偶聯(lián)劑是一種能增進無機物質(zhì)與有機物質(zhì)之間粘合性能的助劑。它的分子中含有兩種性質(zhì)不同的基團，一個基團能與無機材料的表面起作用，另一個基團能與高分子材料起作用。因此，偶聯(lián)劑常被稱作“分子橋”。偶聯(lián)劑廣泛適用于塑料、橡膠、涂料、顏料、造紙等行業(yè)中。
偶聯(lián)劑的種類繁多，主要有硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、金屬復(fù)合偶聯(lián)劑、磷酸酯偶聯(lián)劑、硼酸酯偶聯(lián)劑等。目前應(yīng)用范圍最廣的是硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑和鋁酸酯偶聯(lián)劑。
1硅烷偶聯(lián)劑
硅烷偶聯(lián)劑是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的有機硅化合物。它是研究最早、應(yīng)用最早、品種最多、用量最大的偶聯(lián)劑。
1.1硅烷偶聯(lián)劑的結(jié)構(gòu)
硅烷偶聯(lián)劑的結(jié)構(gòu)通式為：Y-R-Si-X3，式中R是脂肪族碳鏈，把Y和Si連接起來，Y是和有機基體進行反應(yīng)的有機官能團，典型的有：乙烯基、甲基、丙烯?；?、環(huán)氧基、氨基等。X是可水解基團，遇水能引起分解，與無機物表面有較好的反應(yīng)性。典型的X基團有烷氧基、芳氧基、?；?、氯基等。
1.2硅烷偶聯(lián)劑的研究應(yīng)用
我國于20世紀60年代中期，首先由中國科學院化學研究所開始研制γ官能團硅烷偶聯(lián)劑，同時南京大學也開始研制α官能團硅烷偶聯(lián)劑。
張顯友等人用γ-環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-560)處理硅灰石或球形三氧化二鋁(α-Al2O3)，可使復(fù)合材料的各項性能得到提高。
盧立山等人用硅烷改性劑(Ａ-172或Ａ-151)處理阻燃填料Al(OH)3(100份填料用0.5份硅烷偶聯(lián)劑)后，使Al(OH)3在100份基礎(chǔ)聚合物中的添加量達到150份,復(fù)合材料的氧指數(shù)高達44%。
羅權(quán)焜等人研究了硅烷偶聯(lián)劑對硅橡膠硫化特性的影響。發(fā)現(xiàn)加入硅烷偶聯(lián)劑的硅橡膠，其硫化動力曲線的轉(zhuǎn)矩值減小，硫化速度降低，且硅橡膠的力學性能和粘合強度提高。
賈紅兵等人研究了偶聯(lián)劑Si-69對炭黑補強NR硫化膠性能的影響。發(fā)現(xiàn)由于Si-69的加入，使體系中的多硫鍵數(shù)量增多，從而改善了體系的交聯(lián)鍵類型和硫化膠性能。張東興等人用硅烷偶聯(lián)劑KH-570對滑石粉、空心玻璃微珠表面進行改性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，填料經(jīng)偶聯(lián)劑改性后，其填充體系的各項力學性能均有提高。
杜高翔等人用硅烷偶聯(lián)劑A-174和FR-693對超細水鎂石進行表面改性，發(fā)現(xiàn)改性可以使PP/水鎂石復(fù)合材料的懸臂梁缺口沖擊強度提高0.3KJ/m2,彎曲模量提高30%以上，并使材料的阻燃性能提高。
2鈦酸酯偶聯(lián)劑
2.1鈦酸酯偶聯(lián)劑的結(jié)構(gòu)
鈦酸酯偶聯(lián)劑按其化學結(jié)構(gòu)可分為單烷氧基型、螯合型、配位型、季銨鹽型、新烷氧型、環(huán)狀雜原子型等類型。鈦酸酯偶聯(lián)劑的分子式為：R-O-Ti-(O-X-R’-Y)n，有6個功能。①通過Ｒ基與填料表面的羥基或質(zhì)子反應(yīng)，偶聯(lián)到填料表面形成單分子層,從而起化學偶聯(lián)作用。②—Ｏ—能發(fā)生各種類型的酯基轉(zhuǎn)化反應(yīng)，從而可使鈦酸酯偶聯(lián)劑與填料和有機高分子之間產(chǎn)生交聯(lián)。③Ｘ是與鈦氧鍵連接的原子團，決定著鈦酸酯偶聯(lián)劑的特性。如烷氧基、羧基、酚基、硫酰氧基、磷氧基、亞磷酰氧基等。④Ｒ是鈦酸酯偶聯(lián)劑分子中的長鏈部分，能與聚合物分子進行纏結(jié)，增大它們的相容性，降低填料的表面能，使體系的粘度大幅下降,填料和基體間具有良好的潤滑性和流變性。⑤Ｙ為使鈦酸酯偶聯(lián)劑與聚合物進行交聯(lián)的活性基團，有不飽和雙鍵基團、氨基、羥基等。⑥ｎ反映了鈦酸酯偶聯(lián)劑分子含有的官能團數(shù)。
