硅烷应用介绍

1、a.简介dynasylan粘合促进剂可用于所有必须在有机高分子和无机材料（如填料、增强材料或玻 璃和金属表血）间形成化学键的场合。粘性的增加可提高复合材料的机械性能和电性能，如 拉伸强度、弯曲强度、切口冲击强度、耐磨性、压缩永久变形性、弹性模量、体积电阻、抗 感应损耗性和介电常数。这种应用特适于暴露于湿气后。dynasylan粘合促进剂不仅可与无机基材也可与有机聚合物反应，从而在两者之间形成强 的化学键。这种性能源于硅烷的分子结构。它含有的三个烷氧基，经水解后可与无机材料的 活性区域发生反应。此外，该硅烷含有一个通过一条短碳链与硅原子紧密结合的功能基，该 功能基可与适当的树脂进行化学反应。表1

2、： dynasylan粘合促进剂dynasylan商品名化学结构化学名称ameoh2n(ch2)3si(oc2h5) 33 氨基丙基三乙氧基硅烷ameo-t工业纯3 氨基丙基三乙氧基硅烷1211聚乙二醇醍改性氨基硅烷1151水性氨基硅烷水解产物，不含甲醇1505h2n(ch2)3si(ch3)(oc2h5)23-氨基丙基-甲基-二乙氧基硅烷1506特殊的氨基烷氧基硅烷配方， 含溶剂2201h2n-co-nh(ch2)3si(oc2h5)33 服基丙基三乙氧基硅烷，50%甲醇溶液ammoh2n(ch2)3si(och 3) 33-氨基丙基三甲氧基硅烷1302h2n(ch2)3 si(oc2h4)

3、2och333氨基丙基三（2冲氧基乙氧基乙 氧基）硅烷1110h3c-nh(ch2)3si(och 3)3n甲基3氨基丙基三甲氧基硅烷damoh2n(ch2)2nh(ch2)3si(och3)3n 氨基乙基氨基丙基三甲氧基硅烷 damo-t工业纯n-氨基乙基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷1117二氨基功能化硅烷配方，含40%活性 成分的甲醇溶液1411h2n(ch2)nh(ch2)3si(ch3)(och3)3n 氨基乙基氨基丙基甲基二甲氧 基硅烷triamo三氨基功能化丙基-三甲氧基硅烷imeoh2c-n-(ch2)3 si(oc2h5)33-4,5-二氢化咪哩基j 丙基三乙氧基h2c chnh

4、2c=c(ch3)coo(ch2)3si(och3)3硅烷memo3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷glymoh2cchch2o(ch2)3si(och3)33-缩水基甘油基丙基三甲氧基硅烷3201hs(ch2)3si (oc2h5) 33-毓基丙基三乙氧基硅烷mtmohs(ch2)3si (och3) 33-疏基丙基三甲氧基硅烷3403hs(ch2)3si (ch3) (och3) 23 蔬基丙基甲基二甲氧基硅烷cpteoci(ch2)3si(oc2h5)33-氯代丙基三乙氧基硅烷cptmoci(ch2)3si(och3)33-氯代丙基三甲氧基硅烷8405ci(ch2)3si(ch3)(och

5、3)23-氯代丙基甲基二甲氧基硅烷8211nc(ch2)3 si(oc2h5)33-睛基丙基三乙氧基硅烷vtcch2=chsici3乙烯基三氯化硅vteoch2=chsi(oc2h5)3乙烯基三乙氧基硅烷vtmoch2=chsi(och3)3乙烯基三甲氧基硅烷silfin乙烯基功能化硅烷配方vtmoeoch2=chsi(oc2h4 och3)3乙烯基三（2甲氧基乙氧基）硅烷表2：物理一-化学数据dynasylan分子量比重20°c折光率沸点闪点商品名（克/厘米3）(n2%）（°c/百帕）(°c)ameo2210.951.42269/493ameo-t0.951.4

