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第二章 硅烷偶联剂对玻片表面进行改性
析仪器为手段，研究剖析了材料界面状态，对吸附，反应状态，聚合物基体的黏接，复合材料的补强及老化等过程有了进一步的了解，从而提出了化学键合和物理吸附解释。其中化学键合模型被认为是比较成功的一种解释。
2.2．2．1化学键合机理：以ViSi(OEt)3等处理玻璃纤维为例，首先是visi(0Et)3中的Si-OEt在适当条件下解形成Si-0H，后者再与玻璃纤维表面的si—oH缩合，实现玻璃纤维与硅烷的共价键结合，全过程可用下列反应式及下图表示(M表示玻璃纤维)。
ViSi(OEt)3+3H20一Visi(OH)3+3EtOH ViSi(OH)3+HO—Si—M一ViSi(OH)20SiM+H20
虽然，硅烷偶联剂以单体抑或低聚体形态与玻璃纤维反应的问题尚未定论，但有一点已经清楚，即硅烷与玻璃纤维间形成的Si一0H键愈多，则结合愈牢。硅烷偶联剂对玻璃纤维的黏结能力，随碳官能团数的增加而减弱，其顺序为Y3SiX 5 广东石油化工学院专科毕业论文：用piranha溶液净化玻片，再用硅烷偶联剂对玻片表面进行改性 E．P．P1ueddermnn认为：硅烷偶联剂参与树脂化学反应是最基本的，若同时能提高表面张力及润湿能力则效果更佳。故反应能力高而润湿能力低的偶联剂，其偶联效果往往优于反应能力低而润湿能力高的产品。 2．2．2．2物理作用理论：偶联机理中偶联剂对异种材料界面上的物理作用也不能忽视。姚钟尧提出变形层及拘束层理论。即从减轻界面应力观点解释硅烷偶联剂的作用，认为多数聚合物固化时要收缩，因而在界面上将产生附加应力。当应力集中到一定程度时即可引起黏接键断裂，使胶黏件破坏。变形层理论认为，硅烷偶联剂的作用在于拉紧界面上胶黏剂的结构，形成模量递减的拘束层，可均匀传递应力。此外，还有摩擦层理论，认为胶黏剂与被黏物的黏接是基于摩擦作用，硅烷偶联剂的作用在于提高界面间的摩擦系数，增加摩擦力。 6 第二章 硅烷偶联剂对玻片表面进行改性 2.3 硅烷偶联剂应用范围 2．3．1用作表面处理剂：主要用于玻璃纤维的表面处理，能改善玻璃纤维 和树脂的粘接性能，大大提高玻璃纤维增强复合材料的强度、电气、耐水、耐候等性能；即使在湿态。也能显著提高复合材料的机械性能。 2．3．2用于无机填料填充塑料：可预先对填料进行表面处理，也可直接 加入素质中。能改善填料在树脂中的分散性及粘接力，改善工艺性能和提高填充塑料(包括橡胶)的机械、电气和耐候性。 2.3.3用作密封剂、胶粘剂和涂料的增粘剂：能提高密封剂、粘接剂和涂 料的粘接强度、耐水性、耐高温、耐气候等性能。 2.3．4用作粘合促进剂：用于难粘材料聚烯烃(如PE，PP)和特种橡胶 (如 7 广东石油化工学院专科毕业论文：用piranha溶液净化玻片，再用硅烷偶联剂对玻片表面进行改性 硅橡胶、EPR、氟橡胶)的粘合促进剂。 2.3. 5用作纺织助剂：与有机硅乳液并用，可提高贸纺织品的服用性能，试 织物具有柔软、丰满、回弹性好、防皱挺刮、防水抗静电、耐洗、穿着舒适等优点。 2.3．6用于生化、环保方面：硅烷偶联剂是制备硅树脂固胰酶载体的重要 原料。并可使固化酶不溶于水，未失活的固相酶经过滤后还可继续使用，不仅提高了生物酶的利用率，还能避免造成污染和浪费。 2.3．7用于“假牙”成型：国内牙科中“假牙”，一般系用改性甲基丙烯酸 酯类聚合物与填料制成。为提高它们之间粘合力，以提高“假牙”的强度和刚度，在其未固化前，配方中加入KH一570硅烷偶联剂。除此之外，硅烷偶联剂还广泛用作防水剂、交联剂、金属的防腐剂、玻璃和陶瓷的保护剂、纤维和皮革的整理剂以及石油开发和运输的助剂。某些偶联剂(如一氨丙基三乙氧基硅烷、一氯丙基三乙氧基硅烷)遇明火不然，还可作为助燃剂等. 2.4 硅烷偶联剂具体应用效果 2.4. 1偶联剂在橡胶中的应用效果：对橡胶一填料相互作用的影响采用纳 米材料作为橡胶补强剂时，由于纳米粒子是在非平衡、苛刻条件下制得的，其表面原子处于高度活化状态，表面能量很大，纳米粒子之间容易凝聚成团，加之纳米粒子的表面特性及其较低的分散能，导致其与橡胶的相容性较差。为提高纳米粒子对橡胶的相容性，贾红兵等人研究了不同硅烷偶联剂对纳米白炭黑一橡胶相互作用的影响。结果表明：经偶联剂处理后，纳米白炭黑具有较低的表面能，易被橡胶大分子浸润，提高了白炭黑填料的分散程度。同时由于偶联剂在橡胶和填料之间起着桥梁作用，增强了纳米白炭黑粒子与橡胶基质的界面粘结，提高了其对橡胶基质的补强能力。 2.4. 2对橡胶硫化特性的影响：在橡胶硫化过程中加入偶联剂能改善胶料 的硫化特性，使橡胶制品的加工性能与力学性能显著提高。罗权琨等研究了硅烷偶联剂用量对硅橡胶硫化特性的影响。发现加入硅烷偶联剂的硅橡胶，其硫化动力曲线的转矩值，比未加硅烷偶联剂的空白胶料的转矩值明显降低；随着硅烷偶联剂用量的增加，硫化速度越来越慢，硫化时间越来越长，最大转矩值随之下降。贾红兵等人研究了双(一三乙氧硅丙基)四硫化物(Si一69)对炭黑补强硫化胶性能的影响。发现随着si一69用量的增加，胶料硫化时间延长，硫化速度减小。这说明Si一69抑制了硫化反应。 2.4. 3 对胶料物理机械性能的影响：何益艳等人认为，硅烷偶联剂在体 系中起着偶联和填充作用，当偶联剂用量较少时，橡胶大分子受束缚小，易滑动 8