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有機矽偶聯劑作用機理河南萬山化工有限公司
編輯:一分快三技巧大小玩法   時間:2017-02-21

矽烷偶聯劑作用和效果以被人們認識和肯定,但界面上極少量的偶聯劑為什麼會對複合材料的性能産生如此顯著的影響,現在還沒有一套完整的偶聯機理來解釋。偶聯劑在兩種不同性質材料之間界面上的作用機理已有不少研究,并提出了化學鍵合和物理吸着等解釋。其中化學鍵合理論是最古老卻又是迄今為止被認為是比較成功的一種理論。

1. 化學結合理論

   該理論認為偶聯劑含有一種化學官能團,能與玻璃纖維表面的矽醇基團或其他無機填料表面的分子作用形成共價鍵;此外,偶聯劑還含有一種别的不同的官能團與聚合分子鍵合,以獲得良好的界面結合,偶聯劑就起着在無機相與有機相之間相互連接的橋梁似的作用。

下面以矽烷偶聯劑為例說明化學鍵理論。例如氨丙基三乙氧基矽烷,當用它首先處理無機填料時(如玻璃纖維等),矽烷首先水解變成矽醇,接着矽醇基與無機填料表面發生脫水反應,進行化學鍵連接,反應式如下:

矽烷中的基團水解——水解後羟基與無機填料反應——經偶聯劑處理的無機料填進行填充制備複合材料時,偶聯劑中的Y基團将與有機高聚物相互作用,最終搭起無機填料與有機物之間的橋梁。

矽烷偶聯劑的品種很多,通式中Y基團的不同,偶聯劑所适合的聚合物種類也不同,這是因為基團Y對聚合物的反應有選擇性,例如含有乙烯基和甲基丙烯酰氧基的矽烷偶聯劑,對不飽和聚酯樹脂和丙烯酸樹脂特别有效。其原因是偶聯劑中的不飽和雙鍵和樹脂中的不飽和雙鍵在引發劑和促進劑的作用下發生了化學反應的結果。但含有這兩種基團的偶聯劑用于環氧樹脂和酚醛樹脂時則效果不明顯,因為偶聯劑中的雙鍵不參與環氧樹脂和酚醛樹脂的固化反應。但環氧基團的矽烷偶聯劑則對環氧樹脂特别有效,又因環氧基可與不飽和聚酯中的羟基反應,所以含環氧基矽烷對不飽和聚酯也适用;而含胺基的矽烷偶聯劑則對環氧、酚醛、三聚氰胺、聚氨酯等樹脂有效。含-SH的矽烷偶聯劑則是橡膠工業應用廣泛的品種。

通過以上兩反應,矽烷偶聯劑通過化學鍵結合改善了複合材料中高聚物和無機填料之間的粘接性,使其性能大大改善,那麼偶聯劑的處理效果如何?可通過理論粘結力的推算進行表征。

根據界面化學的粘接理論,膠粘劑與被粘物之間單位面積的次價鍵粘接力主要考慮色散力。

2、浸潤效應和表面能理論

1963年,ZISMAN在回顧與粘合有關的表面化學和表面能的已知方面的内容時,曾得出結論,在複合材料的制造中,液态樹脂對被粘物的良好浸潤是頭等重要的,如果能獲的完全的浸潤,那麼樹脂對高能表面的物理吸附将提供高于有機樹脂的内聚強度的粘接強度。

3、可變形層理論

為了緩和複合材料冷卻時由于樹脂和填料之間熱收縮率的不同而産生的界面應力,就希望與處理過的無機物鄰接的樹脂界面是一個柔曲性的可變形相,這樣複合材料的韌性最大。偶聯劑處理過的無機物表面可能會擇優吸收樹脂中的某一配合劑,相間區域的不均衡固化,可能導緻一個比偶聯劑在聚合物與填料之間的多分子層厚得多的撓性樹脂層。這一層就被稱之為可變形層,該層能松弛界面應力,阻止界面裂縫的擴展,因而改善了界面的結合強度,提高了複合材料的機械性能。

4、約束層理論

與可變形層理論相對,約束層理論認為在無機填料區域内的樹脂應具有某種介于無機填料和基質樹脂之間的模量,而偶聯劑的功能就在于将聚合物結構“緊束”在相間區域内。從增強後的複合材料的性能來看,要獲得最大的粘接力和耐水解性能,需要在界面處有一約束層。

至于钛酸酯偶聯劑,其在熱塑體系中及含填料的熱固性複合物中與有機聚合物的結合,主要以長鍊烷基的相溶和相互纏繞為主,并和無機填料形成共價鍵。以上假設均從不同的理論側面反應了偶聯劑作用機制。在實際過程中,往往是幾種機制共同作用的結果。

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