1、硅烷偶聯(lián)劑分類(lèi)

　　X和Y是兩類(lèi)反應(yīng)特性不同的活性基團(tuán)。其中，X易與無(wú)機(jī)物中的玻璃、陶土、二氧化硅、金屬、金屬氧化物等產(chǎn)生牢固的結(jié)合（化學(xué)或物理的）；而Y則易與 有機(jī)物中的樹(shù)脂、橡膠等產(chǎn)生良好的結(jié)合（化學(xué)或物理的），正是由于其分子中同時(shí)存在親有機(jī)和親無(wú)機(jī)的兩種功能團(tuán)，因此，通過(guò)硅烷偶聯(lián)劑就可以把有機(jī)材料和無(wú)機(jī)材料這兩種性質(zhì)差異很大的材料牢固粘合在一起（偶聯(lián)），從而獲得滿(mǎn)意的粘接。這就是硅烷偶聯(lián)劑名稱(chēng)的由來(lái)。

　　按連接在硅原子上可水解基團(tuán)（即X基團(tuán)）的數(shù)量不同，硅烷偶聯(lián)劑可分為三官能型和二官能型兩大類(lèi)，近年來(lái)，還出現(xiàn)了官能團(tuán)為聚合物的聚合物型硅烷偶聯(lián)劑。在國(guó)外，由于硅烷偶聯(lián)劑的生產(chǎn)主要為幾家大公司所控制，為了形成壟斷，各立牌號(hào)。因此，同一種有機(jī)硅產(chǎn)品，市場(chǎng)上可以出現(xiàn)幾個(gè)牌號(hào)，名目繁多。目前，美國(guó)聯(lián)合碳化公司（UCC）是世界上最大的硅烷偶聯(lián)劑有機(jī)硅膠生產(chǎn)廠(chǎng)家，其所擁有的品種也最多。

　　2、硅烷偶聯(lián)劑的應(yīng)用

　　硅烷偶聯(lián)劑最早是作為玻璃纖維增強(qiáng)塑料的玻纖處理劑而開(kāi)發(fā)的。由于硅烷偶聯(lián)劑改善了玻纖與樹(shù)脂之間的粘合，從而顯著提高了增強(qiáng)塑料的機(jī)械性能。隨著復(fù)合材料的迅速發(fā)展，硅烷偶聯(lián)劑無(wú)論在品種或產(chǎn)量的發(fā)展速度也很快。近年來(lái)，利用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)某些材料引入特定功能性基團(tuán)，可以改進(jìn)材料的表面性質(zhì)，獲得防靜電、防霉、防臭、防凝血和生理惰性等，成為硅烷偶聯(lián)劑新用途的開(kāi)端。正是由于許多重要應(yīng)用領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)，硅烷偶聯(lián)劑成為有機(jī)硅的一個(gè)重要分支。

　　硅烷偶聯(lián)劑是由硅氯仿（HSiCl3）和帶有反應(yīng)性基團(tuán)的不飽和烯烴在鉑氯酸催化下加成，再經(jīng)醇解而得。硅烷偶聯(lián)劑實(shí)質(zhì)上是一類(lèi)具有有機(jī)官能團(tuán)的硅烷，在其分子中同時(shí)具有能和無(wú)機(jī)質(zhì)材料（如玻璃、硅砂、金屬等）化學(xué)結(jié)合的反應(yīng)基團(tuán)及與有機(jī)質(zhì)材料（合成樹(shù)脂等）化學(xué)結(jié)合的反應(yīng)基團(tuán)。可用通式Y(jié)（CH2） nSiX3表示，此處，n=0～3；X－可水解的基團(tuán)；Y一有機(jī)官能團(tuán)，能與樹(shù)脂起反應(yīng)。X 通常是氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基、乙酰氧基等，這些基團(tuán)水解時(shí)即生成硅醇（Si（OH）3），而與無(wú)機(jī)物質(zhì)結(jié)合，形成硅氧烷。Y是乙烯基、氨 基、環(huán)氧基、甲基丙烯酰氧基、巰基或脲基。這些反應(yīng)基可與有機(jī)物質(zhì)反應(yīng)而結(jié)合。

