硅烷偶联剂水解工艺研究【文献综述】

毕业论文文献综述
化学工程与工艺
硅烷偶联剂水解工艺研究
一、选题的背景和意义
硅烷偶联剂是一种可以把两种不同性质的物质通过化学或物理作用结合起来的一种改善型助剂。

最早是20世纪40年代由美国联合碳化合物公司和道康宁公司首先开发的，最初是把它作为玻璃纤维的表面处理剂而应用在玻璃纤维增强塑料中[1]。

硅烷偶联剂是一类具有有机官能团的硅烷，在塑料、填充复合材料、环氧封装材料、弹性体、涂料、粘合剂和密封剂等方面有着广泛的应用。

使用硅烷偶联剂可以大大的改进上述材料的机械性能、电气性能、耐水性、难燃性、粘接性以及工艺操作等。

迄今为止，硅烷偶联剂已经成为材料工业必不可少的助剂之一，是有机硅工业四大下游分支之一[2]。

硅烷偶联剂水解的程度直接影响硅醇与材料的作用结果，因为只有硅醇单体才能与材料形成稳定的结构，有资料证明：新配置的乙烯基三甲氧基硅烷水溶液中含有82%的单体，15%的二聚体和3%的三聚体，放置至出现沉淀，结果单体为34%，二聚体为23%，三聚体为30%以及13%的四聚体。

由此可知，随着硅醇缩聚成低聚合度的硅氧烷，含硅烷三醇的水解产物的溶解度降低。

出现浑浊意味着体系中硅烷完全缩合成硅氧烷高聚体，此时硅烷偶联剂失去了其应有的功能。

因此，有必要了解硅烷偶联剂的水解机理[3]。

二、相关研究的最新成果及动态
2．1 硅烷偶联剂水解程度的检测方法有：
1、电导率测定法；
2、浑浊程度观测法；
3、红外光谱检测法；[3]
硅烷偶联剂水解程度测定是水解工艺中的难点，常规化学测定方法和某些对体系产生干扰的测定方法，均会导致水解平衡的破坏，不能有效监测硅烷的水解程度。

有资料表明[4]：光学测定法和电导率测定法能直接在线监测硅醇的生成，
不对体系带来干扰和破坏。

其中电导率测定法设备简单、操作方便。

且硅烷和去离子水的电导率很低，而水解产物硅醇和醇的电导率较高，即使溶剂中采用了醇，因其在反应前后量不变而对体系电导率变化无影响，所以硅烷体系在水解过程中电导率会逐渐增大，一定时间后反应达到平衡，相应电导率值也稳定在某一值，这表明水解已经达到平衡，此时硅醇含量为该水解条件下的最大量。

因此，本实验采用电导率法在线测硅烷偶联剂水解程度。

实验所用的各种材料的电导率如下表：
实验材料电导率
材料电导率
去离子水0.4
KH-570 0.03
F8261 0.03
乙醇 1.0
实验材料：硅烷偶联剂KH570、F8261，乙醇，盐酸，醋酸，氢氧化钠，去离子水。

主要材料介绍：
KH-570：
分子式：；名称：γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷；国外牌号为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）；物化性质：本品易溶于多种有机溶剂中，易水解，缩合形成聚硅氧烷，过热，光照、
过氧化物存在下易聚合。

沸点：255°C；折光率(n
D 25): 1.4290±0.001；密度(d
4
25):
1.035-1.045；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。

F8261：
分子式: C14H19F13O3Si
、名称：十三氟辛基三乙氧基硅烷、闪点：
97°(206°F)、分子量：510.37、密度：1.333 熔点：<-38°、折射率：1.345 、沸点：220°
实验仪器：机械搅拌器，数字电导率仪，傅里叶变换红外光谱仪，酸度计。

硅烷偶联剂水解溶剂可分为三种：去离子水、醇、去离子水+醇。

如果单独用去离子水溶解硅烷偶联剂KH-570和F8261，则溶液会分为2层：一层为水相；一层为硅烷偶联剂KH-570与F8261混合相，因为两者不溶于水。

硅烷偶联剂KH-570水解12H后，溶液分层现象消失，但是水解效率会降低影响其应用；硅烷偶联剂F8261水解24H后则现象保持不变。

所以硅烷偶联剂KH-570与F8261均不能单独用去离子水区作为溶剂。

从硅烷偶联剂水解反应平衡来看也不能单独用醇去做溶剂。

众多文献资料证明了使用去离子水+醇混合溶剂作为硅烷偶联剂的水解溶剂为最佳[5]。

三、课题的研究内容及拟采取的研究方法、难点
选硅烷偶联剂KH570(γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷)、F8261(十三氟辛基三乙氧基硅烷)，分别在PH值等于1.5、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0的时候其水解溶液至浑浊的时间。

选硅烷偶联剂在配比：1：1：1、1：1：10、1：1：18时水解至浑浊的时间
不同硅烷偶联剂在不同配比下的水解至浑浊时间
不同硅烷偶联剂在不同配比下的水解至浑浊时间
硅醇缩合是吸热反应，温度升高有利于缩合反应的进行。

选温度为20、30、40、50、60时，硅烷偶联剂体系的电导率值。

从而选定水解最适宜的温度。

本实验首先对硅烷偶联剂溶解条件的选择，通过查找资料及实验论证得出最佳的硅烷偶联剂和溶剂。

本实验的关键是需要在硅烷偶联剂至浑浊时间内检测好其PH值以及如何判定硅烷偶联剂已经至浑浊。

难点是硅烷偶联剂水解程度的测定。

四、参考文献
[1] E.P.普鲁特曼等.硅烷和钛酸酯偶联剂[M].上海：上海科学技术文献出版社，
1987。

[2]沈玺、高雅男、徐政.硅烷偶联剂的研究与应用[J].上海生物医学工程。

[3] 王斌、霍瑞亭.硅烷偶联剂水解工艺的研究。

[4] 徐溢、王楠、张小凤。

直接用作金属表面新型防护涂层的硅烷偶联剂水解效
果分析[J]。

腐蚀于防护，2000，,2（4）：157—159。

[5] 吴纪森，有机硅及其应用[M].北京：科学技术文献出版社，1990；309。