在化学界有一个著名的媒婆，它身怀绝技，舌灿莲花，有各种办法可以将无机物和有机物这两个不同的“物种”都能结合在一起。它就是大名鼎鼎的硅烷偶联剂。

硅烷偶联剂最早是于上世纪40年代由美国联合碳化合物公司（UCC）和道康宁公司（DCC）首先为发展玻璃纤维增强塑料而开发的。

1947年Ralphkw等发现用丙烯基三乙氧基硅烷改性玻璃纤维而制成的聚酯复合材料可以得到双倍的强度，从而开创了硅烷偶联剂实际应用的历史，并极大的刺激了硅烷偶联剂的研究与发展。

硅烷偶联剂是一类具有特殊结构的低分子有机硅化合物，它研究得最早且应用较多，硅烷偶联剂不仅能提高复合材料的力学性能，还能改善其耐水性，耐热性和耐候性等性能。

01硅烷偶联剂的概念

硅烷偶联剂是在同一个分子里含有两种无机反应性和有机反应性的硅基化学分子，通常典型结构为：Rn-Si-(X)_4-n

偶联机理如下图：

02硅烷偶联剂的结构特征

硅烷偶联剂的结构通式为Y－Ｒ－Si－X3，Y代表有机官能基，Ｒ代表亚烷基，X代表能够水解的基团。

Y主要与有机聚合物反应，而可水解基团X主要控制水解速率。在相同的水解条件下，大基团的可水解基水解速率慢;在酸性环境下，带有较长亚烷基的水解较慢。

例如:可水解的烷氧基通常是乙氧基或是甲氧基，在相同的水解条件下，三甲氧基硅烷的水解速率要比三乙氧基硅烷的快。而α－甲基丙烯酰氧基－甲基－三乙氧基硅烷在酸性溶液中其水解速率是γ－甲基丙烯酰氧基－丙基－三乙氧基硅烷的20倍。

03硅烷偶联剂的功能

硅烷偶联剂既能与无机物中的羟基又能与有机聚合物中的长分子链相互作用,使两种不同性质的材料偶联起来,从而改善生物材料的各种性能。因此，广泛应用在橡胶、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。

04硅烷偶联剂的应用

01

用作表面处理剂

主要用于玻璃纤维的表面处理,能改善玻璃纤维和树脂的粘接性能,大大提高玻璃纤维增强复合材料的强度、电气、耐水、耐候等性能;即使在湿态,也能显著提高复合材料的机械性能。

02

用于无机填料填充塑料

可预先对填料进行表面处理,也可直接加入素质中。能改善填料在树脂中的分散性及粘接力,改善工艺性能和提高填充塑料(包括橡胶)的机械、电气和耐候等性能。

03

用作密封剂、胶粘剂和涂料的增粘剂

能提高密封剂、粘接剂和涂料的粘接强度、耐水性、耐高温、耐气候等性能。

04

用作粘合促进剂

用于难粘材料聚烯烃(如PE,PP)和特种橡胶(如硅橡胶、EPR、CR、氟橡胶)的粘合促进剂。

05

用作纺织助剂

与有机硅乳液并用,可提高贸纺织品的服用性能,试织物具有柔软、丰满、回弹性好、防皱挺刮、防水抗静电、耐洗、穿着舒适等优点。

06

用于生化、环保方面硅烷偶联剂

硅烷偶联剂是制备硅树脂固胰酶载体的重要原料。并可使固化酶不溶于水,未match失活的固相酶经过滤后还可继续使用,不仅提高了生物酶的利用率,还能避免造成污染和浪费。

07

用于“假牙”成型

国内牙科中“假牙”,一般是用改性甲基丙烯酸酯类聚合物与填料制成。为提高它们之间粘合力,以提高“假牙”的强度和刚度,在其未固化前,配方中加入KH- 570硅烷偶联剂 。

08

除此之外

除此之外,硅烷偶联剂还广泛用作防水剂、交联剂、金属的防腐剂、玻璃和陶瓷的保护剂、纤维和皮革的整理剂以及石油开发和运输的助剂。某些偶联剂(如-氨丙基三乙氧基硅烷、-氯丙基三乙氧基硅烷)遇明火不燃,还可作为阻燃剂等。

05硅烷偶联剂在线缆行业中

硅烷偶联剂在电线电缆中主要是作为交联剂和增粘剂使用，赋予材料的如下性能：

提高改性后的材料的热形变稳定性和机械强度，

提高改性后的材料的湿态电气性能，

提高改性后的材料的耐化学性，

提高填料的添加量的同时改善加工性。

1

交联剂

乙烯基硅烷是用于聚烯烃材料交联的最常用的交联剂，其反应过程如下所示：

2

增粘剂/表面改性剂

在低烟无卤线缆材料的生产中，常会使用硅烷偶联剂作为无机阻燃材料的表面改性剂，提高填料在树脂或者橡胶中的分散性和与树脂的粘结性，并改善被填充基材的加工性能、机械性能和热稳定性。

06硅烷偶联剂在玻纤和复合材料中

硅烷偶联剂是玻璃纤维增强聚合物的关键成分，玻纤极其亲水，能把水吸附到界面上，如果不用硅烷处理表面，玻璃纤维和树脂之间的结合将变弱，最后导致断裂。

有机硅烷在玻璃纤维中的作用可以归纳为：

（1）在增强复合材料中，改进干、湿态的力学性能 使增强复合材料的电气性能稳定 
（2）在玻璃纤维增强材料的制造过程中改进加工特性 
（3）在复合材料的制造中提高玻璃纤维的改进处理 
（4）增加热绝缘玻璃纤维的弹性和强度

硅烷偶联剂在复合材料中形成化学键的作用机理如下图：

07硅烷偶联剂在橡胶混炼中

在橡胶行业，硅烷的独特性质被用于提高性能和改善工艺性能，硅烷在橡胶配方中充当偶联剂和分散剂。

由于在增强型橡胶中使用无机填料取代炭黑带来的好处使硅烷在有机橡胶业中得到了很广泛的应用。和炭黑相比，白炭黑和其他无机填料能使橡胶获得更优异的物理性质和性能。

BUT要使非炭黑填料起到作用必须用到硅烷偶联剂，为了使无机填料和有机弹性体有效结合，硅烷的使用是其中一个关键因素，机理和前面矿物和填料处理类似，甲氧基或者乙氧基将和白炭黑或者粘土表面强力粘结，有机官能团将和橡胶聚合物键合，机理见图示

硅烷偶联剂是继有机硅工业中三大产品——硅油、硅橡胶、硅树脂之后的第四大部类，其在有机硅工业中的地位日趋重要，已成为现代有机硅工业，有机高分子工业，复合材料工业及相关高技术领域中不可缺少的配套化学助剂，而且是一种重要的高科技含量，高附加值的有机硅产品。

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