一文了解偶联剂


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一、偶联剂到底是什么?


一句话偶联剂是连接‘有机’和‘无机’之间界面的分子桥梁。


我们都知道,无机材料(像玻璃、金属氧化物、玻纤、滑石粉)极性强、表面能高;

有机聚合物(像 PE、PP、EVA、PU、环氧树脂等)极性弱、分子链柔软疏松。这两者的本性就 “水火不容”。

这时候就需要一个 “红娘” 分子,同时能和无机相、又能和有机相发生相互作用。偶联剂的结构设计恰好就是 “两头抓”:



  • 一端能和无机表面官能团(如羟基)反应;

  • 一端能和有机分子链发生化学键合或缠绕。

所以,偶联剂不是粘接剂本身,但它能极大提升粘接剂、树脂、橡胶与无机物之间的 “握手能力”,相当于给两者 “装个界面变压器”,让它们电压对得上、语言能沟通。


二、偶联剂的分类


  • 硅烷偶联剂


硅烷偶联剂是研究得最早且应用最广的偶联剂,由美国联合碳化物公司(U.C.C.)为发展玻璃纤维增强塑料而开发,已有30多年的历史。在分子中具有两种以上不同的反应基的有机硅单体,它可以和有机材料与无机材料发生化学键合(偶联)。


它的通式可写为RSiX3,其中:R是与聚合物分子有亲和力和反应能力的活性官能团,如乙烯基氯丙基、环氧基、甲基丙烯酰基、胺基和巯基等;X为能够水解的烷氧基,如甲氧基、乙氧基等。


硅烷偶联剂用作表面处理剂,可以改善室温固化硅橡胶与金属的粘合性能;用于无机填料填充塑料时,可以改善其分散性和粘合性;用作增粘剂,在水电站工程中提高水泥与环氧树脂的粘合性;用作密封剂,具有耐水、耐高温、耐气候等性能,用于氟橡胶与金属的粘合密封。


  • 钛酸酯偶联剂


钛酸酯偶联剂最早出现于 20 世纪 70 年代。1974 年 12 月美国 Kenrich 石油化学公司报道了一类新型的偶联剂,它对许多干燥粉体有良好的偶联效果。此后加有钛酸酯偶联剂的无机物填充聚烯烃复合材料相继问世。目前钛酸酯偶联剂已成为复合材料不可缺少的原料之一。我国于80年代初期也对钛酸酯偶联剂进行了应用研究。钛酸酯偶联剂按其化学结构可分为 4 类:单烷氧基脂肪酸型、磷酸酯型、螯合型和配位体型。


在钛酸酯偶联剂的应用中,钛酸酯偶联剂用量一般为无机填料的 0.125 %~2 %。钛酸酯偶联剂与硅烷偶联剂有协同效果,但要控制各自的用量。不同类型的钛酸酯偶联剂具有不同作用,能够取长补短,达到更满意的效果,必要时也可混合使用。


  • 铝酸酯偶联剂


铝酸酯偶联剂是由福建师范大学研制的一种新型偶联剂,其结构与钛酸酯偶联剂类似,分子中存在两类活性基团,一类可与无机填料表面 作用;另一类可与树脂分子缠结,由此在无机填料与基体树脂之间产生偶联作用。


铝酸酯偶联剂在改善制品的物理性能,如提高冲击强度和热变形温度方面,可与钛酸酯偶联剂相媲美;并且其成本较低,且具有色浅 无毒、使用方便等特点,热稳定性能优于钛酸酯偶联剂。


  • 其它偶联剂


锆类偶联剂是含铝酸锆的低分子量的无机聚合物。它不仅可以促进不同物质之间的粘合,而且可以改善复合材料体系的性能,特别是流变性能。该类偶联剂既适用于多种热固性树脂,也适用于多种热塑性树脂。此外还有镁类偶联剂和锡类偶联剂。


三、如何选用偶联剂



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