1、涂料、油墨工業

伴隨著改善物理性能和延長壽命的要求更高，涂料工業對揮發有機組分法規也越來越嚴格，硅烷技術越來越引起人們的關注。
硅烷偶聯劑在涂料中，主要用于填料改性、樹脂改性和用作底涂，主要起到如下作用：提高涂膜與基材的附著力、耐水性、耐候性和耐磨性改善機體樹脂與顏料和填料的相容性、分散性，改善基體樹脂的交聯成分，提高涂膜表面的硬度
1.1涂料工業中典型應用

經硅烷改性的聚合物中的烷氧基在濕態下水解形成硅醇基團，該基團通過縮合反應可形成交聯的聚合物涂層。
使用硅烷改性涂料聚合物主要有兩種方法：1）共聚合2）后添加。在溶劑型體系中，聚合物單體可以與硅烷通過共聚合反應形成硅烷改性聚合物。典型產品有：LT-570，LT-171，LT-151等。

在水性體系中，丙烯酸酯或其他單體，與硅烷共聚可得到硅烷改性的水性丙烯酸乳液。典型產品：LT-171,LT-151,LT-570。

1.1.1溶劑型體系①硅烷改性丙烯酸酯聚合物將丙烯酸酯和苯乙烯單體與硅烷LT-570共聚可得到硅烷改性的丙烯酸酯聚合物，從而制成濕法交聯的硅烷改性丙烯酸酯涂料（見下圖）。

經過硅烷改性的汽車面漆具有非常好的耐候性，可以通過 QUV 加速老化實驗器來測定涂層的保光性。如下表所示，在測試的最后階段，經過甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（LT-570)改性的樹脂顯示出優異的保光性，而對比樣品則出現黃變和龜裂。

②硅烷改性聚氨酯LT-540、LT-550或其他氨基硅烷可與含異氰酸酯封端的聚氨酯反應生成硅烷改性的聚氨酯涂料聚合物，例下圖為不含游離異氰酸酯的濕法交聯涂料。

選取合適的硅烷來降低進一步的反應，這樣可以避免體系粘度持續升高，硅烷 Bosil-310就是為此目的而開發的。

1.1.2水性體系

①硅烷用于乳液聚合將丙烯酸或其他單體，與硅烷在水性體系中共聚可得到硅烷改性的丙烯酸乳液。見下圖

將1%的乙烯基硅烷LT-171與醋酸乙烯和乙基丙烯酸己酯共聚，制成硅烷改性的乳膠漆，可顯著提高涂膜的附著力、耐擦洗性和耐溶劑性。

②硅烷用于聚合物后添加劑

聚合物形成后，活性的功能硅烷（主要是環氧類硅烷）可與之在水性體系中進一步反應，從而增加體系交聯密度、提高耐水、耐溶劑、耐化學品和耐沾污等特性。適合于此應用的聚合物體系有：單組份水性丙烯酸酯、水性聚氨酯分散體、水性環氧和水性醇酸等。

2、粘合劑、密封膠

硅烷在粘合劑和密封膠中主要作為增粘劑、表面改性劑、交聯劑、吸濕劑和封端劑使用，可以賦予他們如下的一些特性：

降低膠的粘度，提高填料和顏料的分散性、加工性和與基體的粘結性 提高基材干濕強度和粘結持久性防止膠的提早硫化，提高產品儲存穩定性 提高膠硫化的均勻性提高斷裂伸長率。

2.1增粘劑在縮合型硅酮密封劑和膠粘劑中，LT-550是最常用的偶聯劑，對金屬、玻璃和樹脂都有良好的粘結作用。在加成型液體硅橡膠中，LT-560使用的范圍較廣，而且往往同其他助劑同時使用，以獲得最佳的粘結效果和較大使用范圍。作為增粘劑使用的硅烷偶聯劑在密封膠和粘合劑的配方中，添加比例一般為0.5-2.0%。

