硅烷偶聯(lián)劑的偶聯(lián)作用機理及其在密封膠中的應用

硅烷偶聯(lián)劑在密封膠中的應用非常廣泛， 應用方式主要有底涂于被粘材料表面、 用于填料的表面改性、作為助劑與基礎(chǔ)聚合物（基膠） 共混。

2.1 硅烷偶聯(lián)劑用于底涂

自身具有較高強度的密封膠， 并非應用于所有的基材都會取得理想的粘接強度， 這可能是由于基材表面缺乏羥基， 亦可能與密封膠表面的活性基團有關(guān)。 以硅烷偶聯(lián)劑為有效成分配制底涂液，涂覆于基材表面是提高粘接強度的有效手段之一。

楊曼等 ［１６］ 將含 ＫＳＡ（－ＮＣＯ基硅氧烷化合物） 的底涂液涂覆在玻璃基材上， 研究了其對聚氨酯密封膠粘接性能的影響， 結(jié)果表明當?shù)淄恳汗毯繛?/p>

１５％，底涂液與密封膠涂敷時間間隔為 １５ｍｉｎ時，剝離強度達到 ９．５Ｎ／ｍｍ，且為內(nèi)聚破壞，在水中浸泡 ７ｄ后，剝離強度僅下降 ３２％。 向凱等人 ［１７］ 指出，對于不

同類型的建筑基材， 須選用不同的底涂才能達到理想的效果。值得注意的是，底涂液用量過大（硅烷偶聯(lián)劑在界面處濃度過高） 反而會導致粘接強度下降 ［１２，１８］ 。 這可能是因為在界面處起作用的只有偶聯(lián)劑的幾個分子層， 過多的偶聯(lián)劑會在界面處通過物理吸附或其他的作用形成疏松的“弱界面層”，減弱了硅烷偶聯(lián)劑的“鍵橋”作用。

2.2 硅烷偶聯(lián)劑用于填料顆粒的表面改性

二氧化硅、碳酸鈣、二氧化鈦等作為密封膠的填料，在密封膠的補強和增量等方面起著重要作用。 研究 ［１９］ 證明，ＣａＣＯ ３ 填料顆粒粒徑越小、粒徑分布寬度越窄，補強效果越好。 但是，即便是納米級填料顆粒，也會因為顆粒表面存在的大量羥基而呈現(xiàn)強極性和強親水性，進而形成網(wǎng)狀聚集體，難以在有機相中充分分散，也就無法充分發(fā)揮出納米效應 ［２０￣２２］ 。 胡文謙等 ［２３］ 研究了氣相白炭黑的比表面積及表面特性對硅橡膠補強效果的影響，結(jié)果表明，對白炭黑進行疏水改性可有效改善填料顆粒在有機相中的分散性， 獲得更高的交聯(lián)密度，增強補強效果。近年來， 許多研究證明硅烷偶聯(lián)劑是對填料顆粒進行表面修飾和改性的有效試劑。 王宇旋等 ［２４］ 用ＫＨ５５０、ＫＨ５６０和 ＫＨ５７０三種硅烷偶聯(lián)劑對氣相法白炭黑進行表面包覆， 研究三種改性白炭黑對聚氨酯密封膠的性能影響，結(jié)果表明經(jīng) ＫＨ５７０改性的白炭黑可用于制備綜合性能最優(yōu)的聚氨酯密封膠。 毋偉等 ［２５］ 的研究表明，硅烷偶聯(lián)劑的分子結(jié)構(gòu)對 ＳｉＯ ２的表面改性效果有著重要影響： 相比于 ＫＨ８５８而言，ＫＨ５７０因其結(jié)構(gòu)中酯基的吸電子效應， 且形成π４４ 離域鍵，可削弱雙鍵強度，易于通過聚合反應對顆粒表面進行進一步修飾。 故而，選擇合適的硅烷偶聯(lián)劑不僅對于提高密封膠性能有著重要作用， 更有望實現(xiàn)填料表面的精細設(shè)計甚至多重修飾。此外， 硅烷偶聯(lián)劑的用量亦會對改性后的 ＳｉＯ ２形態(tài)造成一定影響 ［１３］ ： 偶聯(lián)劑 ＫＨ５６０用量過少會致 ＳｉＯ ２ 顆粒表面仍含有少量物理吸附水；ＫＨ５６０用量過大，ＳｉＯ ２ 可具有良好的分散性，但難以形成良好的界面；進一步增加 ＫＨ５６０用量又會引起 ＳｉＯ ２ 表面形成有機膜。

2.3 硅烷偶聯(lián)劑作為助劑與基礎(chǔ)聚合物共混

硅烷偶聯(lián)劑是密封膠制備過程中不可或缺的組分之一， 多以助劑的形式與基礎(chǔ)聚合物及其他組分

共混 ［２６￣２８］ 。 此時，硅烷偶聯(lián)劑須從聚合物內(nèi)部遷移至界面處才能發(fā)揮作用。除此之外， 特殊結(jié)構(gòu)的硅烷偶聯(lián)劑還具有除水劑、助催化劑等作用。 有研究表明，一些結(jié)構(gòu)的硅烷偶聯(lián)劑（如乙烯基三甲氧基硅烷） 可作為除水劑除去膠料中含有的水分， 對于密封膠的儲存穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量都有所提高 ［２９］ ；而一些具有雙氨基結(jié)構(gòu)的硅烷偶聯(lián)劑中同時具有助催化作用， 其中伯氨基主要影響密封膠表干時間， 仲胺基主要影響密封膠的固化速度 ［３０］ 。 而設(shè)計具有特殊結(jié)構(gòu)的硅烷偶聯(lián)劑，可從一定程度上控制濕氣擴散速度進而影響密封膠的交

聯(lián)固化速度 ［３１］ 。

來自《硅烷偶聯(lián)劑的偶聯(lián)作用機理及其在密封膠中的應用》

杜慧翔， 黃活陽 ＊ ， 王文鵬， 張雅潔

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