硅烷偶联剂是以下式所表示的一类有机硅化合物,其特点是分子中具有2种以上不同的反应基团。
通式:Y—R—Si—X3
R:烷基或芳基;
X:甲氧基、乙氧基、氯基等;
Y:有机反应基(乙烯基、环氧基、氨基、巯基等)。
X所表示的水解性基团能与有机材料化学结合,故硅烷偶联剂在无机材料和有机材料的界面起着桥梁作用,因而被广泛用于复合材料的改性。目前,国内外硅烷偶联剂品种繁多。
人们对其作用机理已进行了相当多的研究,提出了各种理论,但至今无完整统一的认识。
该理论认为,硅烷中X基团能与无机材料表面的羟基起反应形成化学键,Y基团能与树脂起反应形成化学键。这两种化学性质差别很大的材料以化学键“偶联”起来,获得良好的联接,这也是这类化合物被称为偶联剂的原因。化学键理论一直比较广泛被用来解释偶联剂的作用,特别是如何选择偶联剂有一定的实际意义。
在复合材料的制造中,液态树脂与被粘物的良好浸润是头等重要的。如果能获得完全全的浸润,那么树脂对高能表面的物理吸的粘接强度将远高于有机树脂内聚强度。用合适的硅烷偶联剂处理玻璃纤维(或其它无机材料)表面,会提高其表面张力,从而促使有机树脂能在无机物表面的浸润与展开。
无机材料上的硅烷处理剂会以某种方式改变邻近有机聚合物的形态,从而改进粘接效果。可变形层理论认为,可产生一个挠性树脂层以缓和界面应力;而约束层理论认为,硅烷可将聚合物结构“紧束”在相间区域中。
界面上的的偶联剂可能起着多种别的功能,如可能产生一种润滑作用,借以保护无机材料免遭水的应力腐蚀。此外,还有酸碱反应理论,可逆水解键理论、可逆水解机理等。
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