【2017年整理】偶联剂及偶联剂在填料中的应用.ppt

偶联剂;一、 概述;炭黑纳米复合材料; 从图中，可以看到，偶联剂的加入，可以明显改善两种物质间的界面作用，以及改善分散性。;;二、硅烷偶联剂;2、作用机理 （1）X基水解为羟基； （2）羟基与无机物表面存在的羟基生成氢键或脱水成醚键； （3）R基与有机物相结合。;3、水解条件 三烷氧基硅烷与水的作用是偶联作用的基础，大部分硅烷经水解后为水溶性的，因此常用水作稀释剂配成溶液使用。 ;4、使用方法;①预处理法;硅烷偶联剂用量 实际应用中真正起偶联作用的是少量的偶联剂所形成的单分子层。 若无机填料比表面积不明时，可确定为填料量的1%左右；针对密度较小的填料时，用溶剂稀释使用效果更好。 热处理、干燥条件也是影响矿物表面改性效果的重要因素。加热干燥过程实际上是矿物表面上部分氢键脱水形成共价键的过程。如果干燥脱水不充分，残留的氢键。容易从外界吸收水分，从而影响改性效果，进而影响复合材料的性能。; 在有机基体与无机填料混合的过程中，同时加入硅烷偶联剂原液，然后进行成型加工或经高剪切混合挤出、切粒制成母料。 特点：填料不必预处理，硅烷偶联剂的浓度也可任意调整，并且可以一步完成复合材料制品的配料。但要得到与预处理法相同的处理效果，必须使用三倍于预处理法的硅烷偶联剂。 有机基体官能基不同，与硅烷偶联剂的反应速度也不同。例如聚氨酯与氨基硅烷的反应速度就比环氧基与氨基硅烷的反应速度快。 ;5、应用 硅烷偶联剂可用于许多无机填料，其中在含硅酸成分多的玻璃纤维、石英粉及白碳黑中效果最好，在陶土和水合氧化铝中次之，对不含游离水的碳酸钙效果欠佳。 硅烷偶联剂的有机基对聚合物的反应有选择性，例如氨基可与环氧树脂、酚醛树脂、尼龙、乙烯基聚合物或一些热固性弹性体反应，但一般硅烷偶联剂上的有机基与聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS树脂等聚合物缺乏足够的反应性，在这些体系中偶联效果差。;6、常见硅烷偶联剂;A-151(乙烯基三乙氧基硅烷 ) ;KH560(γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷 );三、钛酸酯偶联剂;2、分类 单烷氧基型 单烷氧基焦磷酸酯型 螯合型 配位体型;3、作用机理 钛酸酯偶联剂的作用机理较为复杂，但它的多功能性与一剂多用的特征十分引人注目。;①单烷氧基钛酸酯 单烷氧基可与填料表面上的羟基氢原子反应，形成化学键合。另外三个有机长链可与聚合物分子发生缠绕，这样就将聚合物与填料紧密地结合在一起。 单烷氧基钛酸酯在填料表面形成的是单分子层，而不是像硅烷偶联剂那样形成多分子层。 单分子层的形成可以获得良好的分散性、湿润性和偶联效果，能够防止填充体系的黏度增大，保持良好的流动性，这样可以实现高填充量。;②单烷氧基焦磷酸酯型偶联剂 该类偶联剂适合于含湿量较高的填料体系，如陶土、滑石粉、高岭土等。 在这些体系中，除单烷氧基与填料表面的羟基反应形成偶联外，焦磷酸酯基还可分解形成磷酸酯基，结合一部分水。 这类偶联剂的典型品种是三（二辛基焦磷酰氧基）钛酸异丙酯（TTOPP-38）。 ;③螯合型钛酸酯偶联剂 该类偶联剂适用于高湿填料和含水聚合物体系，如湿法二氧化硅、陶土、滑石粉、硅酸铝、水处理玻璃纤维、炭黑等。 在高温体系中，一般单烷氧基型钛酸酯由于水解稳定性差，偶联效果不好，而螯合型钛酸酯具有极好的水解稳定性，适于在高温状态下使用。 根据螯合环的不同，这类偶联剂分两种基本类型：螯合100型，螯合基为氧代乙酰氧基；螯合200型，螯合基为二氧亚乙基。;④配位体型钛酸酯偶联剂 为了避免四价钛酸酯在某些体系中的副反应而研制的，这些反应包括：在聚酯中的酯交换反应；在环氧树脂中与羟基的反应；在聚氨酯中与聚醚与异氰酸酯的反应等。 该类偶联剂适用于许多填充体系，其偶联机理与单烷氧基钛酸酯类似。 ;3、特性;多数钛酸酯都不同程度地与酯类增塑剂发生酯交换反应，因此，酯类增塑剂的加入也应在填料、偶联剂和聚合物充分混合形成偶联之后。 单烷氧基钛酸酯在干燥或煅烧法填料体系中效果最好，在含游离水的湿填料中效果较差，此时应选用焦磷酸酯型钛酸酯。 对于比表面积大的湿填料最好选用螯合型钛酸酯偶联剂。 钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂可以并用，产生协同效应，例如用螯合型钛酸酯处理经硅烷偶联剂处理过的玻璃纤维，偶联效果大幅度提高。;4、用量;5、使用方法;四、其它偶联剂;（二）锆类偶联剂 锆类偶联剂是美国卡维东化学公司于1983年开发成功的一类偶联剂。锆类偶联剂不仅可以促进无机物和有机物的结合，而且还可以改善填料体系的性能。 它的特点是能显著降低填料体系的黏度，它可以抑制填充粒子间的相互作用