　　因此，通過(guò)使用硅烷偶聯(lián)劑，可在無(wú)機(jī)物質(zhì)和有機(jī)物質(zhì)的界面之間架起"分子橋"，把兩種性質(zhì)懸殊的材料連接在一起， 起提高復(fù)合材料的性能和增加粘接強(qiáng)度的作用。硅烷偶聯(lián)劑的這一特性最早應(yīng)用于玻璃纖維增強(qiáng)塑料（玻璃鋼）上， 作玻璃纖維的表面處理劑，使玻璃鋼的機(jī)械性能、電學(xué)性能和抗老化性能得到很大的提高，在玻璃鋼工業(yè)中的重要性早已得到公認(rèn)。

　　目前，硅烷偶聯(lián)劑的用途已從玻璃纖維增強(qiáng)塑料（FRP）擴(kuò)大到玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性塑料（FRTP）用的玻璃纖維表面處理劑、無(wú)機(jī)填充物的表面處理劑以及密 封劑、 樹(shù)脂混凝土、水交聯(lián)性聚乙烯、樹(shù)脂封裝材料、殼型造型、輪胎、帶、涂料、膠粘劑、研磨材料（磨石）及其它的表面處理劑。

　　在硅烷偶聯(lián)劑這兩類(lèi)性能互異的基團(tuán)中，以Y基團(tuán)最重要、它對(duì)制品性能影響很大，起決定偶聯(lián)劑的性能作用。只有當(dāng)Y基團(tuán)能和對(duì)應(yīng)的樹(shù)脂起反應(yīng)， 才能使復(fù)合材料的強(qiáng)度提高。一般要求Y基團(tuán)要與樹(shù)脂相容并能起偶聯(lián)反應(yīng)。所以，一定的樹(shù)脂得選擇含適當(dāng)Y基團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑。 當(dāng)Y為無(wú)反應(yīng)性的烷基或芳基時(shí)，對(duì)極性樹(shù)脂是不起作用的，但可用于非極性樹(shù)脂，如硅橡膠、聚苯乙烯等的膠接中。當(dāng)Y含反應(yīng)性官能基，要注意它與所用樹(shù)脂的 反應(yīng)性及相容性。當(dāng)Y含氨基時(shí)，是屬于催化性的，能在酚醛、脲醛、三聚氰胺甲醛的聚合中作催化劑，也可作為環(huán)氧和聚氨酯樹(shù)脂的固化劑，這時(shí)偶聯(lián)劑完全參與反應(yīng)，形成新鍵。氨基硅烷類(lèi)的偶聯(lián)劑是屬于通用型的，幾乎能與各種樹(shù)脂起偶聯(lián)作用，但聚酯樹(shù)脂例外。x 基團(tuán)的種類(lèi)對(duì)偶聯(lián)效果沒(méi)有影響。

　　因此，根據(jù)Y基團(tuán)中反應(yīng)基的種類(lèi)，硅烷偶聯(lián)劑也分別稱(chēng)為乙烯基硅烷、氨基硅烷、環(huán)氧基硅烷、巰基硅烷和甲基丙烯酰氧基硅烷等，這幾種有機(jī)官能團(tuán)硅烷是最常用的硅烷偶聯(lián)劑。

　　硅烷偶聯(lián)劑的應(yīng)用大致可歸納為三個(gè)方面：

　　（一）用于玻璃纖維的表面處理，能改善玻璃纖維和樹(shù)脂的粘合性能，大大提高玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的強(qiáng)度、電氣、抗水、抗氣候等性能，即使在濕態(tài)時(shí)，它對(duì)復(fù)合材料機(jī)械性能的提高，效果也十分顯著。

　　目前，在玻璃纖維中使用硅烷偶聯(lián)劑已相當(dāng)普遍，用于這一方面的硅烷偶聯(lián)劑約占其消耗總量的50％，其中用得較多的品種是乙烯基硅烷、氨基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷等。

　　（二）用于無(wú)機(jī)填料填充塑料。可預(yù)先對(duì)填料進(jìn)行表面處理，也可直接加入樹(shù)脂中。能改善填料在樹(shù)脂中的分散性及粘合力，改善工藝性能和提高填充塑料（包括硅膠制品，橡膠橡膠）的機(jī)械、電學(xué)和耐氣候等性能。

