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UV单体硅烷偶联剂化学及其应用

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UV单体硅烷偶联剂化学及其应用

发布日期:2019-04-25 作者: 点击:

一、硅烷偶联剂化学

1.1 硅烷的结构

Y-R- Si Men X3-n

X基团越大,水解越慢,主链上的Me基团进一步减慢了水解反应。X(可水解基团)Cl、Me-O-、Et-O-、i-Pr-O-、MeO-CH2CH2-O-X

注:为可水解基团,可与含羟基无机材料反应。

Y(有机基团)1、环氧epoxide;2、甲基丙稀酰氧基methacrylate;3、巯基mercaptan (SH);4、氨基amine;5、烷基alkyl;6、异氰酸酯基isocyanate;7、乙烯基vinyl。

注:Y为有机官能团,可与高分子发生化学反应或形成氢键等,从而与高分子形成牢固的结合。

1.2 常用硅烷

1.3 硅烷的偶联和交联作用

有机(聚合物)分子之间形成化学键

1、每个已接枝的硅烷基团(-Si[OR]3)含有三个可交联点;

2、交联需要湿气并放出醇;

3、交联提高耐化学性和耐UV性;

如用于:交联聚乙烯电缆,管材;水性涂料的耐水性,耐化学品,耐擦洗。

1.4 硅烷的偶联作用

1、在有机-无机界面形成化学键接;

2、防止湿气沿着界面渗透;

3、防止界面破坏;

4、将强度由填料传递到树脂;

5、提高填料的分散性或降低材料的粘度。

1.5 硅烷的水解反应

所有硅烷都对湿气敏感。

通常X=甲氧基、乙氧基、异丙氧基等。

X=Cl迅速水解,但很少用因水解的产物 (HCl) 有腐蚀性。

影响硅烷水解和缩聚反应的因素

1、硅烷在水中的浓度;

2、硅烷水溶液的pH值;

3、催化剂;

4、硅烷的水溶解性;

5、空间位阻和极性因素

A-187 和其三醇的水解和缩聚反应速度

1.6 硅烷的水解反应原理

1、特种的酸和一般的碱可催化水解反应;

2、水解反应在pH 7时最慢;

3、在pH小于4或大于7时,可促进低聚物的形成;

4、Y吸电子基团可加速水解反应如氨基硅烷;

5、与水不混溶的硅烷水基慢如;

6、硅链上的大基团会减慢水解反应;

7、醇类溶剂减慢水解反应;

8、硅烷三醇不稳定,容易进一步缩聚。

1.7 硅烷水解的催化剂

任何酸或碱可催化水解反应:

1、天然酸:如盐酸、硫酸和磷酸;

2、氢氧化物和醇盐:如苛性苏打;

3、锡IV和锡II复合物:如二月桂酸二丁锡;

4、钛酸酯:如四-异丙氧基钛酸酯;

5、锆盐:如乙氧锆;

6、磷复合物:如磷酸盐和亚磷酸盐的水解产物;

7、胺:如三丁基胺和咪唑啉。

1.8 硅烷有机基团的主要化学反应

①烯基硅烷偶联剂

CH2=CH-SiX3

CH2=CH-(CH2)n-SiX3

a.聚合与共聚反应

b.加成反应

②含氨基的硅烷偶联剂

H2N-C3H6Si(OR)3

a.加成反应

b.与羧酸衍生物反应

③含环氧的硅烷偶联剂

a.与氨基加成反应

b.环氧基团与羧基反应

c.与羟基在强碱或双金属催化加成反应

④含巯基的硅烷偶联剂

a.与含不饱和基团的有机物加成反应

第二章、硅烷应用

2.1 硅烷偶联剂的功能

1、是可用作基体间的弹性桥联剂,即改善两种不同化学性能材料之间的粘接性,达到提高制品的机械、电绝缘、抗老化及憎水等综合性能的目的;

2、是可用作材料表面改性剂,赋予防水、防静电、防霉、防臭、抗血凝及生理惰性等性能;

3、是用作非交联聚合物体系的交联固化剂,使其实现常温常压固化。

2.2 硅烷在涂料中的应用

a.增强附着力 

1、在有机聚合物与无机氧化物之间增加附着力;

2、在难附着的有机底材上增强附着力。

b.交联剂(提高耐水性) 

1、可反应性聚合物;

2、具有潮气固化反应的特点。

2.3 硅烷在橡胶中的应用

硅烷偶联剂主要用在白炭黑中,与白炭黑和橡胶起反应,主要作用是:

1、增加白炭黑与橡胶的结合力;

2、增加产品的耐磨性;

3、减小产品的滚动阻力。

硅胶-硅烷-橡胶偶联剂作用机理:

2.4 硅烷在胶黏剂中的应用

性能优点:优异的附着力、提高拉伸强度和弹性

作用原理:Y 表示乙烯基、环氧基、氨基、等有机官能团,常与胶黏剂基体树脂中的有机官能团发生反应﹔X表示氯基、甲氧基、乙氧基等,這些基团易水解成硅醇而与无机材料

(玻璃、硅石、金属等)表面的氧化物或羟基反应,生成稳定的硅氧键。因此,通過使用硅烷偶联剂“分子桥”,把兩种完全不同的材料粘结在一起。

2.5 提高填料填充聚合物性能

1、提高填料在聚合物中的分散性;

2、提高机械强度(撕裂强度, 拉伸强度, 断裂伸长率, 冲击强度);

3、降低挤出和加工过程中产生的热;

4、防止过早热分解;

5、提高湿态电气性能和湿态机械性能。

硅烷的有机官能团和树脂相匹配令性能显著提高。

2.6 硅烷的防水性

性能优点:

1、显著的憎水性能;

2、显著降低石膏、水泥等建材的吸水率;

3、良好的呼吸透气性;

4、提高建材耐碱、盐、酸的侵蚀能力

应用:瓷砖、混凝土、石材….

硅烷:YC-1004,YC-1005

2.7 硅烷与烯烃交联反应

将热塑性聚乙烯通过分子之间的化学键形成三维的分子结构,阻止材料重新熔融的过程。

作用:

1、提高长期使用温度;

2、提高耐蠕变性;

3、提高耐溶剂性;

4、提高耐应力开裂性

应用:

1、电线电缆–用于低压和中压电力电缆的绝缘;

2、管材–水管和地板采暖管;

3、热收缩产品–电力电缆的片材;

4、薄膜-耐蠕变和收缩用途

2.8 硅烷在玻璃纤维中的应用

性能优点-提高玻璃钢的力学性能

2.9 有机硅烷对无机材料的反应性

常见硅烷偶联剂分类及型号:

氨基:A-1100, A-1102, A-1110, A-1170

双氨基:A-1120, A-2120

三氨基:A-1130

异氰酸酯:A-1310

环氧:A-186, A-187

甲基丙烯酰氧基:A-174

巯基:A-1891

聚硫:A-1289, A-1589

脲基:A-1160, A-1524

乙烯基:A-171, A-151, A-172, A-2171, RC-1

硅脂:A-137, A-162, A-1230, A-1630

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