硅烷偶聯(lián)劑的結構通式為Y-(CH2)n-SiX3,其中X為可水解基團,與無機填料形成牢固的化學鍵;Y為有機活性基團,與聚合物發(fā)生反應?;诓煌奶幚韺ο螅绾握_選用硅烷偶聯(lián)劑呢?
選用硅烷偶聯(lián)劑時,通常通過經(jīng)驗和試驗預選,其原則是硅烷偶聯(lián)劑與處理對象的化學特性和應用需求相匹配。以下是一些常見材料的硅烷偶聯(lián)劑的選用規(guī)律:
(1)不飽和聚酯:硅烷偶聯(lián)劑通常含有乙烯基基團和甲基丙烯酰氧基基團
(2)環(huán)氧樹脂:硅烷偶聯(lián)劑通常含有環(huán)氧基基團或氨基基團
(3)酚醛樹脂:硅烷偶聯(lián)劑通常含有氨基基團或脲基基團
(4)聚烯烴:硅烷偶聯(lián)劑多選用乙烯基基團
(5)硫化橡膠:硅烷偶聯(lián)劑含有烴基
需要特別注意的是,異質(zhì)材料的黏接強度受多種因素影響,如表面能、潤濕性、界面吸附性、酸堿性、共價鍵反應等。因此,預選偶聯(lián)劑有時候可能無法實現(xiàn)最佳效果,因為材料成分及其與硅烷偶聯(lián)劑反應的敏感性也需要權衡。
為提高材料的水解穩(wěn)定性并降低改性成本,可以將三烴基硅烷偶聯(lián)劑與其他硅烷類偶聯(lián)劑復合使用。另外,對于難以黏接的材料,可將不同類型的硅烷偶聯(lián)劑復合使用,以達到最優(yōu)的黏附效果。
硅烷偶聯(lián)劑的增黏效果主要通過與材料形成化學鍵(如共價鍵)、氫鍵作用、潤濕作用、改善表面能效應、調(diào)整材料的結晶性、控制酸堿反應,以及生產(chǎn)互穿聚合物網(wǎng)絡等多種機制。
對無機材料選擇硅烷偶聯(lián)劑時,應考慮以下因素:
①無機材料表面的羥基濃度:羥基濃度越高,偶聯(lián)效果越佳。
②無機材料表面的羥基類型:孤立羥基、締合羥基對硅烷偶聯(lián)劑的反應活性不同。
③水解穩(wěn)定性:無機材料與硅烷偶聯(lián)劑形成的共價鍵需具備良好的水解穩(wěn)定性,以確保在潮濕環(huán)境下仍能保持較高的黏接強度。
④無機材料的結構與特性:粗糙度、孔隙率、結晶度等會影響偶聯(lián)效果。
對于要求高度耐水性的應用場合,若傳統(tǒng)硅烷偶聯(lián)劑形成的化學鍵水解穩(wěn)定性不足,可考慮使用雙官能團或多官能團的硅烷偶聯(lián)劑,這些硅烷偶聯(lián)劑能形成緊密的網(wǎng)狀結構,顯著提高材料的耐水性和整體性能。特別地,在底膠中,雙爪硅烷因其獨特的網(wǎng)狀結構而備受青睞。