产品概述
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产品概述

偶联剂(Coupling Agent)是一种用于高分子聚合物(塑料、橡胶、热固性树脂)制品中的功能性添加剂,它通常可以在两种不同的材料界面发挥一种类似于“分子桥”的作用,偶合、联接两种不同表面特性的材料或物质(主要是有机聚合物和无机物)。

硅烷偶联剂(Silane Coupling Agent)是一种以硅为中心原子的偶联剂,又因其具有多种功能而被称为有机功能硅烷(Organofunctional Silane),它是最主要的一种偶联剂产品。硅烷偶联剂从化学分类上看它是一种小分子的有机硅化合物,这与硅树脂、硅橡胶和硅油等有机硅的聚合物(硅酮)有着明显的区别,但它也具有有机硅材料的一些共同特性(如制品的耐热性较好、表面能较低等)。

硅为4价元素,硅烷偶联剂通常是以硅为中心原子,在其上连接有1个有机反应基团Y3个无机反应基团R。因此,硅烷偶联剂的基本化学结构可以表示为:Y-Si-R3,其中的有机反应基团Y可以是氨基、环氧基、丙烯酰氧基、乙烯基、脲基、巯基、硫基、异氰酸酯基、烷基、苯基等官能团,这些有机官能团可以与相匹配的热固性树脂进行相应的化学反应进而形成牢固的化学键,或通过氢键吸附、范德华力、网络互穿结构等物理作用而与热塑性树脂形成物理键合;无机反应基团R通常就是烷氧基(甲氧基、乙氧基等),它在有微量水存在的情况下即可发生水解作用而生成硅羟基-OH,硅羟基-OH可再与无机物材料表面存在的羟基-OH发生缩合,从而与无机物材料表面形成牢固的化学键合。硅烷偶联剂就是通过上述基理和双向反应,能够在无机材料和高分子聚合物(特别是热固性树脂)之间形成牢固的结合,从而显著改善树脂基复合材料的力学性能、电气性能、耐水性等。

硅烷偶联剂最主要的应用就是用于提高树脂涂层对底材(特别是玻璃、陶瓷、金属等)的附着力和无机矿物粉体或纤维与所填充、增强的树脂的结合力。硅烷偶联剂的用途已从最初的玻璃钢扩展到树脂涂层和树脂基复合材料的方方面面,其典型应用领域包括玻璃纤维、轮胎、橡胶、塑料、油漆、涂料、油墨、胶粘剂、密封胶、玻璃钢、磨料磨具、树脂砂铸造、磨具磨具、摩擦材料、人造石、印染助剂等。

硅烷偶联剂通常是以三氯氢硅(HSiCl3)为合成基础原料,通过硅氢加成反应引进有机官能团Y(如与氯丙烯加成反应制成3-氯丙基三氯硅烷,或与乙炔加成反应制成乙烯基三氯硅烷,或与烯丙基缩水甘油醚进行加成反应制成3-缩水甘油醚氧基丙基三氯硅烷等),再通过醇解反应制成相应的烷氧基硅烷(用甲醇醇解,就制成三甲氧基硅烷;用乙醇醇解,就制成三乙氧基硅烷等)。这是常用的合成路线,工艺稳定、成熟。近些年来,也出现了以硅粉和醇直接反应合成三烷氧基硅烷,再分别以三甲氧基硅烷或三乙氧基硅烷为原料,再通过硅氢加成反应制成硅烷偶联剂的新工艺,称为“一步法”工艺。

硅烷偶联剂的发展历史可追溯到上世纪40 年代,1947年美国约翰霍普金斯大学的Ralph K.Witt等人通过研究发现烯丙基三甲氧基硅烷处理对玻璃纤维/不饱和聚酯复合材料具有极好的增强效果,从而开创了硅烷偶联剂实际应用的历史。随后,美国联合碳化物公司(Union Carbide)和道康宁公司(Dow Corning)率先实现了工业化生产,硅烷偶联剂逐渐进入到工业化应用阶段。

我国1950年中科院化学所研制成KH-550KH-560KH-570KH-590 γ 型硅烷偶联剂;1954 年,南京大学周庆立教授等人合成了一系列的α型官能团硅烷偶联剂,从而共同奠定了中国硅烷偶联剂工业发展的基础。经过近60年的发展,伴随我国石化、有机硅等相关行业的发展,硅烷偶联剂行业已经发展成为一个较为成熟的行业,合成工艺成熟稳定、不断优化,原料供给充足,产品应用领域广阔。国产硅烷偶联剂不仅在国内占领绝大部分的市场份额,而且在国际上具有较强竞争力,批量出口,中国已成为除欧美日以外最主要的硅烷偶联剂生产国和出口国。

随着一系列新型硅烷偶联剂的问世,特别是它们独特的性能与显著的改性效果使其应用领域不断扩大。硅烷偶联剂是继有机硅工业中三大产品——硅油、硅橡胶、硅树脂之后的第四大类,在有机硅工业中的地位日趋重要,已成为现代有机硅工业、有机高分子工业和复合材料工业及相关高技术领域中不可缺少的配套化学助剂。

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