中國粉體網(wǎng)訊  偶聯(lián)劑是一種同時具有親水性官能團和疏水性官能團的物質(zhì)。根據(jù)組分和化學(xué)結(jié)構(gòu)可將偶聯(lián)劑分為鉻絡(luò)合物有機偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、硅烷偶聯(lián)劑和鋁酸化合物。

硅烷偶聯(lián)劑是由美國聯(lián)合碳化物公司開發(fā)的，主要用于玻璃纖維增強塑料。硅烷偶聯(lián)劑的分子結(jié)構(gòu)式一般為：Y-R-Si(OR)3(式中Y一有機官能基，SiOR一硅烷氧基)。硅烷氧基對無機物具有反應(yīng)性，有機官能基對有機物具有反應(yīng)性或相容性。因此,當硅烷偶聯(lián)劑介于無機和有機界面之間，可形成有機基體-硅烷偶聯(lián)劑-無機基體的結(jié)合層。典型的硅烷偶聯(lián)劑有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。

硅烷偶聯(lián)劑用量大，品種多，通常以Y．R．SiX，表示其結(jié)構(gòu)。其中，x是鹵素或烷氧基，在水的作用下，Si．X變成Si．OH，實驗無機物表面與硅烷的連接。R是長鏈烷烴，Y是氨基、乙烯基、甲基丙烯酰氧基、巰基、環(huán)氧基等有機官能團，易于和聚合物發(fā)生反應(yīng)。硅烷偶聯(lián)劑廣泛應(yīng)用與納米顆粒的表面改性、玻纖和金屬防腐蝕表面處理、涂料和密封劑增粘劑，可大大提升材料性能。 

合成方法

硅烷偶聯(lián)劑的合成方法主要包括格氏試劑法、直接合成法、氫硅加成法、鹵代烷脫HX法和醇解法。

格氏試劑法是合成硅烷偶聯(lián)劑的一種重要方法，其反應(yīng)方式如下圖所示：

利用格氏試劑法可以將芳香族化合物、共軛烯烴及多氯代脂肪烴發(fā)生格式反應(yīng)，合成過去很難合成的有機硅烷。

直接合成法

硅烷偶聯(lián)劑的直接合成法與1941年由E．G．Rochow首先提出，是目前單體甲基氯硅烷的唯一工業(yè)化生產(chǎn)方法。

直接合成法以銅粉作催化劑，在加熱條件下，硅粉與鹵代烴直接反應(yīng)生成產(chǎn)物，反應(yīng)方程式如下圖所示：

硅氫加成法

硅氫加成法是在催化劑作用下，烯烴與炔烴與含Si．x鍵的化合物反應(yīng)，合成Si．C鍵化合物的合成方法。按其機理可以分為自由基和配位加成兩種。1947年，L．H．Sommer等人發(fā)現(xiàn)硅烷偶聯(lián)劑的自由基合成方法，Si．H在過氧化合物的作用下，與烯烴發(fā)生加成反應(yīng)，得到Si．C的化合物。而應(yīng)用更為廣泛的配位加成反應(yīng)是以釕、鈀、鉑等過渡金屬或其化合物為催化劑，使氫硅烷與不飽和烴加成，形成Si—C鍵，反應(yīng)方程式如下圖所示：

鹵代硅烷脫HX法

鹵代硅烷在催化劑的作用下脫HX是實驗室制備不飽和烴基硅烷的常用方法，反應(yīng)方程式如下圖所示：

該法制得的CH₂=CHCH₂SiCl₃產(chǎn)率可達89％，CH₃CH=CHSiCl₃產(chǎn)率可達7.6％。 

醇解法

有機鹵代硅烷的醇解制備有機硅烷的主要方法，該法操作簡單，反應(yīng)方程式如下圖所示：

應(yīng)用

玻纖的表面處理

為了提升樹脂與玻纖的粘合性能，改善玻纖增強復(fù)合材料的強度、抗水、電氣、耐候性能，有必要對玻纖進行表面改性。目前，在玻璃纖維表面改性方面用得較多的表面改性劑是硅烷偶聯(lián)劑，其品種主要包括：乙烯基硅烷、氨基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷等。

無機填料表面處理

塑料、橡膠等高分子材料均需加入不同的無機填料，以滿足其不同的使用性能。在實際應(yīng)用中，通過對填料進行表面改性，使填料具有憎水性，可以充分發(fā)揮無機填料的功能。 

納米粉體表面改性

納米粉體具有粒徑小、比表面積大的特點，因而具有獨特的小尺寸效應(yīng)、隧道效應(yīng)和表面效應(yīng)，從而以優(yōu)良的補強性、穩(wěn)定性、增稠性受到青睞，在塑料、橡膠、涂料等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。由于納米粉體表面能大，易與團聚，限制了其超細效應(yīng)的發(fā)揮，在有機相中難以分散和浸潤，所以必須對其進行表面改性，提高其與有機分子的相容性和結(jié)和力。

用作密封劑、涂料的增粘劑

硅烷偶聯(lián)劑作為一種增粘劑，廣泛應(yīng)用于粘結(jié)劑、密封劑和涂料等領(lǐng)域，能提高它們的粘結(jié)強度、耐水、耐候性能。

其它方面

硅烷偶聯(lián)劑還廣泛應(yīng)用于金屬表面處理、建筑等行業(yè)。王雪明等用KH.560對金屬表面進行預(yù)處理，從而在金屬表面形成硅烷膜涂層，其耐腐蝕性能與磷化處理相當甚至優(yōu)于磷化處理。此技術(shù)有望逐漸代替磷化、鉻酸鹽鈍化等常用金屬表面處理工藝，從而解決金屬表面處理一直存在的環(huán)保問題。

2020年，中國粉體網(wǎng)旗下平臺粉體公開課舉辦首屆粉體表面改性及包覆技術(shù)網(wǎng)絡(luò)研討會，受到了業(yè)內(nèi)人士的諸多好評。2021年，中國粉體網(wǎng)平臺粉體公開課再出發(fā)，于2021年7月2日，舉行“2021第二屆粉體表面改性及包覆技術(shù)網(wǎng)絡(luò)研討會”，特邀原核工業(yè)部包頭助劑廠教授級高工李寶智老師，他帶來的報告題目為《硅烷偶聯(lián)劑用于非金屬粉體表面改性應(yīng)注意的問題》。報告主要介紹了硅烷偶聯(lián)劑的結(jié)構(gòu)、作用機理及選擇的原則，對表面改性的工藝及改性設(shè)備的確定與選擇。

專家介紹

畢業(yè)于成都理工大學(xué),從事非金屬礦物粉體表面改性及復(fù)合技術(shù)的研究工作30余年，從最初的高嶺土改性、到碳酸鈣粉體改性，再到現(xiàn)在的石英砂及硅微粉表面改性，為國內(nèi)眾多非礦粉體企業(yè)提供了技術(shù)保障。現(xiàn)兼職多家企業(yè)技術(shù)顧問。

參考資料：

盧昌利等.硅烷偶聯(lián)劑的合成、發(fā)展與應(yīng)用

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/茜茜）

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