6、269/49312111.01.455200/10135711511.051.363>65ammo1791.021.425194/10139013024431.071.45010515051910.921.428202/10138515060.91.43200-230/101319damo2221.031.447270/1013136damo-t1.031.44574/49014112060.981.453约 254-271/101390triamo1.041.465114-168/413711101930.981.421210/10138222010.921.39513imeo2741

7、.011.453134/3110memo2481.0471.43285/1110glymo2361.071.42990/1122mtmo1961.061.44585/19634031801.01.45796/4082cpteo2411.011.418230/101394cptmo1991.081.423195/10138484051831.031.427185/10136782112310.9671.41680/198vteo1900.901.398158/101338vtmo1480.9681.390123/101322vtmoeo2801.0451.430108/3115dynasylan

8、粘合促进剂为无色到淡黄色的低粘度液体（工业纯为黄色）。除dynasylan mem0夕卜，dynasylan粘合促进剂在密封良好、隔绝湿气的容器内可贮存超 过一年，而不会发生质量损失。dynasylan mem0的稳定贮存期为6个月。b作用机制（反应模型）dynasylan粘合促进剂是单体型有机功能化硅烷化合物。其分子中含有数个可水解的烷氧 基和一个功能基团。该功能基团通过一个牢固的sic键与硅原子结合，可有数个成员。or通式：y（ch2）nsiorory二功能基团r二烷基由该通式可推断出两种类型可能反应：- 一方面，烷氧基可水解生成能与无机基材反应的硅烷醇。- 另一方面，功能基团可与适当的有

9、机树脂反应。表1中列出的dynasylan粘合促进剂显示，烷氧基和功能基团都可有多种，其中烷氧基仅 影响水解速度，可能还会影响无机材料的润湿性；而功能基团的选择对各种类型聚合物的粘 合促进剂作用具有决定性的重要性。实验表明硅烷的种类对特定的聚合物具有最佳的粘合促进作用（见表3所列的硅烷清单）。表3：不同聚合物最适宜的粘合促进剂a）热固性塑料硅烷聚酯memo, vteo, vtmo, vtmoeo环氧树脂ameo, ammo, 1505, damo, 1411, 1110, glymo, cpteo, cptmo丙烯酸酯树脂memo, vteo, vtmo, vtmoeo酚醛树脂ameo, 12

10、11, 1511, 1505, 1506, damo, 1411, 1110, 2201, imeo- 咲喃树脂ameo, 2505, 1506, damo, 1411, 1110, 2201密胺树脂ameo, 1505, damo, glymob）热塑性塑料聚氯乙烯ameo,damo,trimo,cpteo,cptmo-聚酯ameo,glymo聚碳酸酯ameo,damo聚酰胺ameo,damo,1117聚苯乙烯memo,glymo聚醋酸乙烯酯ameo,damo,glymo- 聚乙烯memo,vteo, vtmo, vtmoeo,silfin聚丙烯ameo,memo,vteo,vtmo,vtm

11、oeoabs树脂memo,glymo苯乙烯丙烯購树脂memo,glymo聚飒ameoc）弹性体聚氨酯三元乙丙橡胶乙烯醋酸乙烯树脂聚硫瞇ameo, 1302, damo, glymomemo, vteo, vtmo, vtmoeo, glymo, mtmomemo, vteo, vtmo, vtmoeo, ameoglymo, mtmo, 3403硅烷的粘合促进作用可分以下几个阶段來阐述:1.硅烷的水解y-(ch2)m-si(or)3+3h2oh+/oh+ y-(ch2)n-si(oh)3+3hor催化剂该反应可在处理无机材料（如给玻璃纤维上浆）z前在水溶液屮进行，也可通过与填料表面 的水层作用

12、而进行。水解产物水溶液的稳定性（直至因发生缩合反应生成硅氧烷而产生浑浊 的时间）取决于硅烷在溶液中的浓度以及溶液的ph值。2.与无机物表面键合无oh机物oh表oh+ (ho)3si(ch2) n- yhozxho0 si(ch2) n y/h o0r/除玻璃表面外，许多填料和金属表面的键合反应的粘合机理还没有进行过基础性研究。粘结 过程中包含两种作用：化学键合（si-0-si）和物理键合（氢键）可应用以下通用原则：为了清除过量的水以及使硅烷醇中未键合的oh基团相互缩合，预处理后的干加工工艺有利 于获得最佳的键合作用。生成的薄层可提高无机物表面（如玻璃）的疏水性能，并起保护作用。并且，如果使用特

