硅烷偶联剂在涂料工业中的应用性能

  硅烷偶联剂最早是于20世纪40年代由美国联合碳化合物公司和道康宁公司首先开发的,最初把它作为玻璃纤维的表面处理剂而用在玻璃纤维增强塑料中。随后,由于硅烷偶联剂独特的性能和显著的改性效果,以及新产品的不断问世,使其应用领域日益扩大。继而在橡胶、塑料、填充复合材料、环氧封装材料、弹性体、涂料、粘合剂和密封剂等方面获得了广泛地应用。

    硅烷偶联剂的主要应用领域之一是处理有机聚合物使用的无机填料。后者经硅烷偶联剂处理，即可将其亲水性表面，转变成亲有机表面，既可避免体系中粒子集结及聚合物急剧稠化，还可提高有机聚合物对补强填料的润湿性，通过碳官能硅烷还可使补强填料与聚合物实现牢固键合。

    硅烷偶联剂的使用方法主要有表面预处理法和直接加入法，前者是用稀释的偶联剂处理填料表面，后者是在树脂和填料预混时 ，加入偶联剂原液。

 

硅氧烷

（用于护肤霜的硅氧烷弹性体颗粒 图/道康宁）

 

    硅烷偶联剂配成溶液，有利于硅烷偶联剂在材料表面的分散，溶剂是水和醇配制成的溶液，溶液一般为硅烷（20%），醇（72%），水（8%），醇一般为乙醇（对乙氧基硅烷）、甲醇（对甲氧基硅烷）及异丙醇（对不易溶于乙醇、甲醇的硅烷）；因硅烷水解速度与PH值有关，中性最慢，偏酸、偏碱都较快，因此一般需调节溶液的PH值、除氨基硅烷外，其他硅烷可加入少量醋酸，调节PH值至4-5 ，氨基硅烷因具碱性，不必调节。因硅烷水解后，不能久存，最好现配现用，适宜在一小时用完。

    硅烷偶联溶在涂料工业中也使用较多。当涂料中含有少量硅烷偶联溶剂，在其涂布后，硅烷会迁移到涂料与底材的界面，与无机表面上的水分反应，水解生成硅醇基，进而与底材表面羟基形成氢键或缩合成—Si—M（M为无机表面），同时硅烷各分子间的硅醇基又相互缩合、齐聚形成网状结构的膜覆盖在底材表面。

    即使在水浸条件下，硅烷偶联剂改性的涂料在各种无机底材表面附着良好。在漆基与底材之间的交界层内，硅烷与漆基相互作用，形成硅烷与漆基相互渗透的网状结构，增强了其内聚力和耐水侵蚀的稳定性，并使应力藉以由模量的底材向低模量的漆基转移，从而显著提高对底材的附着力。

    硅烷偶联剂处理颜料或填料，使其易被基料润湿，颜料或填料在基料中分散稳定，防止沉淀和结块。填料表面经硅烷偶联剂改性后，使涂料的的粘度大幅度降低，即使增大颜料或填料添加量也不会影响涂料的流动，起到增加涂料产量、降低生产成本的作用。

    含硅和铝氢氧化物的矿物大都容易与烷基氧基硅烷相结合，硅石（都能产生烟和能沉淀的）、玻璃微珠、石英、沙粒、滑石粉、云母、粘土和硅石灰在填料的聚合物中能有效的被硅烷偶联剂处理。其它的金属氢氧化物，例如：氢氧化镁、氧化铁、氧化铜和氧化锡被其处理后效果良好。

    随着高性能和高功能化复合材料的迅速发展,对硅烷偶联剂的性能及其使用技术也提出了新的更高的要求。比如,为使一种偶联剂能适应多种树脂,需要多功能硅烷;为排除填料本身性质(酸性、碱性等)对复合材料的影响,需要能够使填料表面钝化的硅烷等等。

    如今，单一使用硅烷偶联剂正向着同时多种复合使用的方向发展。此外,借助于现代分析测试手段,研究复合材料的界面特征及其改性技术,可以进一步提高硅烷偶联剂的应用效果。