1、硅烷偶聯劑

硅烷偶聯劑是在同一個分子里含有兩種反應基團的物質（無機和有機反應性）的硅基化學分子，通常典型結構為：Yn-Si-(OR)4-n。Y是有機官能團如氨基、甲基丙烯酰氧基、環氧等；OR是烷氧基如甲氧基、乙氧基或乙酰氧基等。

硅烷偶聯劑會在無機材料（如玻璃、金屬、礦物）和有機材料（如有機聚合物、涂料、粘合劑等）的界面起作用，結合或偶聯兩種截然不同的材料，偶聯機理如下圖一：

2、為什么要用硅烷偶聯劑

隨著國民經濟的快速發展，涂料、膠黏劑、復合材料等產品的性能、技術、應用越來越受到重視。如使用玻纖維或礦物增強有機聚合物時，聚合物和無機材料之間的界面渉及許多物理和化學因素之間復雜交叉作用。這些因素和粘合力、物理強度、膨脹系數、濃度梯度和產品性能的保持力相關，影響附著力重要破壞因素就是水分遷移到無機增強的親水表面，水分侵蝕了界面，破壞了粘結。

真正的偶聯劑在無機和有機材料的界面可以形成耐水鍵。因為硅烷偶聯劑有獨特的物理和化學性能，不光是增強了結合強度，更重要的是防止了在復合材料老化和使用過程中在界面上的鍵結解體。

硅烷偶聯劑能把性能截然不同的兩種物質通過化學或物理的作用結合起來，因此也被稱為是無機和有機物質界面間的“橋梁”。

3、硅烷對聚合物的鍵結作用

硅烷對有機聚合物的作用非常復雜，熱固性聚合物的反應性和硅烷的有機反應性相匹配。例如環氧硅烷或者氨基硅烷會與環氧樹脂結合；氨基硅烷會與酚醛樹脂作用；甲基丙烯酰氧和單烯烴硅烷會利用交聯與不飽和聚酯樹脂的苯乙烯結合；

對于表面缺乏極性的熱塑性聚合物（聚乙烯、聚丙烯等），通過硅烷偶聯劑的實現結合可以解釋為是在界面區域通過相互擴散和互穿網絡體系而成的。如圖二

圖二 互穿參透網絡（IPN）結合機理

為了優化IPN配方，硅烷和樹脂的相溶性非常重要，一種方法就是匹配兩種材料的溶解度參數，這將提高形成具有最優性能良好復合材料的幾率，即使對反應性起作用的熱固性聚合物來說，溶解度參數的匹配也將提高復合材料的性能。

4、硅烷對無機材料的鍵結

硅原子上含有三個無機反應性基團的硅烷偶聯劑（通常是甲氧基、乙氧基）可以很好的結合多數無機材料表面的羥基，特別是結構中含有硅、鋁或者重金屬的材料，通過與添加的或者無機填料表面的殘留水反應，硅原子上的烷氧基水解釋放出硅醇，然后這些硅醇與無機表面的羥基反應形成氫鍵后脫水形成硅氧鍵。如圖三

5、如何選擇硅烷

所有硅烷偶聯劑硅原子上的三個烷氧基和無機材料都具有同等良好的結合性能。

多種有機官能烷氧基硅烷都是可以獲得的。硅原子上的有機官能團需要和要結合的樹脂聚合物類型進行匹配?？梢該藖碇笇г谔囟☉弥惺褂媚姆N硅烷偶聯劑。

在硅烷上的有機基團可以是活性的也可以是非活性的，這些基團可以是疏水的，也可以是親水的，或者是具有多種熱穩定特性等。

因為有機結構不同，基團的溶解度參數各異，一定程度上，這將影響聚合物體系和用于表面處理的硅氧烷體系之間的相互滲透。

表1列出了常見的用于硅原子有機取代基的一些特征，綜上所述硅烷的選擇應考慮到這些因素:匹配化學反應性、溶解性、結構特征、聚合物結構中具有相同參數的有機硅烷的熱穩定性。

表1硅烷上不同取代基特性

6、硅烷典型用途

偶聯劑：通過硅烷的分子橋作用將高分子聚合物（各種樹脂、橡膠、塑料）與無機材料（填料、纖維）偶聯起來，從而提高復合材料力學強度和電氣性能。這方面用途包括玻璃鋼（玻璃纖維增強各種樹脂）、塑料改性（PA、PP等工程塑料的填充、加纖、阻燃等）、橡膠改性（填充、加纖、阻燃等）、低煙無鹵阻燃電纜材料、樹脂砂鑄造、摩擦材料等。

附著力促進劑：通過硅烷偶聯劑的分子橋作用提高樹脂涂層對基材（無機材料、極性樹脂）的附著力、耐水性、耐腐蝕性、耐水煮，這在涂料、油墨、膠黏劑、密封膠等行業有廣泛的應用。

表面處理劑和分散劑：通過硅烷偶聯劑的表面處理，是無機礦物粉體、玻璃纖維、晶須、顏料表面又親水憎油變成親油憎水，提高其在有機高分子聚合物中的分散、相容性和潤濕性，改善加工填料的流變性，并使無機填料表面具有一定的反應性（需要與合適的聚合物反應）。這一特性使硅烷偶聯劑成為一種主流的高效無機礦物粉體、玻纖及晶須和無機顏料的表面處理劑。

交聯劑（固化劑）：有機官能烷氧基硅烷可以和有機聚合物反應，將三烷氧基硅烷基團結合到聚合物主鏈上；然后可以和水汽反應，交聯硅烷，并形成穩定的三維結構。這種機理可以用于交聯塑料（特別是聚乙烯）和其他有機樹脂（如丙烯酸樹脂和聚氨酯膠），來賦予油漆涂料和粘合劑以耐久防水和耐高溫性能。這方面的典型用途有乙烯基硅烷用于硅烷交聯聚乙烯樹脂的生產、氨基硅烷作為環氧樹脂改性硅樹脂的固化劑、聚氨酯密封膠中可作為除濕劑。