可選增粘劑如下：

2.2交聯劑

硅烷交聯提高膠粘劑和密封劑的如下力學性能：1)撕裂強度；2)斷裂伸長率；3)耐磨性；4)熱穩定性；5)耐濕氣性能。

交聯劑

2.3表面改性劑

相對于未經處理的填料，硅烷處理的填料在膠粘劑和密封劑基體樹脂中有較好分散性，并有如下的好處：1)降低粘度，便于處理；2)增強粘接；3)改善機械性能；4)提高填料加入量。

2.4除水劑

吸濕劑與水接觸后迅速水解，烷氧基硅烷尤其是D-20和LT-171被廣泛用作粘合劑和密封劑的水清除劑，并有如下一些好處：1)防止在處理過程中過早固化；2)固化更均勻；3)延長非固化狀態的儲時間。

2.5封端劑

硅烷封端的聚氨酯（SPUR）預聚物因為如下的一些優點已經被廣泛用于膠粘劑和密封劑配方中：1)良好的耐久性；2)優異的附著力；3)良好的耐濕熱老化性能；4)易于根據不同的應用設計分子結構。(伯)氨基硅烷或異氰酸基硅烷都可以被用來封端聚氨酯。

封端劑

SPUR預聚物可以添加多種氨基硅烷作為粘接促進劑,配制成具有穩定的儲存期和優異的粘接性能單組分密封膠，對玻璃、鋁、混凝土澆注體和許多通用塑料(丙烯酸類除外)可以獲得良好的粘接性能。采用雙氨基硅烷如LT-1170或LT-1122，可以明顯改善和丙烯酸類塑料的粘接。

1、線纜行業

硅烷偶聯劑在電線電纜中主要是作為交聯劑和增粘劑使用，賦予材料的如下性能：提高改性材料的熱形變穩定性和機械強度，提高改性后的材料的濕態電氣性能，提高改性后的材料耐化學性，提高填料的添加量的同時改善加工性能。

3.1交聯劑

乙烯基硅烷是用于聚烯烴材料交聯的最常用的交聯劑，其反應過程如下所示：

常用的乙烯基硅烷包括乙烯基三甲氧基硅烷(LT-171)、乙烯基三乙氧基硅烷(LT-151)和乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷(LT-172)，其中，乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷(LT-172)的沸點最高，適合于需要較高加工溫度的情況下使用；乙烯基三甲氧基硅烷的水解速度最快，適用于生產溫水硅烷交聯聚乙烯；乙烯基三乙氧基硅烷的水解速度較慢，適合于生產需要儲存時間比較長的可交聯聚烯烴。

3.2增粘劑/表面改性劑

在低煙無鹵線纜材料的生產中，常會使用硅烷偶聯劑作為無機阻燃材料的表面改性劑，提高填料在樹脂或者橡膠中的分散性和與樹脂的粘結性，并改善被填充基材的加工性能、機械性能和熱穩定性。

硅烷偶聯劑在填料填充聚合物過程中增粘作用示意圖 

在生產低煙無鹵線纜材料過程中，有三種加入硅烷的方式：

（1）硅烷改性填料，再跟聚合物和其他助劑混合并加工，即預處理工藝。

（2）在填料、其他助劑和聚合物混合的同時，通過噴嘴加入硅烷混合并加工，即直接添加工藝。

（3）先把硅烷偶聯劑以較高比例與載體樹脂混合成色母粒，然后再把混合后的載體樹脂以一定比例與基體樹脂、填料和其他助劑混合并加工，即“干硅烷色母?！狈?。

4、玻纖和復合材料

硅烷偶聯劑是玻璃纖維增強聚合物的關鍵成分，玻纖極其親水，能把水吸附到界面上，如果不用硅烷處理表面，玻璃纖維和樹脂之間的結合將變弱，最后導致斷裂。

有機硅烷在玻璃纖維中的作用可以歸納為：（1）在增強復合材料中，改進干、濕態的力學性能使增強復合材料的電氣性能穩定（2）在玻璃纖維增強材料的制造過程中改進加工特性（3）在復合材料的制造中提高玻璃纖維的改進處理（4）增加熱絕緣玻璃纖維的彈性和強度

