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1、塑料科技№2(Sum1160)14PLASTICSSCI1&TECHNOLOGYApril2004文章编号:100523360(2004)20220014204硅烷偶联剂对晶须的表面处理及应用杨 宁,贵大勇,刘吉平(北京理工大学材料科学与工程学院,北京100081) 摘 要:介绍了硅烷偶联剂的种类、作用机理及应用。研究了用偶联剂处理过的晶须填充的PP和尼龙66的力学性能。关键词:硅烷偶联剂;表面处理;晶须中图分类号:TQ3301387O784 文献标识码:A钙、滑石粉、硅灰石等通用材料的偶联剂品种多
2、为钛酸前言酯、铝酸酯、锆酸酯等以单金属为中心原子的金属有机化合物。目前在各个方面应用比较广泛比较成熟的是 增强是聚合物填充体系使用无机填充材料的主要目的。然而,由于无机物与有机聚合物在分子结构和物硅烷类的偶联剂。理形态等方面存在着较大的差别,两者不能很好地结有机硅产品原分为硅油、硅橡胶和硅树脂,自美国合,直接影响复合填充材料的加工性能和应用性能。为联和碳化物公司(UCC)于本世纪中期开发出了硅烷偶此,旨在增进无机材料和有机材料之间的结合力、提高联剂(SA),由于其发展迅速,已经成为有机硅产品的[1]制品熔
3、融加工性、物理力学性和经济价值的技术研究第四大类。SA具有品种多、结构复杂、用量少且效果始终是人们普遍关注的课题。使用偶联剂对无机物进显著等特点,广泛用于表面处理,如热塑性塑料的表面行表面改性则不失为简便而有效的方法。偶联剂因其处理、填充物的表面处理、密封剂、树脂、混凝土、水交分子构成中具有两个性能截然不同的化学反应基团,联性聚乙烯、树脂封装材料、壳型造型、轮胎、涂料、胶这两个反应基团分别和有机物、无机物发生化学作用,粘剂、焊泥及其它一些领域。目前国外报道的SA牌号在界面形成一种“桥梁",使无机物和有机物能
4、够通过已有上百种,国内常用的有数十种,如:A-151、KH-“桥梁"紧密地结合在一起而得名。540P550P560P570等。硅烷偶联剂的出现可追溯到上个世纪四十年代,实验证明,硅烷偶联剂可以对各种无机材料表面进行2 偶联剂作用机理不同的有机官能团改性。目前这方面的研究依然非常 已经提出的关于硅烷试剂在无机物表面行为的理活跃,偶联剂的新品种及偶联剂的新用途还在不断开论[2]主要有化学结合理论、物理吸附理论、氢键形成理发出来。论、可逆平衡理论等。Arkies提出的理论模式被认为是最接近实际的一种理论,硅烷试
5、剂按这一机理在无机1 偶联剂分类物表面上的反应过程如图1所示;硅烷试剂首先接触 偶联剂的种类繁多,工业化的品种大致包括硅烷空气中的水份发生水解反应,进而发生脱水反应形成类、钛酸酯类、铝酸酯类、锆酸酯类、有机铬络合物及脂低聚物,这种低聚物与无机物表面的羟基形成氢键,通肪酸、酸酐化烯烃等。各类偶联剂的偶联效果与被改性过加热干燥,发生脱水反应形成部分共价键,最终结果物的组成和树脂的结构密切相关。用于活化处理碳酸是无机物表面被硅烷覆盖。从上述作用机理可以看出,收稿日期:2003208229杨 宁,等 硅烷偶联剂对
6、晶须的表面处理及应用15无机物的表面不具备羟基时,就很难发挥出相应的作官能团而表现出该聚合物的特性。用或效果。对于有机体系,大多数分子中都具有特定的表1 几种常用的硅烷偶联剂类 别商品名称性能及用途备 注可以增强衬底、填料、补强剂和氨基反应的树脂KH-540国外牌号为A-1110(美国威科)氨基硅烷类之间的粘结效果。国外对应牌号为A-1100(美国联碳)、Z有碱性,通用性强,适用于环氧、PBT、酚醛树脂、KH-550-6011(美国道康宁)、KBM-903(日本γ-氨丙基三乙氧基硅烷聚酰胺、聚碳酸酯等多种热
7、塑性和热固性树脂。信越)国外对应牌号为A-187(美国联碳)Zγ-缩水甘油醚氧丙基三KH-560-6040(美国道康宁)、KBM-403(日本通用性强,常用于玻纤、胶粘剂、密封剂、涂料中。甲氧基硅烷信越)国外对应牌号A-174(美国联碳)、KBM主要用于不饱和聚酯复合材料,可提高复合材料γ-(甲基丙烯酰氧)丙基KH-570-503(日本信越)、Z-6030(美国道康机械性能、电气性能、透光性能,特别是能大幅度三甲氧基硅烷宁)提高复合材料的湿态性能。图1 偶联剂作用机理示意图(晶须与KH-550)使用方法:①
8、混合法:就是把聚合物、填料或颜料3 偶联剂使用方法及其它助剂和偶联剂直接混合,此法比较简便,不需要增加设备和改变工艺,缺点是分散不够理想。这是因为 在选用偶联剂时还应考虑聚合物的熔点,结晶其它助剂与偶联剂有竞争反应。②预处理法:先把填料度、分子量、极性、芳香性、酯交性、共聚结构等,对于热或颜料用偶联剂进行预处理,然后再和聚合物及其它固性聚合物还要考虑其固化温度和固化机理。填充剂助剂进行加工混合。此法有许多优点,
