偶聯(lián)劑能改善高分子材料與填料之間界面特性，是一類具有兩性結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，它們分子中的一部分基團(tuán)可與無機(jī)物表面的化學(xué)基團(tuán)反應(yīng)，形成牢固的化學(xué)鍵合，另一部分基團(tuán)則有親有機(jī)物的性質(zhì)，可與有機(jī)物分子反應(yīng)或物理纏繞，從而把兩種性質(zhì)不相同的材料牢固結(jié)合起來。這就使來源廣泛、價格便宜或性能特異的無機(jī)物作為塑料的填充劑或增強(qiáng)劑使用，不僅可以降低塑料的成本，而且賦予制品其它寶貴的性能，如提高力學(xué)性能，制品尺寸穩(wěn)定等，擴(kuò)大塑料的應(yīng)用范圍。
偶聯(lián)劑有很多種，常用的有鈦酸酯、鋁酸酯、硅烷等品種。
(1) 鈦酸酯偶聯(lián)劑分子中含有一個烷氧基和三個長鏈分子結(jié)構(gòu)單元，當(dāng)偶聯(lián)劑與粉狀填料作用時，烷氧基奪取填料表面的質(zhì)子，該質(zhì)子來源于填料中的結(jié)合水，包括結(jié)晶水、化學(xué)吸附水和物理吸附水，而形成化學(xué)鍵，在填料的表面上覆蓋偶聯(lián)劑的分子層。而偶聯(lián)劑另一端的三個長鏈分子結(jié)構(gòu)單元可與聚合物分子發(fā)生化學(xué)交聯(lián)或物理纏繞，最終把無機(jī)填料和聚合物很好的結(jié)合起來，提高了材料的拉伸強(qiáng)度、伸長率和沖擊強(qiáng)度。同時偶聯(lián)劑的作用降低了填料的表面能，提高了填料在樹脂中的分散能力，降低了填充體系的粘度，增加了填充量，減小了機(jī)械磨損，節(jié)約了動力消耗，也降低了成本。
(2) 硅烷偶聯(lián)劑是應(yīng)用最廣的偶聯(lián)劑，它的結(jié)構(gòu)通式為Rsix3，R系與聚合物分子有親合力或反應(yīng)能力的活性官能團(tuán)，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(lián)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(yīng)。
(3) 由于硅烷偶聯(lián)劑和鈦酸酯偶聯(lián)劑大多數(shù)產(chǎn)品為液體狀，這給在高混機(jī)中加入帶來麻煩，這些產(chǎn)品的顏色也會影響填充改性母料，所以，鋁酸酯偶聯(lián)劑和固體蠟狀呈淺白色的新型復(fù)合偶聯(lián)劑，由于固體蠟狀材料易計量添加，使用方便，色澤淺白，已受到碳酸鈣等無機(jī)粉體改性材料生產(chǎn)廠家的青睞。
以上信息由Chemicalbook彤彤編輯整理。鈦酸酯偶聯(lián)劑的分子結(jié)構(gòu)可劃分為6個功能區(qū)，每個功能區(qū)都有其特點(diǎn)，在偶聯(lián)劑中發(fā)揮各自的作用。

圖1為鈦酸酯偶聯(lián)劑的通式和6個功能區(qū) 式中1≤M≤4，M+N≤6；R——短碳鏈烷烴基；R′——長碳鏈烷烴基；X——C、N、P、S等元素；Y——羥基、氨基、雙鍵等機(jī)團(tuán)。
功能區(qū)1——(RO)M為與無機(jī)填料、顏料偶聯(lián)作用的機(jī)團(tuán)。鈦酸酯偶聯(lián)劑通過該烷氧基團(tuán)與無機(jī)顏料或填料表面的微量羥基或質(zhì)子發(fā)生化學(xué)吸附或化學(xué)反應(yīng)，偶聯(lián)到無機(jī)顏料、填料表面形成單分子層，同時釋放出異丙醇。
功能區(qū)2——Ti—O……酯基轉(zhuǎn)移和交聯(lián)基團(tuán)。某些鈦酸酯偶聯(lián)劑能夠和有機(jī)高分子中的酯基、羧基等進(jìn)行酯基轉(zhuǎn)移和交聯(lián)，造成鈦酸酯、填料或顏料及有機(jī)高分子之間的交聯(lián)，促使體系黏度上升呈觸變性。
功能區(qū)3——X—連接鈦中心的基團(tuán)。該基團(tuán)包括長鏈烷氧基、酚基、羧基、硫酸基、磷酸基、焦磷酸基等。這些基團(tuán)決定鈦酸酯偶聯(lián)劑的特性與功能，如磺酸基賦予一定的觸變性，焦磷酸具有阻燃、防銹、增加黏結(jié)性以及亞磷酸配位基具有抗氧化功能等。通過這部分基團(tuán)的選擇，可以使鈦酸酯偶聯(lián)劑兼有多種功能。
