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硅烷交联剂
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硅烷偶联剂在涂料中的应用性能分析

2020-09-21 19:18:12

硅烷偶联剂由美国联合碳化合物公司和道康宁公司于1940年代头次开发。起初用作玻璃纤维增强塑料中玻璃纤维的表面处理剂。随后,由于硅烷偶联剂的独特性能和显着的改性效果,以及新产品的不断问世,其应用领域得到了扩展。然后它已被广泛用于橡胶,塑料,填充复合材料,环氧包装材料,弹性体,涂料,胶粘剂和密封剂中。

硅烷偶联剂的主要应用领域之一是有机聚合物中使用的无机填料的处理。后者可以用硅烷偶联剂处理,将其亲水性表面转变为亲有机表面,这可以防止颗粒聚集和系统中急剧的聚合物增稠,还可以改善有机聚合物对增强填料的润湿性。碳官能硅烷还可以使补强填料与聚合物牢固结合。

硅烷偶联剂的使用主要包括表面预处理方法和直接添加方法。前者是用稀释的偶联剂处理填料的表面,而后者是在树脂和填料预混合时加入偶联剂的原始溶液。

硅烷偶联剂被制备为溶液,这有利于硅烷偶联剂在材料表面上的分散。溶剂是由水和酒精制备的溶液。溶液通常是硅烷(20%),醇(72%)和水(8%)。醇通常是乙醇(对乙氧基硅烷),甲醇(对甲氧基硅烷)和异丙醇(对于不易溶于乙醇的硅烷)和甲醇);硅烷的水解速率与pH值有关,中性较慢。部分酸和部分碱都很快,因此通常需要调节溶液的pH值。除氨基硅烷外,还可以向其他硅烷中加入少量乙酸以将pH值调整为4-5。由于氨基硅烷是碱性的,因此无需进行调整。由于硅烷在水解后不能长时间保存,因此尽量在一小时内制备并使用。

巯丙基三乙氧基硅烷分子式

硅烷偶联剂溶液也广泛用于涂料行业。当涂料中包含少量硅烷偶联溶剂时,涂布后,硅烷会迁移到涂料与基材之间的界面,与无机表面的水分反应,水解形成硅烷醇基,然后形成氢键与底物表面的羟基键合或缩合成-Si-M(M为无机表面),而硅烷分子之间的硅烷醇基团缩合并低聚形成覆盖底物表面的网络结构膜。

即使在水浸条件下,硅烷偶联剂改性的涂料也可以很好地粘附在各种无机基材的表面上。在涂料基料和基材之间的边界层中,硅烷与涂料基料相互作用形成网状结构,其中硅烷和涂料基料彼此渗透,这增强了其内聚力和抗水侵蚀的稳定性,并能够承受应力成为模量基础材料转移到低模量涂料基料上,从而显着提高了对基材的附着力。

硅烷偶联剂处理颜料或填料,使其易于被基材润湿。颜料或填料在基材中分散且稳定,以防止沉淀和团聚。在用硅烷偶联剂修饰填料表面后,涂料的粘度大大降低。即使增加颜料或填料的量,涂层的流动也不会受到影响,这可以增加涂层的产量并降低生产成本。

大多数含有硅和氢氧化铝的矿物很容易与烷氧基硅烷,二氧化硅(烟尘和沉淀物),玻璃珠,石英,沙子,滑石,云母,粘土和硅酸钙结合使用。在填充料聚合物中,可以通过硅烷偶联剂对其进行有效处理。处理其他金属氢氧化物,如氢氧化镁,氧化铁,氧化铜和氧化锡,效果良好。

随着高性能和高功能复合材料的飞速发展,对硅烷偶联剂的性能及其使用技术提出了更高的要求。例如,为了使偶联剂适应多种树脂,需要多功能硅烷。为了消除填料自身性能(酸度,碱度等)对复合材料的影响,需要能够钝化填料表面的硅烷。

如今,硅烷偶联剂的单次使用正朝着同时使用多种化合物的方向发展。此外,借助现代分析和测试方法,研究复合材料的界面特性及其改性技术可以进一步提高硅烷偶联剂的应用效果。

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