13、定 的硅烷还可提高无机材料的自由流动性能。3.硅烷化无机表面与有机聚合物的反应ohohohoh硅烷的功能基(如乙烯基)在活化后可与聚合物反应生成化学键。该功能必须容易与树脂反 应，这是在硅烷化无机表面和树脂之间形成最佳键合的决定性因素。表5中所列的强度数据表明，dynasylan me mo因含有反应性双键，它对玻璃纤维增强的 聚酯棒材的粘性比其它硅烷要强得多。表5：不同粘合促进剂对玻璃纤维增强聚酯棒材强度的影响硅烷弯曲强度(牛顿/毫米2)水处理前在100°c的水中放置72小时后无916240vteo740285glymo990380ameo920270memo11007204. d

14、ynasylan粘合促进剂的典型反应4.1乙烯基硅烷与水反应:品种ph7吋溶解性水解产物水溶液的制备vtmo达5%ph3-5条件下水解vteo不溶ph3-5条件下水解vtmoeo达5%ph3-5条件下水解与聚合物反应:乙烯基硅烷可通过共缩聚反应被引入硅橡胶树脂，并可与不饱和树脂如苯乙烯反应生成共聚 物。4.2氨基硅烷与水反应：该类硅烷溶于水，并有自催化效应。水解产物的水溶液稳定。1%水溶液的ph值约为11-12与下列化合物反应：酸hx g x h3n(ch2)3si(or)3酯 r'coor 0 rzcnh(ch2)3si(or)3酮 r ：o0 rz2c=n(ch2)3si(or)3

15、醛 r'cho rzc=n(ch2)3si(or)3h氯代烧r'xa rrnh(ch2)3si(or)3与活化的双键反应：ch2=chx + h2n(ch2)3si(or)3 xch2ch2nh(ch2)3si(or)3 和(x-ch2-ch2)2n-(ch2)3si(or)3(x= cn, conh2，coor)4.3缩水甘油基硅烷与水反应：该类硅烷在水中的溶解度可达5%,水解反应可自催化进行，或用酸催化。与以下化合物反应：h2ooh oh h2cchch2o(ch2)3si(och3)3酸或碱胺 rnh2 rnh ohh2cchch2o(ch2)3si(och3)3酸 hx

16、x oh h2cchch2o(ch2)3si(och3)3醇 rohro oh h2cchch2o(ch2)3si(och3)34.4甲基丙烯基硅烷与水反应：该类硅烷溶于ph值为3-5的水中，并发生水解。水解时间取决于ph值,一般为15-25分钟。 水解产物只在有限时间内是完全澄清的，时间长短収决于ph值和硅烷浓度。与聚合物反应:dynasylan memo与乙烯基硅烷反应类似。c. 填料和无机材料的预处理方法填料常用來增强有机聚合物和（或）降低成本。应用的目的是为了保持或提高聚合物的机械 性能和电性能。用硅烷对材料进行预处理可使填料表面亲有机化，这样，可通过与有机聚合物连结而提高其 与聚合物

17、的润湿性。经硅烷预处理后，可使无机填料疏水化。以下是一些无机产品实例：玻璃纤维玻璃和矿物棉石英粉砂髙岭土滑石其他硅酸盐填料碳酸钙氧化铁其他无机颜料因为这些不同的材料可用于许多应用领域，所以必须根据其用途调节预处理方法。预处理可 由以下途径來实施。1. 在水性介质中预处理溶解少量（约0.1-0.5%）硅烷于一定ph值的去离子水或水和溶剂的混合物中水解。然后把 待处理的材料浸渍在该溶液屮，通过过滤或挤压除去液体，再于120-130°c干燥。2. 在有机溶剂中预处理把硅烷溶于可含水的、并且必要吋可溶解催化剂的溶剂（如醇、桂、氯代怪等）中进行水解 或部分水解。无机材料通过搅拌加入该溶液中，通