硅烷偶聯劑在復合材料中形成化學鍵的作用機理如下圖：

聚合物和玻璃纖維的表面

（1）多層硅烷覆蓋，提供最佳的復合材料性能

（2）硅烷與聚合物在界面發生化學反應的效果是最佳的

除了適合線纜行業聚烯烴和有機橡膠彈性體，還有其他很多種類的熱塑性樹脂可以用硅烷偶聯劑來改性。下表推薦了各種熱塑性樹脂最適合的硅烷偶聯劑品種。

熱塑性體系

5、礦物和填充物處理

礦物填充物已經逐漸變成重要的有機聚合物添加劑和改性劑，礦物表面的金屬羥基是非常親水的，并且和有機聚合物不共溶性，烷氧基硅烷天生適合處理礦物的表面，使礦物在聚合物中能與更多的成分共容和更容易分散，甚至是使填充物變成增強添加劑，除了在塑料中應用，硅烷改性的礦物在橡膠，特別是輪胎的應用中也變得越來越重要。

表面具有硅和氫氧化鋁的礦物極其容易和硅烷結合，用于填充體系的白炭黑（氣相法和沉淀法）、玻璃珠、石英、沙子、滑石粉、云母、粘土和硅灰石使用硅烷偶聯劑都非常有效。其他含金屬羥基材料，如氫氧化鎂、氧化鐵、氧化銅和氧化錫反應性一般，但也能獲得不錯的益處，通常硅烷和炭黑、石墨、碳酸鈣的結合能力差。

硅烷處理可以通過以下方式改善礦物改性產品的工藝性能、力學性能和耐久性：增強礦物和聚合物之間的粘合改善礦物對聚合物的浸濕性能促進礦物在聚合物中分撒改善電學性能提高機械性能。

特定應用中選擇適用何種硅烷應該根據所需硅烷的優勢特征所決定。所有的烷氧基都可以與礦物填充物表面結合，如果硅烷專為提供表面疏水而設計，那么應選擇具有疏水性的硅烷，如甲基、丁基、辛基等，如果硅烷處理專為在聚合物混合物中礦物共容性而設計，那么硅烷上的有機基團的特征應該和聚合物的化學結構相似（如辛基和長鏈烷基將有助于礦物在聚烯烴混合物中的共容和分散）。如果硅烷處理為了將填充物結合到聚合物上，那么應該選擇有機反應硅烷，從化學特性上講，它將結合到聚合物存在的反應性位點。

下表介紹了礦物填充物的作用

根據聚合物類型推薦的多種聚合物相配有機反應性硅烷偶聯劑

6、橡膠混煉

在橡膠行業，硅烷的獨特性質被用于提高性能和改善工藝性能，硅烷在橡膠配方中充當偶聯劑和分散劑。

由于在增強型橡膠中使用無機填料取代炭黑帶來的好處使硅烷在有機橡膠業中得到了很廣泛的應用。

和炭黑相比，白炭黑和其他無機填料能使橡膠獲得更優異的物理性質和性能，然而要使非炭黑填料起到作用必須用到硅烷偶聯劑，為了使無機填料和有機彈性體有效結合，硅烷的使用是其中一個關鍵因素，機理和前面礦物和填料處理類似，甲氧基或者乙氧基將和白炭黑或者粘土表面強力粘結，有機官能團將和橡膠聚合物鍵合，機理見圖示

上述應用的一個具體例子就是在綠色輪胎中使用白炭黑/硅烷技術，可以對輪胎產生以下影響：增強耐磨性減少滾動阻力、提高燃料經濟性、在潮濕和冰雪路面上的抓地力。