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1、涂料、油墨工業(yè)

伴隨著改善物理性能和延長(zhǎng)壽命的要求更高，涂料工業(yè)對(duì)揮發(fā)有機(jī)組分法規(guī)也越來越嚴(yán)格，硅烷技術(shù)越來越引起人們的關(guān)注。
硅烷偶聯(lián)劑在涂料中，主要用于填料改性、樹脂改性和用作底涂，主要起到如下作用：提高涂膜與基材的附著力、耐水性、耐候性和耐磨性改善機(jī)體樹脂與顏料和填料的相容性、分散性，改善基體樹脂的交聯(lián)成分，提高涂膜表面的硬度
1.1涂料工業(yè)中典型應(yīng)用

經(jīng)硅烷改性的聚合物中的烷氧基在濕態(tài)下水解形成硅醇基團(tuán)，該基團(tuán)通過縮合反應(yīng)可形成交聯(lián)的聚合物涂層。
使用硅烷改性涂料聚合物主要有兩種方法：1）共聚合2）后添加。在溶劑型體系中，聚合物單體可以與硅烷通過共聚合反應(yīng)形成硅烷改性聚合物。典型產(chǎn)品有：LT-570，LT-171，LT-151等。

在水性體系中，丙烯酸酯或其他單體，與硅烷共聚可得到硅烷改性的水性丙烯酸乳液。典型產(chǎn)品：LT-171,LT-151,LT-570。

1.1.1溶劑型體系①硅烷改性丙烯酸酯聚合物將丙烯酸酯和苯乙烯單體與硅烷L(zhǎng)T-570共聚可得到硅烷改性的丙烯酸酯聚合物，從而制成濕法交聯(lián)的硅烷改性丙烯酸酯涂料（見下圖）。

經(jīng)過硅烷改性的汽車面漆具有非常好的耐候性，可以通過 QUV 加速老化實(shí)驗(yàn)器來測(cè)定涂層的保光性。如下表所示，在測(cè)試的最后階段，經(jīng)過甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（LT-570)改性的樹脂顯示出優(yōu)異的保光性，而對(duì)比樣品則出現(xiàn)黃變和龜裂。

②硅烷改性聚氨酯LT-540、LT-550或其他氨基硅烷可與含異氰酸酯封端的聚氨酯反應(yīng)生成硅烷改性的聚氨酯涂料聚合物，例下圖為不含游離異氰酸酯的濕法交聯(lián)涂料。

選取合適的硅烷來降低進(jìn)一步的反應(yīng)，這樣可以避免體系粘度持續(xù)升高，硅烷 Bosil-310就是為此目的而開發(fā)的。

1.1.2水性體系

①硅烷用于乳液聚合將丙烯酸或其他單體，與硅烷在水性體系中共聚可得到硅烷改性的丙烯酸乳液。見下圖

將1%的乙烯基硅烷L(zhǎng)T-171與醋酸乙烯和乙基丙烯酸己酯共聚，制成硅烷改性的乳膠漆，可顯著提高涂膜的附著力、耐擦洗性和耐溶劑性。

②硅烷用于聚合物后添加劑

聚合物形成后，活性的功能硅烷（主要是環(huán)氧類硅烷）可與之在水性體系中進(jìn)一步反應(yīng)，從而增加體系交聯(lián)密度、提高耐水、耐溶劑、耐化學(xué)品和耐沾污等特性。適合于此應(yīng)用的聚合物體系有：?jiǎn)谓M份水性丙烯酸酯、水性聚氨酯分散體、水性環(huán)氧和水性醇酸等。

2、粘合劑、密封膠

硅烷在粘合劑和密封膠中主要作為增粘劑、表面改性劑、交聯(lián)劑、吸濕劑和封端劑使用，可以賦予他們?nèi)缦碌囊恍┨匦裕?/p>

降低膠的粘度，提高填料和顏料的分散性、加工性和與基體的粘結(jié)性 提高基材干濕強(qiáng)度和粘結(jié)持久性防止膠的提早硫化，提高產(chǎn)品儲(chǔ)存穩(wěn)定性 提高膠硫化的均勻性提高斷裂伸長(zhǎng)率。

2.1增粘劑在縮合型硅酮密封劑和膠粘劑中，LT-550是最常用的偶聯(lián)劑，對(duì)金屬、玻璃和樹脂都有良好的粘結(jié)作用。在加成型液體硅橡膠中，LT-560使用的范圍較廣，而且往往同其他助劑同時(shí)使用，以獲得最佳的粘結(jié)效果和較大使用范圍。作為增粘劑使用的硅烷偶聯(lián)劑在密封膠和粘合劑的配方中，添加比例一般為0.5-2.0%。