2.2鈦酸酯偶聯(lián)劑的研究應(yīng)用
我國于20世紀80年代開始研制開發(fā)鈦酸酯偶聯(lián)劑。翟雄偉等人采用鈦酸酯偶聯(lián)劑NDZ-101，201，311改性碳酸鈣填充硬質(zhì)PVC，可改善PVC/CaCO3復(fù)合體系的流變性、塑化性能及加工性能。
羅士平等人采用鈦酸酯偶聯(lián)劑TSC改性滑石粉、CaCO3填充聚丙烯，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)鈦酸酯改性后，體系的拉伸強度、沖擊強度都比未處理的有明顯提高。另外，改性輕質(zhì)CaCO3用在NR和CR中，其硫化膠物理機械性能優(yōu)于填充未經(jīng)改性CaCO3的同種膠料。
汪濟奎等人用鈦酸酯偶聯(lián)劑改性過的滑石粉填充聚丙烯，有效的增加了體系的流動性，改善了體系的加工性能。孟凡瑞用鈦酸酯偶聯(lián)劑改性CaCO3、Sb2O3填料，研究表明，LDPE/CaCO3體系的斷裂伸長率提高，具有較好的加工流動性；LDPE/Sb2O3體系的阻燃性及沖擊性能得到改善。丁浩等人對重鈣用鈦酸酯偶聯(lián)劑NT2進行改性，重質(zhì)碳酸鈣經(jīng)細磨和NT2改性后，接觸角、容量、吸水率和白度等物理性能都有明顯改善。
雖然鈦酸酯偶聯(lián)劑改性效果良好,但其對生態(tài)環(huán)境和人體健康的影響(有導(dǎo)致肝癌的作用)已越來越引起發(fā)達國家的重視,美國已制定了有關(guān)鈦酸酯在橡皮奶嘴和玩具等制品中含量的嚴格規(guī)定。
3鋁酸酯偶聯(lián)劑
鋁酸酯偶聯(lián)劑是1986年由福建師范大學章文貢等發(fā)明的一種新型偶聯(lián)劑，已取得美國專利（U.S.P4539049）。該偶聯(lián)劑具有反應(yīng)活性大,色澤淺、無毒、味小、熱分解溫度較高,較高協(xié)同性和潤滑性等特點。
3.1鋁酸酯偶聯(lián)劑的結(jié)構(gòu)
鋁酸酯偶聯(lián)劑的結(jié)構(gòu)通式為：(C3H7O)xAl(OCOR)m(OCORCOOR)n(OAB)y，式中m+n+x=3，y=0-2。分子中存在兩類活性基團,一類能與無機填料表面作用，另一類可與樹脂分子纏結(jié)或交聯(lián),因此能在無機填料與基體之間產(chǎn)生偶聯(lián)作用。
3.2鋁酸酯偶聯(lián)劑的研究應(yīng)用
章文貢等通過采用偶聯(lián)劑對碳酸鈣進行改性，發(fā)現(xiàn)經(jīng)鋁酸酯偶聯(lián)劑改性的活性碳酸鈣具有吸濕性低、吸油量少、在有機介質(zhì)中易分散、活性高等特點。
任重遠等人采用DL-411-Ａ改性碳酸鈣填充PVC,發(fā)現(xiàn)其斷裂伸長率和抗沖擊強度比填充未改性碳酸鈣樣品有明顯提高。
林美娟等人用經(jīng)DL-414改性的活性碳酸鈣填充于天然橡膠中,與普通碳酸鈣填充的相比,體系的轉(zhuǎn)矩減小,流動性能得到改善,硫化膠的拉伸強度、斷裂伸長率等機械性能也得到提高。
劉婷婷等人用鋁酸酯偶聯(lián)劑改性滑石粉，結(jié)果表明，鋁酸酯改性后的滑石粉與普通滑石粉相比,在液體石蠟中的粘度顯著減小,水滲透時間增大,有機憎水改性效果明顯。用鋁酸酯改性的滑石粉代替半補強碳黑填充于橡膠中,能提高橡膠的拉伸強度,伸長率等力學性能。
劉立華等人研究了鋁酸酯偶聯(lián)劑對納米碳酸鈣濕法表面改性，發(fā)現(xiàn)改性后的納米粉體表面性質(zhì)發(fā)生了明顯變化,比表面積增大,親油性及在有機相中的分散性明顯提高。
4其它類型偶聯(lián)劑
隨著偶聯(lián)劑的研制和開發(fā)，其它類型的偶聯(lián)劑也逐漸得到應(yīng)用，并取得良好的使用效果。
5結(jié)束語
由于偶聯(lián)劑在非金屬礦粉體改性中具有獨特的改性效果而逐漸受到人們的歡迎。對偶聯(lián)劑的研究重點今后將放在適用范圍廣、改性效果更好、成本更低廉的新型偶聯(lián)劑和相應(yīng)的偶聯(lián)技術(shù)上。
QQ客服