: The surface characteristics of SiC powder were modified by a KH-550 silane coupling agent. The process parameters of the modification were optimized, and the effect of surface modification on the dispersion stability of SiC slurry was analyzed. The results show that the SiC powder modified by silane coupling agent can not change the original phase structure of SiC micro-powders but reduce the aggregation of SiC particles in the powders. Compared to the original SiC powder, the surface characteristics of the modi-fied SiC powder change significantly. Zeta potential of SiC increases, and the dispersion stability of SiC slurry is improved.Key words: silicon carbide; surface modification; silane coupling agent; dispersibility在半导体制造和煤气化工程领域，许多工程都在使用SiC陶瓷[1–2]。
碳酸钙和硅烷偶联剂协同改性对水性涂料性能的影响
碳酸钙和硅烷偶联剂协同改性对水性涂料性能的影响采用碳酸钙和硅烷偶联剂对水性涂料水性木器涂层的协同改性，使用90℃的烘箱，干燥15min，固定含量2%的CaCO3，3%的KH560，水性木器涂层硬度为2H，等级为1级的附着力，35kg·cm的抗冲击强度，水性木器涂层所表现出的力学性能最佳。
当KH560含量改变至5%时，涂层硬度、附着力、抗冲击强度均随着变量而下降。
标签：碳酸钙；硅烷偶联剂；水性涂料碳酸钙会影响流变性、补强性、透明性、触變性等方面[1]。
硅烷偶联剂是一种有机硅化合物，会产生一种“分子桥梁”，提高涂料与涂料的粘接强度、涂料特性如耐水、耐气候等性能。
在乳液中添加1%的硅烷偶联剂时，涂膜的附着力能够得到明显的提高[2]。
本文通过正交实验，优化助剂CaCO3和KH560配方组成、固化条件等工艺参数，协同改性水性涂料[3]。
1 实验部分1.1 材料与实验设计涂料：水性涂料，改性剂：CaCO3和KH560，基材：已涂饰底漆的木质集成材，100mm×100mm×5mm。
1.2 涂层制备对基板进行预处理。
预设计好CaCO3和KH560的量后，将其加入到涂料中，用搅拌好的涂料均匀涂抹在基板上，涂层厚度大约60μm。
放入90℃的电热恒温鼓风干燥箱内，控制干燥固化时间（15-30min）。
1.3 测试与表征根据GB/T1732-93、GB/T1720-89、GB6739-86使用涂膜冲击力实验仪和涂膜附着力实验仪，测定涂膜抗冲击强度、附着力和硬度。
使用广州标格达实验仪器用品有限公司的BGD512-60°型光泽度仪检测涂层光泽度[4]。
2 结果与讨论2.1 正交实验分析本实验主要探究CaCO3的含量、KH560的含量和干燥时间对水性木器涂料改性的影响。
通过正交实验优化变量，协同改性后的涂层力学性能达到最佳。
三个组分的量规定为：CaCO3的含量（A）：2.0%-5.0%，KH560的含量（B）：2.0%-5.0%，干燥时间（C）：15-30min。
硅烷偶联剂的种类与结构对二氧化硅表面聚合物接枝改性的影响
硅烷偶联剂的种类与结构对二氧化硅表面聚合物接枝改性的影响一、本文概述本文旨在探讨硅烷偶联剂的种类与结构对二氧化硅表面聚合物接枝改性的影响。
硅烷偶联剂作为一种重要的表面处理剂，广泛应用于二氧化硅的改性，以提高其与其他材料的相容性和性能。
本文将系统介绍硅烷偶联剂的种类和结构特点，分析其与二氧化硅表面的相互作用机制，以及如何通过调整硅烷偶联剂的类型和结构来优化二氧化硅表面的聚合物接枝改性效果。
本文将首先概述硅烷偶联剂的基本分类，包括单官能团硅烷、双官能团硅烷和多官能团硅烷等。
