一、選擇硅烷偶聯(lián)劑的一般原則

已知硅烷偶聯(lián)劑的水解速率取自硅能量基團(tuán)Si-X，而與有機(jī)聚合物的反應(yīng)性取自碳官能團(tuán)C-Y。因此，對于不同的基材或加工對象，選擇合適的硅烷偶聯(lián)劑非常重要。選擇的方法主要是通過實(shí)驗(yàn)，預(yù)選，應(yīng)在現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)或法律的基礎(chǔ)上進(jìn)行。例如，通常，不飽和聚酯通常使用含CH2 = CMeCOOVi和CH2-CHOCH2O的硅烷偶聯(lián)劑：環(huán)氧樹脂主要使用CH2CHCH2O和H2N硅烷偶聯(lián)劑：酚醛樹脂主要使用H2N和H2NCONH硅烷偶聯(lián)劑：乙烯基硅烷主要用于聚烯烴：烴基硅烷主要用于硫化硫的橡膠。由于異種材料之間的結(jié)合強(qiáng)度受潤濕，表面能，界面層和極性吸附，酸和堿作用，互穿網(wǎng)絡(luò)和共價(jià)鍵反應(yīng)等一系列因素的影響。因此，有時(shí)依靠測試預(yù)選不夠準(zhǔn)確，并且有必要綜合考慮材料的組成及其對硅烷偶聯(lián)劑反應(yīng)的敏感性。為了提高水解穩(wěn)定性并降低改性成本，可以將硅烷偶聯(lián)劑與三烴基硅烷混合使用。對于難粘的材料，也可以共享通過硅烷偶聯(lián)劑交聯(lián)的聚合物。

當(dāng)使用硅烷偶聯(lián)劑作為增粘劑時(shí)，主要是通過與聚合物形成化學(xué)鍵和氫鍵來實(shí)現(xiàn)的。潤濕和表面能效應(yīng)：改善聚合物的結(jié)晶度，酸堿反應(yīng)以及互穿的聚合物網(wǎng)絡(luò)的形成。的。增粘主要圍繞三個(gè)系統(tǒng)：（1）無機(jī)材料與有機(jī)材料； （2）無機(jī)材料與無機(jī)材料的比較； （3）有機(jī)材料與有機(jī)材料的比較。對于頭一種鍵合，通常需要將無機(jī)材料鍵合到聚合物上，因此應(yīng)優(yōu)先考慮Y在硅烷偶聯(lián)劑中的反應(yīng)性和聚合物中所含的官能團(tuán)：后兩者是因此，硅烷偶聯(lián)劑本身的抗親水性聚合物和當(dāng)無機(jī)材料需要粘度時(shí)選擇的硅烷偶聯(lián)劑。

二、使用方法

如上所述，硅烷偶聯(lián)劑的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一是對有機(jī)聚合物中使用的無機(jī)填料的處理。后者可以用硅烷偶聯(lián)劑處理，將其親水性表面轉(zhuǎn)變?yōu)橛H有機(jī)表面，這可以防止顆粒聚集和系統(tǒng)中急劇的聚合物增稠，還可以改善有機(jī)聚合物對增強(qiáng)填料的潤濕性。碳官能硅烷還可以使補(bǔ)強(qiáng)填料與聚合物牢固結(jié)合。但是，硅烷偶聯(lián)劑的效果還與硅烷偶聯(lián)劑的種類和量，基材的特性，樹脂或聚合物的性質(zhì)以及應(yīng)用場合，方法和條件有關(guān)。本節(jié)要點(diǎn)介紹使用硅烷偶聯(lián)劑的兩種方法，即表面處理方法和整體共混方法。前一種方法是用硅烷偶聯(lián)劑的稀溶液處理基材的表面。后一種方法是將硅烷偶聯(lián)劑的原料或溶液直接添加到聚合物和填料的混合物中，因此它特別適用于需要攪拌和混合的材料體系。