可選增粘劑如下：

2.2交聯(lián)劑

硅烷交聯(lián)提高膠粘劑和密封劑的如下力學(xué)性能：1)撕裂強(qiáng)度；2)斷裂伸長(zhǎng)率；3)耐磨性；4)熱穩(wěn)定性；5)耐濕氣性能。

交聯(lián)劑

2.3表面改性劑

相對(duì)于未經(jīng)處理的填料，硅烷處理的填料在膠粘劑和密封劑基體樹脂中有較好分散性，并有如下的好處：1)降低粘度，便于處理；2)增強(qiáng)粘接；3)改善機(jī)械性能；4)提高填料加入量。

2.4除水劑

吸濕劑與水接觸后迅速水解，烷氧基硅烷尤其是D-20和LT-171被廣泛用作粘合劑和密封劑的水清除劑，并有如下一些好處：1)防止在處理過程中過早固化；2)固化更均勻；3)延長(zhǎng)非固化狀態(tài)的儲(chǔ)時(shí)間。

2.5封端劑

硅烷封端的聚氨酯（SPUR）預(yù)聚物因?yàn)槿缦碌囊恍﹥?yōu)點(diǎn)已經(jīng)被廣泛用于膠粘劑和密封劑配方中：1)良好的耐久性；2)優(yōu)異的附著力；3)良好的耐濕熱老化性能；4)易于根據(jù)不同的應(yīng)用設(shè)計(jì)分子結(jié)構(gòu)。(伯)氨基硅烷或異氰酸基硅烷都可以被用來封端聚氨酯。

封端劑

SPUR預(yù)聚物可以添加多種氨基硅烷作為粘接促進(jìn)劑,配制成具有穩(wěn)定的儲(chǔ)存期和優(yōu)異的粘接性能單組分密封膠，對(duì)玻璃、鋁、混凝土澆注體和許多通用塑料(丙烯酸類除外)可以獲得良好的粘接性能。采用雙氨基硅烷如LT-1170或LT-1122，可以明顯改善和丙烯酸類塑料的粘接。

1、線纜行業(yè)

硅烷偶聯(lián)劑在電線電纜中主要是作為交聯(lián)劑和增粘劑使用，賦予材料的如下性能：提高改性材料的熱形變穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，提高改性后的材料的濕態(tài)電氣性能，提高改性后的材料耐化學(xué)性，提高填料的添加量的同時(shí)改善加工性能。

3.1交聯(lián)劑

乙烯基硅烷是用于聚烯烴材料交聯(lián)的最常用的交聯(lián)劑，其反應(yīng)過程如下所示：

常用的乙烯基硅烷包括乙烯基三甲氧基硅烷(LT-171)、乙烯基三乙氧基硅烷(LT-151)和乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷(LT-172)，其中，乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷(LT-172)的沸點(diǎn)最高，適合于需要較高加工溫度的情況下使用；乙烯基三甲氧基硅烷的水解速度最快，適用于生產(chǎn)溫水硅烷交聯(lián)聚乙烯；乙烯基三乙氧基硅烷的水解速度較慢，適合于生產(chǎn)需要儲(chǔ)存時(shí)間比較長(zhǎng)的可交聯(lián)聚烯烴。

3.2增粘劑/表面改性劑

在低煙無鹵線纜材料的生產(chǎn)中，常會(huì)使用硅烷偶聯(lián)劑作為無機(jī)阻燃材料的表面改性劑，提高填料在樹脂或者橡膠中的分散性和與樹脂的粘結(jié)性，并改善被填充基材的加工性能、機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性。

硅烷偶聯(lián)劑在填料填充聚合物過程中增粘作用示意圖 

在生產(chǎn)低煙無鹵線纜材料過程中，有三種加入硅烷的方式：

（1）硅烷改性填料，再跟聚合物和其他助劑混合并加工，即預(yù)處理工藝。

（2）在填料、其他助劑和聚合物混合的同時(shí)，通過噴嘴加入硅烷混合并加工，即直接添加工藝。

（3）先把硅烷偶聯(lián)劑以較高比例與載體樹脂混合成色母粒，然后再把混合后的載體樹脂以一定比例與基體樹脂、填料和其他助劑混合并加工，即“干硅烷色母?！狈?。

4、玻纖和復(fù)合材料

硅烷偶聯(lián)劑是玻璃纖維增強(qiáng)聚合物的關(guān)鍵成分，玻纖極其親水，能把水吸附到界面上，如果不用硅烷處理表面，玻璃纖維和樹脂之間的結(jié)合將變?nèi)酰詈髮?dǎo)致斷裂。

有機(jī)硅烷在玻璃纖維中的作用可以歸納為：（1）在增強(qiáng)復(fù)合材料中，改進(jìn)干、濕態(tài)的力學(xué)性能使增強(qiáng)復(fù)合材料的電氣性能穩(wěn)定（2）在玻璃纖維增強(qiáng)材料的制造過程中改進(jìn)加工特性（3）在復(fù)合材料的制造中提高玻璃纖維的改進(jìn)處理（4）增加熱絕緣玻璃纖維的彈性和強(qiáng)度