随后，将详细讨论这些硅烷偶联剂的结构特点，如官能团的种类、数量和排列方式等。
在此基础上，本文将深入探讨硅烷偶联剂与二氧化硅表面之间的化学反应和物理吸附过程，揭示其对接枝改性的影响机制。
通过本文的研究，期望能够为二氧化硅的表面改性提供理论支持和实践指导，为相关领域的研究和应用提供有益的参考。
本文也期望能够为硅烷偶联剂的设计和优化提供新的思路和方法，推动其在材料科学和工业领域的应用发展。
二、硅烷偶联剂的种类与结构硅烷偶联剂是一类特殊的有机硅化合物，其分子结构中同时含有能够与无机材料（如二氧化硅）反应的硅烷基团和能够与有机聚合物反应的有机官能团。
因此，硅烷偶联剂能够在无机材料和有机聚合物之间建立起化学键合，从而改善两者之间的相容性和界面性能。
硅烷偶联剂的种类繁多，结构各异，其种类与结构对二氧化硅表面聚合物接枝改性的影响至关重要。
根据硅烷偶联剂分子中有机官能团的不同，可以将其分为氨基硅烷、环氧硅烷、乙烯基硅烷、巯基硅烷等多种类型。
这些有机官能团能够与聚合物中的相应基团发生反应，如氨基硅烷可以与含有羧基或酸酐的聚合物发生酰胺化反应，环氧硅烷可以与含有羟基或氨基的聚合物发生开环反应等。
因此，不同类型的硅烷偶联剂适用于不同的聚合物体系。
硅烷偶联剂分子中的硅烷基团也是影响其性能的关键因素。
硅烷基团的数量、位置以及硅原子上的取代基等都会影响其与二氧化硅表面的反应活性。
硅烷偶联剂封端改性水性聚氨酯的研究
ＷＰＵ 胶膜的耐水性， 但是对提高 ＰＵ 材料的耐湿擦 原料合成了基础预聚体， 然后以 １， ４－ 丁二醇进一步
性、耐沾污性和热稳定性却并不明显。因此 ， 在 ＰＵ 扩链制得了 ＷＰＵ 体系， 最后以偶联剂 γ－ 氨丙基三
分子结构中引入疏水链段的有机硅进行改性， 则倍 甲氧基硅烷对 ＰＵ 分子进行封端， 形成了稳定的 ＰＵ
２．２ 硅烷偶联剂封端对乳液及胶膜外观的影响 在合成反应过程中保持其他条件不变， 仅改变
硅烷偶联剂的用量（ 占树脂的质量分数， 下同） ， 所制 得的 ＰＵ 乳液及胶膜外观如表 ２ 所示。
表 ２ 硅烷偶联剂用量对 ＰＵ 乳液及其胶膜外观的影响
Ｔａｂ．２ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｓｉｌａｎｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｎ ｆａｃｅ ｏｆ ＰＵ ｅｍｕｌｓｉｏｎ ａｎｄ ｆｉｌｍ
统 ＰＵ 材料的耐磨性和耐化学药品性优、柔韧性好、 它不仅可在 ＰＵ 链段中引入有机硅， 而且还能在不
附着力强且软硬度可调范围广等特点， 而且还具有 同的物质界面间起到“桥梁”的交联作 用［４］。由此制
不燃、无毒、不污染环境、节省能源和易加工等诸多 得了许多深受用户欢迎的产品， 其中， Ｈａｎｓｅ 化学公
为了保持或加强乳液的稳定性， 在 ＷＰＵ 制备 曾在采访中说： “我们认为这些硅烷化的 ＰＵ 之所以
过程中， 通常都必须加入亲水性化合物， 这就造成了 受到用户的欢迎， 是因为它有一系列的优异性质，
ＷＰＵ 胶膜易吸潮、不耐湿擦且与基材粘附力不强等 它结合了硅酮的固化工艺和 ＰＵ 骨架的力学性能等
缺点， 从而较大程度地影响了它的推广应用。为了 优点［５］”。
ＤＭＰＡ ４～１５
ＴＥＡ
３～１２
图 １ ＰＵ 预聚体的合成 Ｆｉｇ．１ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅ ｏｆ ＰＵ ｐｒｅｐｏｌｙｍｅｒ
高分子硅烷偶联剂改性环氧树脂性能研究
第22卷第2期高分子材料科学与工程Vol.22,No.2 2006年3月POLYMER MAT ERIALS SCIENCE AND EN GINEERING M ar.2006高分子硅烷偶联剂改性环氧树脂性能研究X姚海松1,2,刘伟区1,侯孟华1,2,申德妍1,2(1.中国科学院广州化学研究所,广东广州510650; 2.中国科学院研究生院,北京100039)摘要:采用侧链氨基硅油(AEAPS)和小分子偶联剂KH-560为原料合成了一系列氨基硅油高分子偶联剂(APCA)并用作双酚A型环氧树脂(EP)/4,4′-二氨基二苯基甲烷(DDM)体系的改性剂,系统研究了改性剂含量等对改性环氧固化物的冲击强度、拉伸强度、断裂伸长率、玻璃化转变温度(T g)和断裂面形态等的影响。