1、硅烷偶聯(lián)劑用量的計(jì)算

加工對象（矩陣）的單位比表面積的反應(yīng)點(diǎn)數(shù)和硅烷偶聯(lián)劑覆蓋的表面厚度是決定基材表面硅化所需偶聯(lián)劑數(shù)量的關(guān)鍵因素。為了獲得單分子層的覆蓋率，首先需要確定襯底的SiOH含量。眾所周知，大多數(shù)硅質(zhì)基材的SiOH含量為4-12 / m2，因此，如果均勻分布，則1摩爾的硅烷偶聯(lián)劑可以覆蓋約7500m2的基材。對于具有多個(gè)可水解基團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑，由于自縮合反應(yīng)的緣故，計(jì)算精度會(huì)受到一定程度的影響。如果使用Y3SiX處理基板，則可以獲得與計(jì)算值一致的單層覆蓋率。但是，由于Y 3 SiX價(jià)格昂貴并且覆蓋物的耐水解性差，因此沒有實(shí)用價(jià)值。另外，基板表面上的Si-OH的數(shù)量也隨加熱條件而變化。例如，在正常條件下，SiOH的數(shù)量為5.3 /㎡硅基板，在400或800的溫度下進(jìn)行熱處理后，SiOH值可降低至2.6 /㎡或1 /㎡。相反，如果用濕熱鹽酸處理襯底，則可以得到高的SiOH含量。如果用堿性清潔劑處理基材表面，則會(huì)形成硅烷醇陰離子。

2、表面處理方法

該方法使用硅烷偶聯(lián)劑連接無機(jī)物和聚合物的兩個(gè)界面，以獲得好的潤濕值和分散性。表面處理方法需要將硅烷偶聯(lián)劑酸化為稀溶液，以促進(jìn)與已處理表面的完全接觸。所使用的溶劑主要是水，醇或水與醇的混合物，并且優(yōu)選不含氟離子的水以及廉價(jià)且無毒的乙醇和異丙醇。除氨基烴基硅烷外，由其他硅烷制備的所有溶液均需添加乙酸作為水解催化劑，并將pH值調(diào)節(jié)至3.5-5.5。長鏈烷基和苯基硅烷由于其差的穩(wěn)定性而不適用于水溶液。氯硅烷和乙酰氧基硅烷的水解過程將伴隨嚴(yán)重的縮合反應(yīng)。它也不適合用于水溶液或水醇溶液中。對于水溶性差的硅烷偶聯(lián)劑，可先加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1％-0.2％的非離子型表面活性劑，然后將水加工成水乳液使用。為了提高產(chǎn)物的水解穩(wěn)定性的經(jīng)濟(jì)利益，也可以將一定比例的非碳官能的硅烷混入硅烷偶聯(lián)劑中。當(dāng)處理難以粘附的材料時(shí)，可以使用混合的硅烷偶聯(lián)劑或碳官能的硅氧烷。

制備處理液后，可以通過浸涂，噴涂或刷涂進(jìn)行處理。一般而言，散裝物料，粒狀物料和玻璃纖維大多通過浸漬處理。粉末材料大多通過噴涂處理；如果基材表面需要整體涂層，則可以通過刷涂進(jìn)行處理。下面介紹幾種特定的治療方法。

 （1）用硅烷偶聯(lián)劑和酒精水溶液處理

此方法的過程很簡單。首先，使用95％的EtOH和5％的H2O制備醇水溶液，并添加AcOH使pH值為4.5-5.5。在攪拌下，加入硅偶聯(lián)劑使?jié)舛冗_(dá)到2％。水解5分鐘后，將形成含SiOH的水解產(chǎn)物。用于處理玻璃板時(shí)，可在輕微攪拌下浸入1-2分鐘，取出并浸入EtOH中沖洗2次，干燥后移至110烤箱中干燥5-10分鐘，或在室溫和相對濕度60％的條件下干燥24h，以得到產(chǎn)品。如果使用氨基烴基硅烷偶聯(lián)劑，則不需要HOAc。然而，該醇溶液處理方法不適用于將在醇溶液中發(fā)生聚合的氯硅烷偶聯(lián)劑。當(dāng)用濃度為2％的三官能硅烷偶聯(lián)劑溶液處理時(shí)，所得涂層大部分為3-8分子厚。