功能區(qū)4——R為長鏈的糾纏基團(tuán)。長的脂肪族碳鏈比較柔軟，能和有機(jī)基料進(jìn)行彎曲纏繞，增強(qiáng)和基料的結(jié)合力，提高它們的相容性，改善無機(jī)填料、顏料和基料體系的熔融流動性和加工性能，縮短混料時間，增加無機(jī)填料的填充量，并賦予柔韌性及應(yīng)力轉(zhuǎn)移功能，從而提高延伸、撕裂和沖擊強(qiáng)度。
功能區(qū)5——Y為固化反應(yīng)基團(tuán)。當(dāng)活性基團(tuán)聯(lián)結(jié)在鈦的有機(jī)骨架上，就能使鈦酸酯偶聯(lián)劑和有機(jī)聚合物進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而交聯(lián)。例如，不飽和雙鍵能和不飽和樹脂進(jìn)行交聯(lián)，使無機(jī)填料、顏料和有機(jī)基料結(jié)合。
功能區(qū)6——N為非水解基團(tuán)數(shù)。鈦酸酯偶聯(lián)劑中非水解基團(tuán)的數(shù)目至少具有兩個以上。在螯合型鈦酸酯偶聯(lián)劑中具有2個或3個非水解基團(tuán);在單烷氧基型鈦酸酯偶聯(lián)劑中有3個非水解基團(tuán)。由于分子中多個非水解基團(tuán)的作用，可以加強(qiáng)纏繞，并因碳原子數(shù)多可急劇改變表面能，大幅度降低體系的黏度。鈦酸酯偶聯(lián)劑按其化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為3種類型：即單烷氧基型、螯合型和配位型。
單烷氧基鈦酸酯偶聯(lián)劑品種最多的一類，具有各種功能基團(tuán)和特點(diǎn)，使用范圍極廣，價格適中，廣泛應(yīng)用于塑料、橡膠、涂料、膠粘劑工業(yè)。
本品外觀為酒紅色黏稠液體，pH為3，分解溫度是 260℃，密度為0.976g/cm~((3)，閃點(diǎn)是178℃，折射率為1.447。遇水易水解，可溶于有機(jī)溶劑。
（1）單烷氧基鈦酸酯偶聯(lián)劑與半極性材料有較好的相容性，起到分子間的橋架作用，可改善復(fù)合材料的機(jī)械強(qiáng)度，能顯著提高復(fù)合材料的各種力學(xué)性能，可用于表面處理碳酸鈣、滑石粉、顏料等無機(jī)材料，增加填料的加入量，降低樹脂的用量，從而降低了復(fù)合材料的成本。
（2）單烷氧基鈦酸酯偶聯(lián)劑用于聚丙烯、聚乙烯等樹脂中有較為明顯的效果，能增強(qiáng)制品的抗沖擊強(qiáng)度、韌性和耐腐蝕性，增加流動性，從而改善了制品的加工性能。
（3）單烷氧基鈦酸酯偶聯(lián)劑用于磁性材料時，經(jīng)偶聯(lián)劑處理的磁粉，可在樹脂中的分散性更好，能提高磁粉的填充量，增加磁性材料的流動性，使制品的韌性加強(qiáng)，提高磁性產(chǎn)品的質(zhì)量。

圖2為單烷氧基鈦酸酯偶聯(lián)劑與無機(jī)粉體的作用機(jī)理圖焦磷酸型鈦酸酯偶聯(lián)劑產(chǎn)品的外觀為半透明黃色黏稠液體，pH為2，分解溫度是210℃，密度為1.050g/cm3，閃點(diǎn)是130℃，折射率為1.465。這類品種比一般單烷氧基型鈦酸酯耐水性好，適用于中等含水量的無機(jī)粉體的表面處理，但比螯合型鈦酸酯的耐水性差。它在涂料中的應(yīng)用很廣，能明顯提高炭黑、酞青藍(lán)、鐵紅、中鉻黃等多種顏料在基料中的分散性、防沉性和儲存穩(wěn)定性，縮短研磨次數(shù)和時間，改善涂膜的附著力和外觀質(zhì)量，且具有阻燃、耐腐蝕、增加黏結(jié)性和催化固化等功效。
本品可改善復(fù)合材料的機(jī)械強(qiáng)度，提高無機(jī)填料與樹脂的相容性，主要處理碳酸鈣、滑石粉、顏料等無機(jī)材料填充的聚氯乙烯、聚酰胺等樹脂，提高填料的加入份數(shù)，降低樹脂的用量，可降低復(fù)合材料的成本。應(yīng)用在橡膠制品中，能提高制品的抗撕裂強(qiáng)度、斷裂伸長率、拉伸強(qiáng)度，能增加材料的流動性和耐老化性。用于涂料中，可降低體系黏度，提高固體填充量，增加流平性，同時賦予涂料良好的耐磨性和抗腐蝕性。此外焦磷酸型鈦酸酯偶聯(lián)劑還可用于Al(OH)3填充玻璃纖維增強(qiáng)聚酯玻璃鋼，提高制品的阻燃性。

