2021年2021年度偶联剂和偶联剂在填料中的应用讲义.ppt

文档介绍：一、 概述
1、定义：
偶联剂是一类具有***结构的物质，它们分子中的一部分基团可与无机表面的化学基团反应，形成化学键合；
另一部分基团则有亲有机物的性质，可与有机分子发生化学反应或产生较强的分子间作用，从而将两种性质截然不同的材料牢固地结合起来，改善无机填料在聚合物基体中的分散状态，提高填充聚合物材料的力学性能和使用性能。
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偶联剂和偶联剂在填料中的应用
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炭黑纳米复合材料
未加偶联剂
加硅烷偶联剂
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偶联剂和偶联剂在填料中的应用
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从图中，可以看到，偶联剂的加入，可以明显改善两种物质间的界面作用，以及改善分散性。
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偶联剂和偶联剂在填料中的应用
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2、分类
偶联剂按其化学结构可分为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、锆酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、双金属偶联剂( 铝-锆酸酯、铝钛复合偶联剂)、稀土偶联剂、含磷偶联剂、含硼偶联剂等。在橡胶工业中最常用的是硅烷、钛酸酯和铝酸酯偶联剂。
其中，硅烷偶联剂是人们研究最早、应用最早的偶联剂。
钛酸酯偶联剂最早出现于20世纪70年代，它对许多干燥粉体有良好的偶联效果。
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偶联剂和偶联剂在填料中的应用
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二、硅烷偶联剂
1、化学结构式：
RnSiX4-n

R为非水解的、可与高分子聚合物结合的有机官能团。可为：***、乙烯基、氨基、环氧基、巯基、丙烯酰氧丙基等。

X为可水解基团，遇水溶液、空气中的水分或无机物表面吸附的水分均可引起水解，与无机物表面有较好的反应性。可为：烷氧基、芳氧基、酰基、***基等。其中，最常用的为甲氧基和乙氧基。
无机端水解后与无机物界面反应，有机端则与有机界面进行作用，因而改进了复合材料组分间的作用。
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偶联剂和偶联剂在填料中的应用
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2、作用机理
（1）X基水解为羟基；
（2）羟基与无机物表面存在的羟基生成氢键或脱水成醚键；
（3）R基与有机物相结合。
H2O
缩合
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偶联剂和偶联剂在填料中的应用
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3、水解条件
三烷氧基硅烷与水的作用是偶联作用的基础，大部分硅烷经水解后为水溶性的，因此常用水作稀释剂配成溶液使用。
溶液的pH值对其稳定有很大影响。一般来讲，酸性和碱性都能促进水解。
常用的酸有盐酸、醋酸、月桂酸等。但在调节酸碱性促进水解的同时，也促进了硅醇之间的相互缩合，形成没有活性的聚合物。分子量大的缩合物不溶于水，易从溶液中析出。对于水解产物易缩合的硅烷应在使用前配置其水溶液。
此外，酸碱性对硅烷上的有机官能团也有影响，例如在碱性条件下，环氧硅烷易开环，而***丙烯酰氧基硅烷在碱性或酸性条件下都可能生成游离的***丙烯酸，使用时应注意这些不利影响。
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偶联剂和偶联剂在填料中的应用
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4、使用方法
硅烷偶联剂的使用方法应针对应用对象不同而异，使用方法大体可分两种：预处理法和整体掺合法。
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偶联剂和偶联剂在填料中的应用
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①预处理法
本法大致可分为干式法、湿式法和喷布法，但无论哪种方法都是将硅烷偶联剂均匀地包覆在填料的表面。
将无机填料加入高速捏合机中进行搅拌，边搅拌边将硅烷偶联剂的醇水溶液，或有机溶液，或水溶液加入，使之均一分散后，干燥即可。由于可短时间内大量处理，故为常用的方法。
首先将偶联剂配成溶液或水相乳浊液，然后将无机填料加入其中充分搅拌，最后经加热烘干即得活性填料。
在无机填充剂经干燥后，再将硅烷偶联剂喷布其上，由于适用范围有限，且无法获得均一附着，故该种方法的应用受到限制。
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偶联剂和偶联剂在填料中的应用
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硅烷偶联剂用量
实际应用中真正起偶联作用的是少量的偶联剂所形成的单分子层。
若无机填料比表面积不明时，可确定为填料量的1%左右；针对密度较小的填料时，用溶剂稀释使用效果更好。
热处理、干燥条件也是影响矿物表面改性效果的重要因素。加热干燥过程实际上是矿物表面上部分氢键脱水形成共价键的过程。如果干燥脱水不充分，残留的氢键。容易从外界吸收水分，从而影响改性效果，进而影响复合材料的性能。
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偶联剂和偶联剂在填料中的应用
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