硅烷偶联剂的作用机理有哪些 影响硅烷偶联剂作用的因素有哪些

一、硅烷偶联剂的作用机理有哪些

硅烷偶联剂是一类具有特殊结构的低分子有机硅化合物，它在表面处理，填充塑料，用作密封剂、粘接剂和涂料的增粘剂等领域应用广泛，但对于它的作用机理，人们尚无完整统一的认识，目前研究的理论主要有以下四种：

1、化学键理论

该理论认为，硅烷中X基团能与无机材料表面的羟基起反应形成化学键，Y基团能与树脂起反应形成化学键。这两种化学性质差别很大的材料以化学键“偶联”起来，获得良好的联接，这也是这类化合物被称为偶联剂的原因。化学键理论一直比较广泛被用来解释偶联剂的作用，特别是如何选择偶联剂有一定的实际意义。

2、浸湿效应和表面效应

在复合材料的制造中，液态树脂与被粘物的良好浸润是头等重要的。如果能获得完全全的浸润，那么树脂对高能表面的物理吸的粘接强度将远高于有机树脂内聚强度。用合适的硅烷偶联剂处理玻璃纤维（或其它无机材料）表面，会提高其表面张力，从而促使有机树脂能在无机物表面的浸润与展开。

3、形态理论

无机材料上的硅烷处理剂会以某种方式改变邻近有机聚合物的形态，从而改进粘接效果。可变形层理论认为，可产生一个挠性树脂层以缓和界面应力；而约束层理论认为，硅烷可将聚合物结构“紧束”在相间区域中。

4、其它理论

界面上的的偶联剂可能起着多种别的功能，如可能产生一种润滑作用，借以保护无机材料免遭水的应力腐蚀。此外，还有酸碱反应理论，可逆水解键理论、可逆水解机理等。

二、影响硅烷偶联剂作用的因素有哪些

硅烷偶联剂起到的作用受到多方面因素的影响，具体包括：

1、硅烷的水解

（1）离去基团（水解基团）

Si-NR2>Si-Cl>Si-NH-Si>Si-O(O=C)CH3>Si-OCH3>Si-OCH2CH3

（2）pH

弱酸性条件下有利于硅烷的水解，不利于缩合反应。

（3）化学结构（有机基团）

如果有多重取代基（苯或叔丁基），增加位阻效应，有利于行成稳定的硅醇键。

2、硅烷的缩合

（1） pH

弱碱性条件有利于缩合反应，不利于水解的稳定性。

（2）化学结构（有机基团）

有机部分取代基越少，越有利于脱水缩合。

（3）温度

表面共价键的形成具有一定的可逆性。当水被除去时，通常通过加热到120℃，30-90分钟或真空2-6小时，键可能形成、断裂和重组，以缓解内应力。

（4）硅烷浓度

硅烷加入水中且溶解度低，则有利于高聚合度，聚硅氧烷层的厚度也由硅氧烷溶液的浓度决定。虽然通常需要单层吸附，但通常使用的溶液会产生多层吸附。据计算，从0.25%的硅烷溶液沉积到玻璃上可以产生3到8个分子层。

3、有机材料的方面

不同的化学结构，反应的条件和难易程度有很大差异。

4、无机材料方面

（1）表面羟基的浓度

（2）表面羟基的类型

（3）所形成键的水解稳定性

（4）基材的物理尺寸或基材的特性

含羟基的无机材料，羟基的种类和含量有很大差异。中性条件下，刚熔融行成的无机物表面羟基含量较低；基材表面含有大量的吸附水，影响硅烷偶联剂与基材的耦合反应；含有氢键的邻硅烷醇与硅烷偶联剂反应更容易，而孤立的或游离的羟基反应不太容易。

5、表面张力

临界表面张力与固体的润湿性或释放特性有关。它可以更好地预测固体与一系列液体的行为。表面张力低于基材临界表面张力（γc）的液体会润湿表面，即显示接触角为0（cosθe=1）。临界表面张力对于任何固体都是唯一的，并且通过绘制不同表面张力的液体的接触角的余弦图并外推到1来确定。

γsv–γsl=γlv•cosθ   杨氏模量方程

γSL=临界面表面张力，γLV=液体表面张力

临界表面张力大于45达因/厘米的表面通常会观察到亲水行为。随着临界表面张力的增加，接触角的预期下降伴随着更强的吸附行为和增加的放热。临界表面张力小于35达因/厘米的表面通常会观察到疏水行为。首先，临界表面张力的降低与亲油行为有关，即烷烃油对表面的润湿。当临界表面张力降低到20达因/厘米以下时，表面会抵抗烷烃油的润湿，并且被认为是疏油和疏水的。