　　（三）用作密封劑、粘接劑和涂料的增粘劑，能提高它們的粘接強(qiáng)度、耐水、耐氣候等性能。硅烷偶聯(lián)劑往往可以解決某些材料長(zhǎng)期以來(lái)無(wú)法粘接的難題。

　　硅烷偶聯(lián)劑作為增粘劑的作用原理在于它本身有兩種基團(tuán)；一種基團(tuán)可以和被粘的骨架材料結(jié)合；而另一種基團(tuán)則可以與高分子材料或粘接劑結(jié)合，從而在粘接界面形成強(qiáng)力較高的化學(xué)鍵，大大改善了粘接強(qiáng)度。硅烷偶聯(lián)劑的應(yīng)用一般有三種方法：一是作為骨架材料的表面處理劑；二是加入到粘接劑中，三是直接加入到高分子材料中。從充分發(fā)揮其效能和降低成本的角度出發(fā)，前兩種方法較好。

　　硅烷偶聯(lián)劑在膠粘劑工業(yè)的具體應(yīng)用有如下幾個(gè)方面：

　　①在結(jié)構(gòu)膠粘劑中金屬與非金屬的膠接，若使用硅烷類(lèi)增粘劑，就能與金屬氧化物縮合，或跟另一個(gè)硅烷醇縮合，從而使硅原子與被膠物表面緊緊接觸。如在丁腈酚醛結(jié)構(gòu)膠中加入硅烷作增粘劑，可以顯著提高膠接強(qiáng)度。

　　②在膠接玻璃纖維方面國(guó)內(nèi)外已普遍采用硅烷作處理劑。它能與界面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而提高膠接強(qiáng)度。例如，氯丁膠膠接若不用硅烷作處理劑時(shí)，膠接剝離強(qiáng)度為1.07公斤／厘米2，若用氨基硅烷作處理劑，則膠接的剝離強(qiáng)度為8.7公斤／厘米2。

　　③在硅橡膠與其他材料的膠接方面，硅烷增粘劑具有特殊的功用。它明顯地提高各種硅橡膠制品與其它材料的膠接強(qiáng)度。例如，玻璃與聚氨酯橡膠膠接時(shí)，若不用硅烷作處理劑，膠的剝離強(qiáng)度為0.224公斤／厘米2，若加硅烷時(shí)，剝離強(qiáng)度則為7.26公斤／厘米2。

　　④本來(lái)無(wú)法用一般粘接劑解決的粘接問(wèn)題有時(shí)可用硅烷偶聯(lián)劑解決。如鋁和聚乙烯與金屬、硅橡膠與有機(jī)玻璃，都可根據(jù)化學(xué)鍵理論，選擇相應(yīng)的硅烷偶聯(lián)劑，得到滿(mǎn)意的解決。例如，用乙烯基三過(guò)氧化叔丁基硅烷（Y一4310）可使聚乙烯與鋁箔相粘合；用丁二烯基三乙氧基硅烷可使硅橡膠與金屬的扯離強(qiáng)度達(dá)到 21.6～22.4公斤／厘米2。

　　一般的粘接劑或樹(shù)脂配合使用偶聯(lián)劑后不僅能提高粘合強(qiáng)度，更主要的是增加粘合力的耐水性及耐久性。如聚氨基甲酸酯和環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)許多材料雖然具有高的粘合力，但粘合的耐久性及耐水性不太理想；加入硅烷偶聯(lián)劑后，這方面的性能可得到顯著的改善。

　　硅烷偶聯(lián)劑的其它方面應(yīng)用還包括：

　　①使固定化酶附著到玻璃基材表面，

　　②油井鉆探中防砂，

　　③使磚石表面具有憎水性，

　　④通過(guò)防吸濕作用，使熒光燈涂層具有較高的表面電阻；

　　⑤提高液體色譜柱中有機(jī)相對(duì)玻璃表面的吸濕性能。

　　硅烷偶聯(lián)劑新開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)重要應(yīng)用是用于生產(chǎn)水交聯(lián)聚乙烯，這項(xiàng)工藝是美國(guó)陶康寧公司開(kāi)發(fā)的，目前已商業(yè)化。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)在用有機(jī)硅乳液處理毛紡織物的試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)用硅烷偶聯(lián)劑與有機(jī)硅乳液并用，可以提高毛紡織物的服用性能。