偶联剂教学教材.ppt

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1、课程内容一、概述二、分类三、常用偶联剂四、选用原则五、应用举例偶联剂-概述偶联剂是一类具有两性结构的物质，它们分子中的一部分基团可与无机表面的化学基团反应，形成化学键合；另一部分基团则有亲有机物的性质，可与有机分子发生化学反应或产生较强的分子间作用，从而将两种性质截然不同的材料牢固地结合起来，改善无机填料在聚合物基体中的分散状态，提高填充聚合物材料的力学性能和使用性能。偶联剂-分类偶联剂按其化学结构可分为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、锆酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、双金属偶联剂(铝-锆酸酯、铝钛复合偶联剂)、稀土偶联剂、含磷偶联剂、含硼偶联剂等。

2、在橡胶工业中最常用的是硅烷、钛酸酯和铝酸酯偶联剂。其中，硅烷偶联剂是人们研究最早、应用最早的偶联剂。钛酸酯偶联剂最早出现于20世纪70年代，它对许多干燥粉体有良好的偶联效果。化学结构式：RnSiX4-nR为非水解的、可与高分子聚合物结合的有机官能团。可为：甲基、乙烯基、氨基、环氧基、巯基、丙烯酰氧丙基等。X为可水解基团，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水解，与无机物表面有较好的反应性。可为：烷氧基、芳氧基、酰基、氯基等。其中，最常用的为甲氧基和乙氧基。硅烷偶联剂2、作用机理X基水解为羟基；羟基与无机物表面存在的羟基生成

3、氢键或脱水成醚键；R基与有机物相结合。硅烷偶联剂H2O缩合硅烷偶联剂水解条件三烷氧基硅烷与水的作用是偶联作用的基础，大部分硅烷经水解后为水溶性的，因此常用水作稀释剂配成溶液使用。溶液的pH值对其稳定有很大影响。一般来讲，酸性和碱性都能促进水解。常用的酸有盐酸、醋酸、月桂酸等。但在调节酸碱性促进水解的同时，也促进了硅醇之间的相互缩合，形成没有活性的聚合物。分子量大的缩合物不溶于水，易从溶液中析出。对于水解产物易缩合的硅烷应在使用前配置其水溶液。此外，酸碱性对硅烷上的有机官能团也有影响，例如在碱性条件下，环氧硅烷易开环，而甲基丙烯酰氧基硅烷在

4、碱性或酸性条件下都可能生成游离的甲基丙烯酸，使用时应注意这些不利影响。硅烷偶联剂-水解条件使用方法硅烷偶联剂的使用方法应针对应用对象不同而异，使用方法大体可分两种：预处理法和整体掺合法。预处理法：大致可分为干式法、湿式法和喷布法，但无论哪种方法都是将硅烷偶联剂均匀地包覆在填料的表面。硅烷偶联剂硅烷偶联剂-应用硅烷偶联剂可用于许多无机填料，其中在含硅酸成分多的玻璃纤维、石英粉及白碳黑中效果最好，在陶土和水合氧化铝中次之，对不含游离水的碳酸钙效果欠佳。硅烷偶联剂的有机基对聚合物的反应有选择性，例如氨基可与环氧树脂、酚醛树脂、尼龙、乙烯基聚合物

5、或一些热固性弹性体反应，但一般硅烷偶联剂上的有机基与聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS树脂等聚合物缺乏足够的反应性，在这些体系中偶联效果差。常见偶联剂-KH550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)溶解性：可溶于有机溶剂，但丙酮、四氯化碳不适宜作释剂；可溶于水。在水中水解，呈碱性。主要应用于矿物填充的酚醛、聚酯、环氧、聚酰胺、碳酸酯等热塑性和热固体树脂，能大幅度提高增强塑料的干湿态抗弯强度、抗压强度、剪切强度等物理力学性能和湿态电气性能，并改善填料在聚合物中的润湿性和分散性。A-151(乙烯基三乙氧基硅烷)溶解性：可溶于有机溶剂，但丙酮、四氯化碳不适

6、宜作释剂；可溶于水。在水中水解，呈碱性。主要用于聚乙烯交联；不饱和聚酯、聚乙烯、聚丙烯树脂等玻璃纤维增强塑料的玻纤表面处理；合成特种涂料；粘接剂；电子元器件的表面防潮处理；无机含硅填料的表面处理等；也用于复合玻璃中间层的表面处理。KH560(γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷)溶解性：溶于水，同时发生水解反应，水解反应放出甲醇。溶于醇、丙酮和在5%以下的正常使用水平溶于大多数脂肪族酯。KH-560是一种含环氧基的偶联剂，用于多硫化物和聚氨酯的嵌缝胶和密封胶，用于环氧树脂的胶粘剂、填充型或增强型热固性树脂、玻璃纤维胶粘剂和用于无机物填充或玻璃

7、增强的热塑料性树脂等。钛酸酯偶联剂R基可与无机填料表面的羟基反应，形成偶联剂的单分子层，从而起化学偶联作用。-O-基能发生各种类型的酯基转化反应，由此可使钛酸酯偶联剂与聚合物及填料产生交联，同时还可与EP中的羟基发生酯化反应。X与钛氧键连接的原子团，或称黏结基团，决定着钛酸酯偶联剂的特性。可为：烷氧基、羧基、硫酰氧基、磷氧基、亚磷酰氧基、焦磷酰氧基等。R’是钛酸酯偶联剂分子中的长链部分，主要是保证与聚合物分子的缠结作用和混溶性，提高材料的冲击强度，降低填料的表面能，使体系的黏度显著降低，并具有良好的润滑性和流变性能。Y是钛酸酯偶联剂进行交

8、联的官能团，有不饱和双键基团、氨基、羟基等。钛酸酯偶联剂钛酸酯偶联剂-单烷氧基钛酸酯单烷氧基可与填料表面上的羟基氢原子反应，形成化学键合。另外三个有机长链可与聚合物分子发生缠绕，这样就将聚合物