结果表明,APCA能明显提高固化体系的性能,其中环氧树脂经10份APCA-60改性后,与未改性环氧相比,抗冲强度提高了近一倍,断裂伸长率增加了94.55%,拉伸强度也提高了59.55%,而T g 也提高了5℃,达到了明显的增强增韧和提高耐热性等效果。
关键词:高分子偶联剂;氨基硅油;环氧树脂;改性中图分类号:T Q323.5 文献标识码:A 文章编号:1000-7555(2006)02-0133-04 硅烷偶联剂分子中存在亲有机和亲无机的功能基团,使其具有独特连接有机与无机材料两相界面的功能,故对改性聚合物及其无机物体系具有明显的技术提高效果。
目前国内外已有不少关于硅烷偶联剂改性环氧树脂方面的报道,但主要是集中在改性固沙体和聚合物本体这两方面[1～5],所用的硅烷偶联剂一般为普通的小分子偶联剂,虽然它们能明显提高材料的整体强度,但往往是以牺牲固化网络的交联度为代价,并伴随耐热性(T g)下降,不能使强度、韧性和耐热性同时提高。
为此,本文采用自行合成的侧链氨基硅油高分子偶联剂(APCA)改性双酚A型环氧树脂(EP)本体,研究改性剂含量对改性环氧固化物的性能影响,以期在弄清高分子偶联剂作用机理的同时,得到一种高强度、高韧性及耐热性优良的环氧树脂材料。
硅烷偶联剂改性玻璃纤维增强硅气凝胶的研究
硅烷偶联剂改性玻璃纤维增强硅气凝胶的研究赵洪凯,刘明,刘一甫,许亚军,刘威(吉林建筑大学材料科学与工程学院,吉林长春130118)摘要:为了达到增强硅气凝胶力学性能的目的,采用硅烷偶联剂KH550与KH560二步改性接枝玻璃纤维,进而制备纤维增强硅气凝胶。
利用扫描电子显微镜、红外光谱仪、比表面及孔径分布仪、热重-差热分析仪、导热系数仪、电子动静态疲劳试验机等对其表征。
实验结果表明:硅烷偶联剂改性玻璃纤维与硅气凝胶复合后网络结构更加均匀、骨架强度更加稳定、孔径多在30nm 以下、具有良好的热稳定性;同时,改性玻璃纤维的最佳添加量为20%(质量分数),此时其密度为0.167g/cm 3,导热系数为0.0185W/(m ·K),接触角为127°,抗弯强度为1.042MPa,抗压强度为0.669MPa,达到预期实验目的。
关键词:羟基化;玻璃纤维;硅气凝胶;硅烷偶联剂中图分类号:TQ127.2文献标识码:A文章编号:1006-4990(2020)08-0046-05Study on glass fiber reinforced silica aerogel modified by silane coupling agentZhao Hongkai ,Liu Ming ,Liu Yifu ,Xu Yajun ,Liu Wei(School of Materials Science and Engineering ,Jilin Jianzhu University ,Changchun 130118,China )Abstract :In order to enhance the mechanical properties of silica aerogel ,the silane coupling agent KH550and KH560were modified to grafted glass fibers in two steps ,and then fiber reinforced silica aerogel were prepared.Scanning electron micro⁃scope ,infrared spectrometer ,specific surface and aperture distribution instrument ,TG-DTA analyzer ,thermal conductivity instrument and electronic dynamic and static fatigue testing machine were used to characterize the fiber reinforced silica aerogel.The results showed that after the glass fiber reinforced silica aerogel modified by silane coupling agent compounded with silica aerogel ,the network structure was more uniform ,the framework strength was more