偶聯劑的種類繁多,主要有硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑、雙金屬偶聯劑、磷酸酯偶聯劑、硼酸酯偶聯劑、鉻絡合物及其它高級脂肪酸、醇、酯的偶聯劑等,近年來還有稀土偶聯劑、復合偶聯劑。硅烷偶聯劑是應用最廣的偶聯劑,它的結構通式為Rsix3,R系與聚合物分子有親合力或反應能力的活性官能團,如氨基、巰基、乙烯基、環(huán)氧基、氰基、甲基丙烯酰氧基等,x為能夠水解的烷氧基,作為偶聯劑使用時,x基首先水解形成硅醇,然后再與填料表面上的羥基反應。本文將介紹硅烷偶聯劑的用途以及使用方法。
用途
表面處理
硅烷偶聯劑能改善玻璃纖維和樹脂的粘合性能,大大提高玻璃纖維增強復合材料的強度、電氣、抗水、抗氣候等性能,即使在濕態(tài)時,它對復合材料機械性能的提高,效果也十分顯著。在玻璃纖維中使用硅烷偶聯劑已相當普遍,用于這一方面的硅烷偶聯劑約占其消耗總量的50%,其中用得較多的品種是乙烯基硅烷、氨基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷等。
填充塑料
可預先對填料進行表面處理,也可直接加入樹脂中。能改善填料在樹脂中的分散性及粘合力,改善無機填料與樹脂之間的相容性,改善工藝性能和提高填充塑料(包括橡膠)的機械、電學和耐氣候等性能。
用作密封劑、粘接劑和涂料的增粘劑
能提高它們的粘接強度、耐水、耐氣候等性能。硅烷偶聯劑往往可以解決某些材料長期以來無法粘接的難題。硅烷偶聯劑作為增粘劑的作用原理在于它本身有兩種基團;一種基團可以和被粘的骨架材料結合;而另一種基團則可以與高分子材料或粘接劑結合,從而在粘接界面形成強力較高的化學鍵,大大改善了粘接強度。硅烷偶聯劑的應用一般有三種方法:一是作為骨架材料的表面處理劑;二是加入到粘接劑中,三是直接加入到高分子材料中。從充分發(fā)揮其效能和降低成本的角度出發(fā),前兩種方法較好。
使用方法
表面預處理法
將硅烷偶聯劑配成0.5~1%濃度的稀溶液,使用時只需在清潔的被粘表面涂上薄薄的一層,干燥后即可上膠。所用溶劑多為水、醇、或水醇混合物,并以不含氟離子的水及價廉無毒的乙醇、異丙醇為宜。除氨烴基硅烷外,由其它硅烷偶聯劑配制的溶液均需加入醋酸作水解催化劑,并將pH值調至3.5~5.5。長鏈烷基及苯基硅烷由于穩(wěn)定性較差,不宜配成水溶液使用。氯硅烷及乙酰氧基硅烷水解過程中伴隨有嚴重的縮合反應,也不宜配成水溶液或水醇溶液使用,而多配成醇溶液使用。水溶性較差的硅烷偶聯劑,可先加入0.1~0.2%(質量分數)的非離子型表面活性劑,然后再加水加工成水乳液使用。
遷移法
將硅烷偶聯劑直接加入到膠粘劑組分中,一般加入量為基體樹脂量的1~5%。涂膠后依靠分子的擴散作用,偶聯劑分子遷移到粘接界面處產生偶聯作用。對于需要固化的膠粘劑,涂膠后需放置一段時間再進行固化,以使偶聯劑完成遷移過程,方能獲得較好的效果。