 （2）用硅烷偶聯(lián)劑水溶液處理

該方法主要用于玻璃纖維的工業(yè)加工中。具體過程是先將烷氧基硅烷偶聯(lián)劑溶解在水中，然后制成0.5％-2.0％的溶液。對于難溶性硅烷，可將0.1％的非離子型表面活性劑添加至水中以制備水乳液，然后添加AcOH以將pH值調(diào)節(jié)至5.5。然后，通過噴涂或浸漬對玻璃纖維進(jìn)行處理。取出后，在110-120的溫度下固化20-30min，以獲得產(chǎn)品。由于硅烷偶聯(lián)劑水溶液的穩(wěn)定性變化很大，例如，簡單的烷基烷氧基硅烷水溶液只能穩(wěn)定幾個(gè)小時(shí)，而氨硅烷水溶液可以穩(wěn)定幾個(gè)星期。由于長鏈烷基和芳基硅烷水溶液只能穩(wěn)定幾個(gè)小時(shí)，因此氨化硅水溶液可以穩(wěn)定幾個(gè)星期。由于長鏈烷基和甲硅烷基硅烷的溶解度參數(shù)低，因此無法使用此方法。當(dāng)制備硅烷水溶液時(shí)，不需要使用去離子水，但是不能使用包含氟離子的水。

（3）用硅烷偶聯(lián)劑有機(jī)溶劑進(jìn)行固溶處理

當(dāng)用硅烷偶聯(lián)劑溶液處理基材時(shí)，通常使用噴涂法。處理之前，您需要了解硅烷的量和填料的水含量。首先將偶聯(lián)劑配制成25％的乙醇溶液，然后將填料放入高速混合器中，然后在攪拌下將硅烷偶聯(lián)劑溶液泵入細(xì)霧中。硅烷偶聯(lián)劑的量約為填料重量的0.2％-1.5％，處理可在20min后結(jié)束，然后通過動(dòng)態(tài)干燥法進(jìn)行干燥。

除醇外，酮酯和烴類也可用作溶劑，并配制成1％-5％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的濃度。為了水解硅烷偶聯(lián)劑或部分水解溶劑，需要添加少量的水，或者甚至少量的HOAc作為水解催化劑，然后在攪拌下將待處理的材料添加至溶液中。 ，然后對其進(jìn)行過濾。在120℃下干燥并固化幾分鐘后，可獲得產(chǎn)物。

噴霧法用于處理粉末填料，并且也可以使用硅烷偶聯(lián)劑原液或其水解液。處理金屬，玻璃和陶瓷時(shí)，建議使用濃度為0.5％-2.0％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的硅烷偶聯(lián)劑醇溶液，并使用浸漬，噴涂和刷涂等方法。根據(jù)基材的形狀和性能，可以立即干燥固化，也可以在80-180的溫度下保持1-5分鐘以實(shí)現(xiàn)干燥固化。

（4）用硅烷偶聯(lián)劑水解產(chǎn)物處理

即，首先通過控制水解以產(chǎn)生水解產(chǎn)物來將硅烷用作表面處理劑。與純硅烷溶液相比，該方法可獲得更好的處理效果，無需進(jìn)一步水解即可干燥和固化。

3、整體混合方法

整體混合方法是在添加填料之前將硅烷偶聯(lián)劑原液混合到樹脂或聚合物中。因此，要求樹脂或聚合物不與硅烷偶聯(lián)劑過早反應(yīng)，以免降低其增粘效果。另外，在材料固化之前，硅烷偶聯(lián)劑需要從聚合物遷移到填料表面，然后完成水解和縮合反應(yīng)。因此，可以添加羧酸金屬鹽作為催化劑以加速水解和縮合反應(yīng)。對于適合用硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理的填料，或者在模塑前需要將樹脂和填料混合并攪拌的體系，此方法特別方便且有效，它還可以克服一些填料表面處理的缺點(diǎn)。有人使用各種樹脂來比較共混方法和表面處理方法的優(yōu)缺點(diǎn)。認(rèn)為：在大多數(shù)情況下，混合方法的效果不如表面處理方法?；旌戏椒ǖ淖饔眠^程是硅烷偶聯(lián)劑從樹脂遷移到纖維或填料的表面，然后與填料的表面相互作用。因此，將硅烷偶聯(lián)劑摻入樹脂后，需要放置一段時(shí)間以完成遷移過程，然后進(jìn)行固化以獲得更好的結(jié)果。從理論上也可以推測，硅烷偶聯(lián)劑分子向填料表面的遷移僅等于在填料表面上形成的單分子層的量，因此硅烷偶聯(lián)劑的量僅需為0.5％-樹脂質(zhì)量的1.0％。還應(yīng)指出，在復(fù)合材料的配方中，當(dāng)使用與填料表面相容性好且摩爾質(zhì)量低的添加劑時(shí)，需要特別注意進(jìn)料順序，即首先加入硅烷偶聯(lián)劑，然后添加添加劑以獲得更好的良好效果。