stable ,the pore diameter was less than 30nm ,and the thermal stability was better.At the same time ,the optimal addition amount of modified glass fiber was 20%(mass fraction ).At this time ,the density was 0.167g/cm 3,the thermal conductivity coefficient was 0.0185W/(m ·K ),the contact angle was 127°,the bending strength was 1.042MPa and the compressive strength was 0.669MPa.The expected purpose of the experiment was achieved.Key words :hydroxylation ;glass fiber ;silica aerogel ;silane coupling agent由于硅气凝胶独特的多孔网络结构使其在隔音保温、吸附催化等领域具有广泛应用[1]。
硅烷偶联剂KH570对纳米SiO2的表面改性及其分散稳定性
硅烷偶联剂KH570对纳米SiO2的表面改性及其分散稳定性一、本文概述随着纳米技术的迅速发展，纳米材料因其独特的物理化学性质在多个领域展现出广泛的应用前景。
其中，纳米二氧化硅（nano-SiO2）因其高比表面积、优异的物理和化学稳定性以及良好的光学性能等特点，被广泛应用于橡胶、塑料、涂料、陶瓷、医药等领域。
然而，纳米SiO2粒子由于具有高的比表面积和表面能，容易团聚形成大的颗粒，导致其分散稳定性差，限制了其在许多领域的应用。
因此，对纳米SiO2进行表面改性以提高其分散稳定性成为研究的热点。
硅烷偶联剂KH570作为一种重要的有机硅化合物，其分子结构中的乙烯基和甲氧基硅烷基团可以与纳米SiO2表面的羟基发生化学反应，形成稳定的化学键合，从而实现对纳米SiO2的表面改性。
本文旨在研究硅烷偶联剂KH570对纳米SiO2的表面改性效果及其分散稳定性的影响。
通过对比改性前后的纳米SiO2粒子的物理化学性质、表面形貌、分散稳定性等方面的变化，揭示硅烷偶联剂KH570对纳米SiO2的改性机理，为纳米SiO2在各个领域的应用提供理论基础和技术支持。
本文首先介绍纳米SiO2的基本性质和应用领域，然后阐述纳米SiO2分散稳定性的重要性以及目前常用的表面改性方法。
接着详细介绍硅烷偶联剂KH570的结构特点、改性原理及其在纳米SiO2表面改性中的应用。
通过实验研究和表征手段，探讨硅烷偶联剂KH570对纳米SiO2表面改性的效果及其对分散稳定性的影响。
总结硅烷偶联剂KH570在纳米SiO2表面改性中的应用前景，为相关领域的研究提供有益的参考。
二、材料与方法本实验主要使用的材料包括纳米SiO2粉末（购自某化学试剂公司，纯度≥5%，平均粒径约为20nm）、硅烷偶联剂KH570（购自某化学试剂公司，纯度≥98%）、无水乙醇（购自某化学试剂公司，纯度≥7%）、以及去离子水。
硅烷偶联剂KH570的制备采用标准的化学合成方法。
在无水乙醇中，将适量的KH570与催化剂混合，然后在恒定的温度下进行搅拌反应。
硅烷偶联剂及其对白炭黑的改性研究进展
硅烷偶联剂及其对白炭黑的改性研究进展摘要：介绍硅烷偶联剂的作用机理及其对白炭黑的改性效果。
硅烷偶联剂与白炭黑表面的羟基发生反应，使白炭黑由亲水性变为疏水性，从而增大其与橡胶的相容性，改善白炭黑的分散性，提高填充硫化胶的物理性能和动态力学性能。
最后提出了目前改性存在的问题及对未来的研究的展望。
关键词：硅烷偶联剂；白炭黑；改性；作用机理白炭黑是橡胶工业中一种重要的补强填料,同炭黑比较, 白炭黑的粒径小、比表面积大，填充硫化胶的拉伸强度、撕裂强度和耐磨性均较高；但它与烃类橡胶的相容性较差，大量填充胶料的粘度较大，加工性能随贮存时间的延长而变差，贮存后胶料存在硬化、挤出困难以及成型粘性差等问题，填充胶料还易产生静电积累，加工性能较差, 在橡胶工业中的应用受到限制。
使用硅烷偶联剂对白炭黑进行改性, 解决了白炭黑与胶料的亲和性, 改善了胶料的加工性能。
同时可使胶料的定伸应力、拉伸强度、撕裂强度及耐磨性提高。
轮胎使用白炭黑补强时加入硅烷偶联剂, 可以获得滚动阻力( 生热) , 抓着性能和耐磨耗性能三者之间的最佳平衡。