18、过过滤或挤压除去液体，在干燥。3. 把硅烷喷涂到无机材料上进行预处理把所需质量的硅烷通过一个高效混合器喷涂到填料上，并混合好。硅烷可以以纯硅烷、溶剂 稀释或水解产物等形式使用。可通过干燥工艺除去痕量的醇和水。4. 在树脂中加入硅烷在该预处理方法中，硅烷被混入混合物，英必要条件是：在贮存过程中，树脂必须不与硅烷 反应，因为否则的话，该粘合促进剂的活性会下降。该方法特适用于铸造树脂和橡胶工业, 因为这些场合的最终产物的填料含量高。5. 金属、玻璃和陶瓷表面的预处理先溶解0.5-2%的浓缩硅烷溶液于一溶剂中，如异丙醇。所得溶液通过浸渍、喷涂或刷涂施于 无机物表面。然后根据材料不同可马上干燥或在120

19、-180°c条件下放置一段较长时间（2-5 分钟）。已证明，在预处理过程中使用硅烷的控制水解产物比使用纯硅烷溶液更好。因为水解产物不 需要进一步的水解过程，可在施用后马上干燥。这些水解产物可获得更独特的效果。另一种光滑表面可能的预处理方法需使用专门的硅烷底漆，该硅烷底漆不需要特殊的固化条 件并具有粘合促进作用。d. 预处理所需硅烷用量的计算为获得最佳的粘合促进作用或拒水性，理论上每个填料粒子上都必须有一层硅烷单分子膜。 如果已知填料的表面积和硅烷的比润湿面积（见表5）,就可以由下式计算出形成一层单分 子膜所需的硅烷质量填料质量（克）x填料的比表面积（米彳/克）硅烷质量（克）二硅烷的比

20、润湿面积（米彳/克）但是实践发现，为获得最佳的粘合促进作用，并没有必要按计算用量使用硅烷，最宜用量可 大可小。硅烷在填料整个表血上的分布取决于表面的活性和所用的预处理方法。材料比表面积（米2/克）无碱玻璃0.1-0.2石英1-2高岭土7燉烧粘土7聚硅酸铝1碳酸钙5硅酸钙2.6表5：填料的表面积和硅烷的润湿面积dynasylan比润湿面积（米彳/克）vtmo526vteo410vtmoeo278memo314glymo330ameo353以下是一个汁算所需硅烷用量的实例: 硅酸钙填料的表面积=2.6米彳/克填料质量二1千克=1000克硅烷：memomemo 用量=（1000x2.6） 4-314

21、=8.3 克即对1千克硅酸钙进行预处理吋，形成一层单分子膜所需的memo用量为8.3克。e. 应用领域1. 玻璃纤维工业玻璃纤维产品（如毡、粗纱、短切玻璃丝束、缩绒纤维和玻璃棉等）常用作塑料的增强材料。 因为未经处理的玻璃表面对聚合物的粘性不好，特别是暴露于湿气中后，所以要通过上浆或 涂饰处理使玻璃表面亲有机化，除其它成分（如润湿剂、成膜剂和抗静电剂）夕卜，所用的上 浆液和涂饰液含大约0.05-0.4%的硅烷。在玻璃表面的预处理过程中，所用硅烷必须能在水 溶液中或玻璃表面立即水解，并能与玻璃表面的活性中心成键。理论上，烷氧基性质仅影响水解速率。用不同的三烷氧基乙烯基硅烷进行试验，发现这些集 团

22、也会影响润湿性，使在玻璃纤维表面的成膜性有一定限制，这可由下表看出：表6：玻璃纤维增强试样的弯曲强度dynasylan在100°c水中放置后的弯曲强度（牛顿/厘米2）0小时72小时玻璃纤维增强聚酯树脂试样无硅烷920 (100%)240 (100%)vteo740 (80%)290 (120%)vtmoeo850 (92%)350 (146%)glymo980 (106%)380 (158%)memo1100 (120%)720 (300%)玻璃纤维增强环氧树脂试样无硅烷850 (100%)380 (100% )ameo950 (112%)790 (208%)glymo1030 (1

