硅烷偶联剂及其在复合材料中的应用

环氧树脂的应用于合成

第29卷第9期

2001年9月

化工新型材料

NEWCHEMICALMATERIALS

Vol129No19Sept12001

硅烷偶联剂及其在复合材料中的应用

廖　俊　陈圣云　康宇峰　张先亮

(武汉大学有机硅新材料股份有限公司,武汉430072)

摘　要　本文介绍硅烷偶联剂在以各种类型聚合物为基质的复合材料中的作用机理及应用,

并介绍了硅烷偶联剂的使用方法。

关键词　硅烷偶联剂,复合材料,应用,使用方法

Silanecouplingagentanditsapplicationinthematerials

LiaoZun　ChenShengyun　(Co.,Ltd.,430072)

Abstractmechanismbetweensilanecouplingagentandallkindsofpolymersubstratesareintro2

duced,andtheapplicationofsilanecouplingagentaredescribedinthispaper.

Keywords　silanecouplingagent,compoundingmaterials,application,methodofapplication

　　硅烷偶联剂是重要的、应用日渐广泛的处理剂

之一。它最初是作为FPR玻璃纤维的处理剂而开发的[1]。其后,随着新化合物的研制,逐渐在各个领域获得应用。现在,硅烷偶联剂基本上适用于所有无机材料和有机材料的连接表面[2]。本文主要介绍硅烷偶联剂及其在复合材料中的应用。

联剂品种繁多,常用的见表1所列。

2　在复合材料中的作用机理

人们对其作用机理已进行了相当多的研究,提出了各种理论,但至今尚无完整统一的认识[3]。211　化学键理论

该理论认为,硅烷中X基团能与无机材料表面的羟基起化学反应形成化学键,Y基团能与树脂起反应形成化学键。这两种性质差别很大的材料以化学键“偶联”起来,获得良好的粘接,这也是这类化合物被称为偶联剂的原因。

化学键理论一直比较广泛被用来解释偶联剂的作用,特别是如何选择偶联剂有一定的实际意义。212　浸润效应和表面能效应在复合材料的制造中,液态树指与被粘物的良好浸润是头等重要的。如果能获得完全的浸润,那么树脂对高能表面的物理吸附的粘接强度将远高于

1　硅烷偶联剂

硅烷偶联剂是下式所表示的一类有机硅化合物,其特点是分子中具有2种以上不同的反应基团。

通式:Y-R-Si-X3

R:烷基或芳基;X:甲氧基、乙氧基、氯等;Y:

有机反应基(乙烯基、环氧基、氨基、巯基等)。

X所表示的水解性基团能与无机材料(玻璃、硅石、金属及其氧化物、粘土等)结合,Y所表示

的反应基团能与有机材料化学结合,故硅烷偶联剂在无机材料和有机材料的界面起着桥梁作用,因而被广泛用于复合材料的改性。目前,国内外硅烷偶

作者简介:廖俊,男,1971年生,武汉大学有机化学学士、工商管理硕士,工程师。现任股份公司总经理

,教育部有机硅化合物及材料工

程研究中心副主任,先后发表化学和管理方面的论文20余篇。

环氧树脂的应用于合成

第9期廖俊等:硅烷偶联剂及其在复合材料中的应用

表1　常用硅烷偶联剂

牌　号

化学名称

乙烯基三乙氧基硅烷γ-氯丙基三乙氧基硅烷

双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物苯氨基甲基三乙氧基硅烷γ-氨丙基三乙氧基硅烷

β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷N-(

β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷N-(

γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷γ-巯丙基三甲氧基硅烷苯基三乙氧基硅烷

CH2=Cl

(CH3)3

27　

分　子　式

Si(OC2H5)3

Si(OC2H5)3

WD-20(A-151)WD-30(A-143)

WD-40(Si-69、KH-845-4)WD-42

WD-50(KH-550、A-1110,KBM-903)WD-51(A-1120、KBM-603)WD-53(KBM-602)

WD-60(KH-560、A-187、KBM-403)

[(C2H5O)3Si(CH2)3]2S4

θ

CH2Si(OC2H5)3

NH2(CH2)3Si(OC2H5)3

NH2CH2CH2NH(CH2)3Si(OC2H5)3

[NH2(CH2CH2NH(CH2)3]CH3Si(OCH3)22

CH2=O

(CH2)3Si(OCH3)3

Si(OCH3)3

2

(CH2)3Si(OCH3)3

WD-70(KH-570、A-175、KBM-503)WD-80(KH-580、A-189、KBM-803)A-153

(CH2)θ

(2H5)3

注:WD,,A,K为信越牌号。

纤维(),会提高其表面张力,从而促使有机树脂在无机物表面的浸润与展开。213　形态理论

对于大多数通用聚酯来说,常选用含甲基丙烯

酸酯的硅烷偶联剂(如WD-70)。在典型的含填料聚酯浇铸件中,采用各种填料和甲基丙烯酰氧基官能团硅烷可使其性能获得不同程度的改进[5]。

表2　玻璃纤维增强的聚酯复合材料

玻璃纤维上的偶联剂官能团牌号无-乙烯基硅烷WD-20

甲基丙烯酸酯硅烷WD-70

复合材料的弯曲强度/MPa干水中煮沸2h后

386462620

234414586

无机材料上的硅烷处理剂会以某种方式改变邻近有机聚合物的形态,从而改进粘接效果。可变形层理论认为,可产生一个挠性树脂层以缓和界面应力;而约束层理论认为,硅烷可将聚合物结构“紧束”在相间区域中。214　其他理论

3系用12层×015%偶联剂水溶液处理的玻纤制的聚酯层压板。

界面上的偶联剂可能起着多种别的功能,如可能产生一种润滑作用,借以保护无机材料在制造过程中避免受到磨损;还可能保护无机材料表面免遭水的应力腐蚀。此外,还有酸-碱反应理论、可逆水解键机理等。

31112　环氧树脂

3　在复合材料中的应用

311　热固性树脂

无机填料以及无机增强材料与热固性树脂一起制成复合材料的应用最广,硅烷偶联剂在这方面的应用也是最早并最为成熟。31111　不饱和聚酯

在聚酯层压板中的玻璃纤维 …… 此处隐藏：2451字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……