本文主要对硅烷偶联剂及其对白炭黑作用机理进行了介绍。
1硅烷偶联剂硅烷偶联剂的通式为RSiX。
，式中R为有机基团，如乙烯基、环氧基、氨基、甲基丙烯酰氧基、巯基等，它能与树脂反应形成牢固的化学结合；X为能够水解的有机基团，如甲氧基、乙氧基、氯等，其水解副产物在低温下可以挥发，而异丙基、异丁基则需要较长的反应时间，且反应副产物也难以从处理的无机填料中去除，X基团能与白炭黑表面的活性羟基缩合形成硅氧烷键。
在橡胶工业中使用较多的是含硫硅烷偶联剂，如TESPT、双一[(三乙氧基硅烷基)一丙基]二硫化物(TESPD或Si75)、r巯基丙基三甲氧基硅烷(A一189)等，而在轮胎工业中使用最多的是硅烷偶联剂TESPT。
一般选用硅烷偶联剂的原则是：聚烯烃橡胶多选用乙烯基硅烷；硫黄硫化胶多选用含硫硅烷偶联剂，如Si69和Si75等；环氧树脂一般选用端基是环氧基或氨基的硅烷；不饱和聚酯多用乙烯基、环氧基硅烷。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
改性剂用量对沉降体积的影响改性剂用量与沉降体积的关系曲线，见图1。
从图1可看出，沉降体积随着改性剂用量的增加而增加，但是提高幅度不是很大。
在实际应用中真正起到改性作用的是少量的改性剂所形成的单分子层，因此过多的增加改性剂的用量是不必要的，不仅会在粒子间搭桥导致絮凝，使稳定性变差，而且还增加不必要的经济付出。
实验所选择的硅烷偶联剂的用量在1%~2%。
2.2 改性时间对沉降体积的影响实验结果见图2。
从图2可看出，当改性时间为10min时，沉降体积达到极大值，然后随着改性时间的增加，沉降体积缓慢下降。
在改性时间为30min 和60min时，均保持在一个相对稳定的水平。
但是改性时间为40min时出现异常，沉降体积大幅度下降。
硅烷偶联剂对高岭土进行表面改性，理论上以化学键合作用为主，改性效果不会出现较大的变化，出现异常的原因还有待进一步的研究。
2.3 改性温度对沉降体积的影响采用硅烷偶联剂作为改性剂时，为了保证较好的改性效果，需要确定适宜的表面改性温度。
改性温度对沉降体积的影响，见图3。
从图3可看出，沉降体积随改性温度的增加而增加。
当温度升高至90℃时，沉降体积达到最大值14.4ml。
继续提高温度，则沉降体积下降。
因此，改性剂对高岭土的最佳改性温度为90℃。
沉降性能分析称取2g改性前后的纳米高岭土，置于50ml液体石蜡中，磁力搅拌10min，倒入刻度试管，静置观察沉降性能。
纳米高岭土在液体石蜡中的沉降体积随时间的变化关系，见图4。
从图4可看出，未经改性的纳米高岭土由于表面具有亲水性，在有机相中倾向于团聚，大粒子沉降较快，小粒子被沉降较快的大粒子所夹带，所以在开始的时间内沉降很快，沉降速度随时间增加逐渐减慢；而高岭土经过改性处理后，表面呈现亲有机性，在有机相中倾向于分散均匀，所以在开始的时间内沉降速度较未改性高岭土慢。
随着沉降时间的增加，沉降体积均达到平衡。
未改性高岭土的平衡沉降体积为13.4ml，而经过硅烷偶联剂改性处理后，样品的平衡沉降体积为21.3ml。
在相同的实验条件下，沉积物的体积变大，说明改性高岭土在液体石蜡中的分散性和稳定性提高。
2.5 FT-IR分析硅烷偶联剂改性前后的纳米高岭土的红外吸收光谱，见图5。
从图5可看出，改性处理后，高岭土在2800cm-1~3000cm-1之间出现的微弱峰是-CH3 和-CH2 的伸缩振动吸收峰；在1120cm-1 ~1000cm-1之间的Si-O和Si-O-Si振动吸收区变宽，这是由于硅烷偶联剂与高岭土表面形成的R-Si-O-Si与高岭土的Si-O-Si振动吸收带重合所致；出现在1034cm-1处的Si-O的伸缩振动吸收峰移至1036cm-1处；在3670cm-1处的微弱的OH吸收峰消失，这是表面官能团化学键的振动模式受到影响的结果。
上述吸收峰的变化均说明硅烷偶联剂与高岭土发生了化学键合作用。
从表1可看出，硅烷偶联剂改性后，高岭土表面O元素的含量下降15.92%，C元素的含量为17.03%，而Si和Al元素的含量变化不大。
硅烷偶联剂改性前后纳米高岭土的C1s价带谱图，见图7。
从图7可知C1s峰发生偏移，在287.5eV附近出现C-O峰，另外，硅烷偶联剂引入了Si元素，其特征峰发生偏移，从102.35eV移至102.85eV，上述现象均说明硅烷偶联剂对于纳米高岭土的改性不是一种物理吸附而是一种化学键合作用。