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硅烷偶联剂的特点及应用领域

发布日期:2020/11/9 15:31:54

硅烷偶联剂是一类在分子中同时含有两种不同化学性质基团的有机硅化合物,其经典产物可用通式YSiX3表示。式中,Y为非水解基团,X为可水解基团。由于这一特殊结构,硅烷偶联剂会在无机材料(如玻璃、金属或矿物)和有机材料(如有机聚合物、涂料或粘合剂)的界面起作用,结合或偶联两种截然不同材料。有增强有机物与无机化合物之间的亲和力作用,并可强化提高复合材料的物理化学性能,如强度、韧性、电性能、耐水、耐腐蚀性。

什么是硅烷偶联剂?

硅烷偶联剂是一类在分子中同时含有两种不同化学性质基团的有机硅化合物,其经典产物可用通式YSiX3表示。式中,Y为非水解基团,X为可水解基团。由于这一特殊结构,硅烷偶联剂会在无机材料(如玻璃、金属或矿物)和有机材料(如有机聚合物、涂料或粘合剂)的界面起作用,结合或偶联两种截然不同材料。有增强有机物与无机化合物之间的亲和力作用,并可强化提高复合材料的物理化学性能,如强度、韧性、电性能、耐水、耐腐蚀性。

使用玻璃纤维或矿物增强有机聚合物时,聚合物和无机材料之间的界面或界面相涉及许多物理和化学因素之间复杂交叉作用。这些因素和粘合力、物理强度、膨胀系数、浓度梯度和产品性能保持力相关。影响粘合的重要破坏力量就是水分迁移到无机增强的亲水表面。水分侵蚀界面,破坏了粘接。

“真正”的偶联剂在无机和有机材料的界面可以形成耐水键结。硅烷偶联剂具有独特的化学和物理性能,不但增强了结合强度,更重要的是,防止了在复合材料老化和使用过程中在界面上的键结解体。偶联剂赋予了两个相异、难以结合表面之间的稳定结合。

在复合材料中,选择合适的硅烷可以使复合材料的弯曲强度提高40%以上。硅烷偶联剂也增强了涂层和粘合剂之间的结合强度,同时增强了对湿度和其他恶性环境条件的抵抗力。

硅烷偶联剂可提供的其他优势包括:

1、更好的浸湿无机材料

2、复合时具有更低的粘度

3、更光滑的复合材料表面

4、降低无机材料对热固复合材料催化剂的抑制作用

5、更清晰透明的增强塑料

使用硅烷偶联剂的涂料有以下优点:

1、抗腐蚀性

2、改善粘合性

3、提高流变性

4、提高染料和填料的分散性

5、抗紫外线

6、防水和耐化学品

合成的人造橡胶和树脂质的涂料在亲水的硅酸盐的和金属性的表面上通常会遇到粘着问题,尤其在高潮度、水中或盐渍中,涂料的保护作用是依靠基材表面的附着力促进剂达到,无论被作为一种涂料添加剂或是底漆,硅烷偶联剂都可改善涂料性能。

应用领域

1.玻纤复合材料

使用硅烷偶联剂,玻璃纤维将获得下列益处:

1、从热极到冷极循环测试性能提高;

2、玻璃纤维的浸润性能、电学性能提高;

3、纤维原丝集束性、防护和处理性能提高。

玻璃纤维极大地增加复合材料的物理强度,甚至达到与金属匹敌的效果。所有的玻璃纤维增强材料生产商都使用经处理产品,来达到良好的产品性能,偶联剂仍是首选。硅烷偶联剂最常用于玻璃纤维复合材料的处理,且是玻璃纤维增强聚合物的关键成份。

2.电线电缆

乙烯基硅烷从二十世纪七十年代年开始用于交联聚乙烯均聚物及其共聚物,交联聚乙烯用作电线电缆绝缘材料和护套,适用于高耐温性。该技术也应用在制造热水管道材料,可以长时间的耐高温。

3.密封胶

硅烷偶联剂广泛用于改进密封胶的密封性,以及提高对无机材料如金属、玻璃和石材的粘合性。密封胶是基于有填料的可固化的弹性体,具有防水、防空气和化学品渗透的双重功能,在某些情况下也可用做粘合剂。它们在航空航天、汽车和建筑业的应用取决于它们和金属、玻璃、混凝土和其他表面形成持久键合能力,这种键合可以耐热、抗紫外线、耐潮气和水。

4.橡塑、弹性体

随着市场对制造黑色以外的多种颜色人造橡胶的需要增长,且要求其具备与含碳黑配方相类似的机械性能,硅烷偶联剂勿庸质疑地在使无机填料和有机弹性体有效结合中扮演重要角色。

硅烷偶联剂和无机填料提供下列优点:

1、抗磨损

2、复合物更有效结合

3、改善流变控制

4、减少轮胎滚动阻力

5、提高韧性

6、改善在潮湿条件下的电学性能

5.建材防水

使用硅烷偶联剂改性的憎水剂在混凝土防护中有以下作用:

1、有效减少氯离子通过混凝土毛细孔的渗透,防止内部钢筋腐蚀;

2、大大降低混凝土吸水率,防止混凝土腐蚀、风化、滋生微生物;

3、有效防止混凝土冻融破坏;

4、优异的渗透能力和透气性-可呼吸性实现混凝土内外的物质交换,防止内外压差;

5、优异的耐碱性可用于新混凝土和高碱性基材。

6.纺织化学品(有机硅整理剂)

硅烷偶联剂可用于硅油、有机硅乳液的合成,为织物提供舒适度、柔软性、爽滑性能。使用联硅有机硅改性的硅油剂有机硅整理剂具有以下优点:

1、使织物具有一种柔和美观的感觉或“手感” 具有较低的泛黄性;

2、改善撕裂强度和耐久性;

3、根据配方设计,来增强防水性(疏水性)或改善吸水性(亲水性);

4、改善弹性恢复,抗褶皱性和抗磨损性;

5、降低缩水程度;

6、改善伸缩性。

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