硅烷偶聯(lián)劑在復(fù)合材料中形成化學(xué)鍵的作用機(jī)理如下圖：

聚合物和玻璃纖維的表面

（1）多層硅烷覆蓋，提供最佳的復(fù)合材料性能

（2）硅烷與聚合物在界面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的效果是最佳的

除了適合線纜行業(yè)聚烯烴和有機(jī)橡膠彈性體，還有其他很多種類的熱塑性樹脂可以用硅烷偶聯(lián)劑來改性。下表推薦了各種熱塑性樹脂最適合的硅烷偶聯(lián)劑品種。

熱塑性體系

5、礦物和填充物處理

礦物填充物已經(jīng)逐漸變成重要的有機(jī)聚合物添加劑和改性劑，礦物表面的金屬羥基是非常親水的，并且和有機(jī)聚合物不共溶性，烷氧基硅烷天生適合處理礦物的表面，使礦物在聚合物中能與更多的成分共容和更容易分散，甚至是使填充物變成增強(qiáng)添加劑，除了在塑料中應(yīng)用，硅烷改性的礦物在橡膠，特別是輪胎的應(yīng)用中也變得越來越重要。

表面具有硅和氫氧化鋁的礦物極其容易和硅烷結(jié)合，用于填充體系的白炭黑（氣相法和沉淀法）、玻璃珠、石英、沙子、滑石粉、云母、粘土和硅灰石使用硅烷偶聯(lián)劑都非常有效。其他含金屬羥基材料，如氫氧化鎂、氧化鐵、氧化銅和氧化錫反應(yīng)性一般，但也能獲得不錯(cuò)的益處，通常硅烷和炭黑、石墨、碳酸鈣的結(jié)合能力差。

硅烷處理可以通過以下方式改善礦物改性產(chǎn)品的工藝性能、力學(xué)性能和耐久性：增強(qiáng)礦物和聚合物之間的粘合改善礦物對(duì)聚合物的浸濕性能促進(jìn)礦物在聚合物中分撒改善電學(xué)性能提高機(jī)械性能。

特定應(yīng)用中選擇適用何種硅烷應(yīng)該根據(jù)所需硅烷的優(yōu)勢(shì)特征所決定。所有的烷氧基都可以與礦物填充物表面結(jié)合，如果硅烷專為提供表面疏水而設(shè)計(jì)，那么應(yīng)選擇具有疏水性的硅烷，如甲基、丁基、辛基等，如果硅烷處理專為在聚合物混合物中礦物共容性而設(shè)計(jì)，那么硅烷上的有機(jī)基團(tuán)的特征應(yīng)該和聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)相似（如辛基和長(zhǎng)鏈烷基將有助于礦物在聚烯烴混合物中的共容和分散）。如果硅烷處理為了將填充物結(jié)合到聚合物上，那么應(yīng)該選擇有機(jī)反應(yīng)硅烷，從化學(xué)特性上講，它將結(jié)合到聚合物存在的反應(yīng)性位點(diǎn)。

下表介紹了礦物填充物的作用

根據(jù)聚合物類型推薦的多種聚合物相配有機(jī)反應(yīng)性硅烷偶聯(lián)劑

6、橡膠混煉

在橡膠行業(yè)，硅烷的獨(dú)特性質(zhì)被用于提高性能和改善工藝性能，硅烷在橡膠配方中充當(dāng)偶聯(lián)劑和分散劑。

由于在增強(qiáng)型橡膠中使用無機(jī)填料取代炭黑帶來的好處使硅烷在有機(jī)橡膠業(yè)中得到了很廣泛的應(yīng)用。

和炭黑相比，白炭黑和其他無機(jī)填料能使橡膠獲得更優(yōu)異的物理性質(zhì)和性能，然而要使非炭黑填料起到作用必須用到硅烷偶聯(lián)劑，為了使無機(jī)填料和有機(jī)彈性體有效結(jié)合，硅烷的使用是其中一個(gè)關(guān)鍵因素，機(jī)理和前面礦物和填料處理類似，甲氧基或者乙氧基將和白炭黑或者粘土表面強(qiáng)力粘結(jié)，有機(jī)官能團(tuán)將和橡膠聚合物鍵合，機(jī)理見圖示

上述應(yīng)用的一個(gè)具體例子就是在綠色輪胎中使用白炭黑/硅烷技術(shù)，可以對(duì)輪胎產(chǎn)生以下影響：增強(qiáng)耐磨性減少滾動(dòng)阻力、提高燃料經(jīng)濟(jì)性、在潮濕和冰雪路面上的抓地力。