偶聯(lián)劑在復(fù)合材料中的作用在于它既能與增強材料表面的某些基團反應(yīng),又能與基體樹脂反應(yīng),在增強材料與樹脂基體之間形成一個界面層,界面層能傳遞應(yīng)力,從而增強了增強材料與樹脂之間粘合強度,提高了復(fù)合材料的性能,同時還可以防止其它介質(zhì)向界面滲透,改善界面狀態(tài),有利于制品的耐老化、耐應(yīng)力及電絕緣性能。偶聯(lián)劑比較早由美國聯(lián)合碳化物公司(UCC)為發(fā)展玻璃纖維增強塑料而開發(fā)。早在40年代,當(dāng)玻璃纖維初次用作有機樹脂的增強材料,制備寬泛使用的玻璃鋼時,發(fā)現(xiàn)當(dāng)它們長期置于潮氣中,其強度會因為樹脂與親水性的玻璃纖維脫粘而明顯下降,進而不能得到耐水復(fù)合材料。其用量一般為填充劑用量的0.5~2%。常用偶聯(lián)劑生產(chǎn)企業(yè)
偶聯(lián)劑是分子兩端含有極性不同基團的化合物。兩端基可以分別與膠黏劑分子和被黏物結(jié)合,起“架橋”作用,以提高其粘接強度。也有非極性部分,較初它用于玻璃鋼工業(yè),近年來在膠黏劑工業(yè)上也得到了普遍的應(yīng)用。膠黏劑中加入1%~10%的偶聯(lián)劑,可以提高粘接強度,井能提高耐水性、耐潮性及耐熱性等,并可擴大膠黏劑的使范圍。目前用于膠黏劑工業(yè)的偶聯(lián)劑主要有:有機羧酸、多異氰酸酯、鈦酸酯、有機硅偶聯(lián)劑等。各類偶聯(lián)劑結(jié)構(gòu)雖不同,但作用機 理相近?,F(xiàn)以應(yīng)用較多的有機硅偶聯(lián)劑為例來說明增黏劑的作用機理。常用偶聯(lián)劑生產(chǎn)企業(yè)偶聯(lián)劑一部分是親有機基團,可與合成樹脂作用。
鈦酸酯偶聯(lián)劑(除焦磷酸型外)特別適合于不含游離水,只含化學(xué)鍵合水或物理鍵合水的干燥填充劑體系,如碳酸鈣、水合氧化鋁等。單烷氧基焦磷酸酯型:適合于含濕量較高的填充劑體系,如陶土、滑石粉等,在這些體系中,除單烷氧基與填充劑表面的羥基反應(yīng)形成偶聯(lián)外,焦磷酸酯基還可以分解形成磷酸酯基,結(jié)合一部份水。配位型偶聯(lián)劑可以避免四價鈦酸酯在某些體系中的副反應(yīng)。如在聚酯中的酯交換反應(yīng),在環(huán)氧樹脂中與羥基的反應(yīng),在聚氨酯中與聚醇或異氰酸酯的反應(yīng)等。該類偶聯(lián)劑在許多填充劑體系中都適用,有良好的偶聯(lián)效果,其偶聯(lián)機理和單烷氧基型類似。
有機硅偶聯(lián)劑如其他的有機化合物一樣,通過其碳官能團或硅官能團的反應(yīng)還可衍生出新的有機硅化合物(或聚合物)及更多功能產(chǎn)品。近年來出現(xiàn)了一些性能獨特的無機/有機雜化材料、固載化催化劑和固定化酶以及不受有機溶劑影響具分離功能的材料,而硅烷偶聯(lián)劑已成為它們不可缺少的合成原料。隨著科技進步,有機硅偶聯(lián)劑用途還會不斷擴展,其需求也會與日俱增。毫無疑問,隨著市場競爭及環(huán)境保護要求的提高,大家都希望能進一步改進有機硅偶聯(lián)劑合成方法,提高合成反應(yīng)原子利用率,減少副產(chǎn)物,降低生產(chǎn)成本,爭取零排放或無污染排放,使我國有機硅偶聯(lián)劑的生產(chǎn)和應(yīng)用綠色化。這既是社會發(fā)展的需要,也是促進有機硅產(chǎn)業(yè)進一步發(fā)展的必由之路。螯合型偶聯(lián)劑適用于樹脂基多種復(fù)合材料體系。
由于基團的差異開發(fā)了不同類型偶聯(lián)劑,每種類型對填料表面的含水量有選擇性,各類型特點:單烷氧基型;單烷氧基鈦酸酯在無機粉末和基體樹脂的界面上產(chǎn)生化學(xué)結(jié)合,它所具有的極其獨特的性能是在無機粉末的表面形成單分子膜,而在界面上不存在多分子膜。因為依然具有鈦酸酯的化學(xué)結(jié)構(gòu),所以在過剩的偶聯(lián)劑存在下,使表面能變化,粘度大幅度降低,在基體樹脂相由于偶聯(lián)劑的三官能基和酯基轉(zhuǎn)移反應(yīng),可使鈦酸酯分子偶聯(lián),這就便于鈦酸酯分子的變型和填充聚合物體系的選用。鉻絡(luò)合物偶聯(lián)是偶聯(lián)劑的一種。硅烷類偶聯(lián)劑成分情況
單烷氧基焦磷酸酯型是偶聯(lián)劑的一種類型。常用偶聯(lián)劑生產(chǎn)企業(yè)
偶聯(lián)劑能夠提高耐久性,可歸因如下幾方面。①粘接界面形成化學(xué)鍵或氫鍵結(jié)合,使界面變得更牢固、更穩(wěn)定。②改變了環(huán)氧樹脂與填料的結(jié)合性能,使膠層內(nèi)聚強度增加。③形成了環(huán)氧膠黏劑和被粘物與聚硅氧烷的新界面,防止水分和濕氣滲透到界面,有了阻擋層,增強了抗御環(huán)境腐蝕能力。④偶聯(lián)劑與環(huán)氧樹脂和被粘表面反應(yīng)生成化學(xué)鍵,使粘接力增大,粘接強度提高。⑤偶聯(lián)劑降低了環(huán)氧膠黏劑體系的黏度和表面張力,改善了對被粘物的濕潤性。⑥能減小或消除界面上的內(nèi)應(yīng)力。偶聯(lián)劑具有選擇性,也就是說,不是一種偶聯(lián)劑可以適用于任何體系,而是需要匹配,除了按照偶聯(lián)劑的有機官能團與環(huán)氧樹脂的反應(yīng)性選擇外,還要考慮體系的酸堿性。一般來說,對于酸性聚合物環(huán)氧樹脂、酸性填料(二氧化硅)更好選擇堿性偶聯(lián)劑(KH一550);反之堿性填料(氧化鋁、碳酸鈣等),應(yīng)選用酸性偶聯(lián)劑為宜。常用偶聯(lián)劑生產(chǎn)企業(yè)
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