23、21%)790 (208%)与树脂成键的决定性因素是功能基与各类树脂的反应性°上表表明，甲基丙烯基硅烷memo 对不饱和聚酯树脂的效果最好，而氨基硅烷ameo或缩水甘油基硅烷glymo对环氧树脂的效果最好。2. 铸造工业冷固化的酚醛树脂和咲喃树脂是铸造工业重要的合成树脂粘合剂。已证明用氨基功能化 dynasylan 粘合促进剂（ameo, ameo-t, 1505,1506, damo, damo-t, 1411,2201）对这 些酚醛树脂和咲喃树脂进行改性有利于获得高强度的树脂粘合模塑材料。下面的实例显示其 机械强度的提高可超过300%o实例：dynasylan粘合促进剂对酚醛树脂

24、和咲喃树脂粘合剂的影响实验过程：通过测试gf试样条的弯曲强度來试验dynasylan ameo-t, 1505和1506对酚醛树脂（配料1）和咲喃树脂（配料2）粘合剂的影响配料1 （酚醛树脂粘合剂）2000克石英砂（frenchen f 32石英砂，quarzwerke有限公司）9.6克固化剂（65%的对甲苯磺酸水溶液）24克酚醛树脂（试验树脂摩尔比苯酚/甲醛约为1:1.6；碱含量约0.9%； ph值约8）配料2 （咬喃树脂粘合剂）2000克石英砂（frenchen f 32石英砂，quarzwerke有限公司）9.6克固化剂（65%的对甲苯磺酸水溶液）24克咲喃树脂（试验树脂摩尔比树脂/甲醛

25、/糠醇约为1:4.4/4.6；固含量约30%； ph值约 为 5.5）试样条的制备：先用捏合机（vogelschemmann kg的laboumischer捏合机）将石英砂和固 化剂混合1分钟，然后混入树脂（混合时间：2分钟）。把已准备好的机械混合物填入一柱 塞式设备的有十个模腔的模具内压塑。刮去突出来的多余混合物。30分钟后，从模具中取 出已部分固化的试样条，试样条的弯曲强度由gf强度测试仪测试，每次同时测试两个试样 条，所得数据见下表。表7：树脂粘合gf试样条的弯曲强度配料固化一-1-小时候的弯曲强度（牛顿/厘米j5各值之和强度增加 百分比2341酚醛树脂粘合剂：添加硅烷后放置40天无有机

26、功能化硅烷6560555035265100加 0.2%ameo-t8010511511590505191加 0.2%1505120170175175165805304加 0.2%15061201451551651507252741咲喃树脂粘合剂：添加硅烷后放置90天无有机功能化硅烷100190170160175795100加 0.2%ameo-t1152352402302801110138加 0.2%15051503303753554451655208加 0.2%150616027034039039015501953. 填充弹性体对于以丁苯橡胶、氯丁橡胶、二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、异戊二烯橡

27、胶和聚氨酯为基体 的弹性体体系，使用dynasylan粘合促进剂可提高树脂对填料的粘性，从而提高材料的机 械强度（如弹性模量、拉伸强度、切口冲击强度和耐磨性），在暴巖于湿气后也能提高材料 的电性能。4. 密封材料由聚氨酯、聚硫醸、聚酯、丙烯酸酯类和丁基树脂等为基体组成的密封材料在工业上具 有广泛用途。他们对建筑材料、淘气、铝和玻璃的粘性可通过添加少量的反应性 dynasylan粘合促进剂来得以提高。当这些材料在潮湿环境放置一段时间后，其粘合促 进作用特别明显，因为密封材料中的粘合促进剂可改变密封材料的拉伸强度和贮存期, 其配方应适当调整。另一种选择是用硅烷底漆对基材进行预处理。5. 硅烷交联聚乙烯dynas