【研讨会】硅烷偶联剂用于非金属粉体表面改性应注意的问题


来源:中国粉体网   茜茜

[导读]  硅烷偶联剂是由美国联合碳化物公司开发的,主要用于玻璃纤维增强塑料。硅烷偶联剂的分子结构式一般为:Y-R-Si(OR)3(式中Y一有机官能基,SiOR一硅烷氧基)。硅烷氧基对无机物具有反应性,有机官能基对有机物具有反应性或相容性。因此,当硅烷偶联剂介于无机和有机界面之间,可形成有机基体-硅烷偶联剂-无机基体的结合层。典型的硅烷偶联剂有A151(乙烯基三乙氧基硅烷)、A171(乙烯基三甲氧基硅烷).A172(乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷)等。

中国粉体网讯  偶联剂是一种同时具有亲水性官能团和疏水性官能团的物质。根据组分和化学结构可将偶联剂分为铬络合物有机偶联剂、钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂和铝酸化合物。


硅烷偶联剂是由美国联合碳化物公司开发的,主要用于玻璃纤维增强塑料。硅烷偶联剂的分子结构式一般为:Y-R-Si(OR)3(式中Y一有机官能基,SiOR一硅烷氧基)。硅烷氧基对无机物具有反应性,有机官能基对有机物具有反应性或相容性。因此,当硅烷偶联剂介于无机和有机界面之间,可形成有机基体-硅烷偶联剂-无机基体的结合层。典型的硅烷偶联剂有A151(乙烯基三乙氧基硅烷)、A171(乙烯基三甲氧基硅烷).A172(乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷)等。


硅烷偶联剂用量大,品种多,通常以Y.R.SiX,表示其结构。其中,x是卤素或烷氧基,在水的作用下,Si.X变成Si.OH,实验无机物表面与硅烷的连接。R是长链烷烃,Y是氨基、乙烯基、甲基丙烯酰氧基、巯基、环氧基等有机官能团,易于和聚合物发生反应。硅烷偶联剂广泛应用与纳米颗粒的表面改性、玻纤和金属防腐蚀表面处理、涂料和密封剂增粘剂,可大大提升材料性能。 


合成方法


硅烷偶联剂的合成方法主要包括格氏试剂法、直接合成法、氢硅加成法、卤代烷脱HX法和醇解法。


格氏试剂法是合成硅烷偶联剂的一种重要方法,其反应方式如下图所示:


 


利用格氏试剂法可以将芳香族化合物、共轭烯烃及多氯代脂肪烃发生格式反应,合成过去很难合成的有机硅烷。


直接合成法


硅烷偶联剂的直接合成法与1941年由E.G.Rochow首先提出,是目前单体甲基氯硅烷的唯一工业化生产方法。


直接合成法以铜粉作催化剂,在加热条件下,硅粉与卤代烃直接反应生成产物,反应方程式如下图所示:


 

硅氢加成法


硅氢加成法是在催化剂作用下,烯烃与炔烃与含Si.x键的化合物反应,合成Si.C键化合物的合成方法。按其机理可以分为自由基和配位加成两种。1947年,L.H.Sommer等人发现硅烷偶联剂的自由基合成方法,Si.H在过氧化合物的作用下,与烯烃发生加成反应,得到Si.C的化合物。而应用更为广泛的配位加成反应是以钌、钯、铂等过渡金属或其化合物为催化剂,使氢硅烷与不饱和烃加成,形成Si—C键,反应方程式如下图所示:


 


卤代硅烷脱HX法


卤代硅烷在催化剂的作用下脱HX是实验室制备不饱和烃基硅烷的常用方法,反应方程式如下图所示:


 


该法制得的CH2=CHCH2SiCl3产率可达89%,CH3CH=CHSiCl3产率可达7.6%。 


醇解法


有机卤代硅烷的醇解制备有机硅烷的主要方法,该法操作简单,反应方程式如下图所示:

 

 

应用


玻纤的表面处理


为了提升树脂与玻纤的粘合性能,改善玻纤增强复合材料的强度、抗水、电气、耐候性能,有必要对玻纤进行表面改性。目前,在玻璃纤维表面改性方面用得较多的表面改性剂是硅烷偶联剂,其品种主要包括:乙烯基硅烷、氨基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷等。


无机填料表面处理


塑料、橡胶等高分子材料均需加入不同的无机填料,以满足其不同的使用性能。在实际应用中,通过对填料进行表面改性,使填料具有憎水性,可以充分发挥无机填料的功能。 

纳米粉体表面改性


纳米粉体具有粒径小、比表面积大的特点,因而具有独特的小尺寸效应、隧道效应和表面效应,从而以优良的补强性、稳定性、增稠性受到青睐,在塑料、橡胶、涂料等领域应用广泛。由于纳米粉体表面能大,易与团聚,限制了其超细效应的发挥,在有机相中难以分散和浸润,所以必须对其进行表面改性,提高其与有机分子的相容性和结和力。


用作密封剂、涂料的增粘剂


硅烷偶联剂作为一种增粘剂,广泛应用于粘结剂、密封剂和涂料等领域,能提高它们的粘结强度、耐水、耐候性能。


其它方面


硅烷偶联剂还广泛应用于金属表面处理、建筑等行业。王雪明等用KH.560对金属表面进行预处理,从而在金属表面形成硅烷膜涂层,其耐腐蚀性能与磷化处理相当甚至优于磷化处理。此技术有望逐渐代替磷化、铬酸盐钝化等常用金属表面处理工艺,从而解决金属表面处理一直存在的环保问题。

 

2020年,中国粉体网旗下平台粉体公开课举办首届粉体表面改性及包覆技术网络研讨会,受到了业内人士的诸多好评。2021年,中国粉体网平台粉体公开课再出发,于2021年7月2日,举行“2021第二届粉体表面改性及包覆技术网络研讨会”,特邀原核工业部包头助剂厂教授级高工李宝智老师,他带来的报告题目为《硅烷偶联剂用于非金属粉体表面改性应注意的问题》。报告主要介绍了硅烷偶联剂的结构、作用机理及选择的原则,对表面改性的工艺及改性设备的确定与选择。


 

专家介绍


毕业于成都理工大学,从事非金属矿物粉体表面改性及复合技术的研究工作30余年,从最初的高岭土改性、到碳酸钙粉体改性,再到现在的石英砂及硅微粉表面改性,为国内众多非矿粉体企业提供了技术保障。现兼职多家企业技术顾问。


参考资料:

卢昌利等.硅烷偶联剂的合成、发展与应用


(中国粉体网编辑整理/茜茜)

注:图片非商业用途,存在侵权请告知删除!

推荐1

作者:茜茜

总阅读量:1857199

相关新闻:
网友评论:
0条评论/0人参与 网友评论

版权与免责声明:

① 凡本网注明"来源:中国粉体网"的所有作品,版权均属于中国粉体网,未经本网授权不得转载、摘编或利用其它方式使用。已获本网授权的作品,应在授权范围内使用,并注明"来源:中国粉体网"。违者本网将追究相关法律责任。

② 本网凡注明"来源:xxx(非本网)"的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责,且不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。如其他媒体、网站或个人从本网下载使用,必须保留本网注明的"稿件来源",并自负版权等法律责任。

③ 如涉及作品内容、版权等问题,请在作品发表之日起两周内与本网联系,否则视为放弃相关权利。

粉体大数据研究
  • 即时排行
  • 周排行
  • 月度排行
图片新闻