圖3為焦磷酸酯型鈦酸酯偶聯(lián)劑吸濕作用機(jī)理配位型偶聯(lián)劑是以2個以上的亞磷酸酯為配體，將磷原子上的孤對電子移到鈦酸酯中的鈦原子上，形成2個配價鍵，以O(shè)TDLPI-46(KR-46)為例，其分子結(jié)構(gòu)式為：

從上式中可見，鈦原子由4價鍵轉(zhuǎn)變?yōu)?價鍵，降低了鈦酸酯的反應(yīng)活性，提高了耐水性。因此，配位型鈦酸酯偶聯(lián)劑耐水性好，可在溶劑型涂料或水性涂料中使用。配位型鈦酸酯偶聯(lián)劑多數(shù)不溶解于水，可以直接高速研磨使之乳化分散在水中，也可以加表面活性劑或親水性助溶劑使它分散在水中，對無機(jī)粉體進(jìn)行表面處理。美國KENRICH公司將螯合型鈦酸酯偶聯(lián)劑分成兩個系統(tǒng)，一個系統(tǒng)是含有氧乙酸螯合基的產(chǎn)品，稱螯合100型；另一種是含有乙二醇螯合劑的產(chǎn)品，稱為螯合200型。
螯合型鈦酸酯的耐水性較好，具有高度水解穩(wěn)定性，可應(yīng)用在很潮濕的填料體系的無機(jī)粉體的表面處理，如濕法沉淀二氧化硅、滑石粉、玻璃纖維、補(bǔ)強(qiáng)炭黑等。
（1）螯合100型。以二(焦磷酸辛酯)羥乙酸鈦酸酯CTDPP-138S(KR-138S)為例，它具有與TTOPP-38S同樣的耐腐蝕、阻燃及黏結(jié)性好的特性，而且耐水性比TTOPP-38S更好。它既可溶解在甲苯、二甲苯等溶劑中包覆改性無機(jī)粉體，也可用烷醇胺或胺類試劑季銨鹽化后溶解在水中包覆改性無機(jī)粉體。通常使用的胺類試劑有2-二甲胺基-2-甲基-1-丙醇(DMAMP-80)、三乙醇胺、三乙胺等。
（2）螯合200型。以二(磷酸二辛酯)鈦酸乙二(醇)酯ETDOP-212S(KR-212S)為例，這類鈦酸酯的耐水性好，既可溶于有機(jī)溶劑中包覆改性無機(jī)粉體，也可用烷醇胺或胺類試劑季胺鹽化后溶解在水中包改性無機(jī)粉體。鈦酸酯偶聯(lián)劑的用量是要使鈦酸酯偶聯(lián)劑分子中的全部異丙氧基與無機(jī)粉體表面所提供的羥基或質(zhì)子發(fā)生反應(yīng)，過量是沒有必要的。鈦酸酯偶聯(lián)劑的大致用量為填料或顏料用量的0.1%～3.0%。被處理的填料或顏料的粒度越細(xì)，比表面積越大，鈦酸酯偶聯(lián)劑的用量就越大。最適當(dāng)?shù)挠昧靠梢杂灭ざ葴y定法求得;高熔點(diǎn)的聚合物通常用低分子量的液體，如礦物油代替做模型試驗，鈦酸酯用量從填料質(zhì)量的0、0.25%、0.5%、0.75%、1.0%、1.5%、2.0%及3.0%等做試驗，黏度下降最大點(diǎn)，就是較適合的鈦酸酯偶聯(lián)劑的用量。
鈦酸酯偶聯(lián)劑在使用過程中應(yīng)特別注意以下幾個問題：
(1)嚴(yán)格控制溫度、防止鈦酸酯偶聯(lián)劑分解。
(2)盡量避免與具有表面活性劑的助劑并用，因為它們會干擾鈦酸酯偶聯(lián)劑在界面上的偶聯(lián)反應(yīng)。如果必須使用這些助劑時，應(yīng)在無機(jī)粉體、偶聯(lián)劑和聚合物基料充分混合后再加入這些助劑。
(3)多數(shù)鈦酸酯偶聯(lián)劑能不同程度地與酯類增塑劑發(fā)生酯交換反應(yīng)。因此，加藥順序應(yīng)注意避免首先與酯類增塑劑接觸，以避免發(fā)生副反應(yīng)而失效。
(4)注意均勻分散。只有鈦酸酯偶聯(lián)劑的均勻分散和與無機(jī)粉體顆粒的均勻作用才能達(dá)到均勻包覆改性和減少鈦酸酯偶聯(lián)劑的用量。
(5)注意技術(shù)結(jié)合，提高偶聯(lián)效果。如鈦酸酯偶聯(lián)劑與其他表面改性劑的并用能產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)和降低改性成本。用于聚烯烴、聚氯乙烯樹脂、合成橡膠、涂料等高分子材料中