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          偶聯劑的定義與分類以及技術指標

          偶聯劑是指能改善填料與高分子材料之間界面特性的一類物質。其分子結構中存在兩種官能團:一種官能團可與高分子基體發生化學反應或至少有好的相容性;另一種官能團可與無機填料形成化學鍵。偶聯劑可以改善高分子材料與填料之間的界面性能,提高界面的粘合性,改善填充或增強后的高分子材料的性能。
              偶聯劑最早由美國聯合碳化物公司(UCC)為發展玻璃纖維增強塑料而開發。早在20世紀40年代,當玻璃纖維首次用作有機樹脂的增強材料,制備目前廣泛使用的玻璃鋼時,發現當它們長期置于潮氣中,其強度會因為樹脂與親水性的玻璃纖維脫粘而明顯下降,進而不能得到耐水復合材料。鑒于含有官能團的有機硅材料是同時與二氧化硅(即玻璃纖維的主要成分)和樹脂有兩親關系的有機材料及無機材料的“雜交”體,試用它作為“粘合劑”或偶聯劑,來改善有機樹脂與無機表面的粘接,以達到改善聚合物性能的目的,就成為科技工作者的一大設想,并在實際應用中取得了較好的效果。因此自20世紀40年代初至60年代是偶聯劑產生和發展時期,并形成了第一代硅烷類偶聯劑。目前,工業上使用偶聯劑按照化學結構分類可分為:硅烷類,鈦酸酯類,鋁酸酯類,有機鉻洛合物,硼化物,磷酸酯,鋯酸酯,錫酸酯等。它們廣泛地應用在塑料橡膠等高分子材料領域之中。
          1.硅烷類偶聯劑
              在眾多的偶聯劑品種中,硅烷類偶聯劑是研究得最早且被廣泛應用的品種之一。這類偶聯劑的通式可寫為RSiX3,其中R是與聚合物分子有親和力和反應能力的活性官能團,如乙烯基、氨丙基、環氧基、甲基丙烯酰基、胺基和巰基等;X為能夠水解的烷氧基,如甲氧基、乙氧基等。硅烷的偶聯作用常常被簡單的描述成排列整齊的硅烷系分子層在聚合物和填料之間形成共價鍵橋。硅烷偶聯劑對含有極性集團的填充體系偶聯效果較明顯,而對非極性體系則效果不顯著,對碳酸鈣填充復合體系效果不佳
          2.鈦酸酯偶聯劑
              鈦酸酯偶聯劑是70年代后期由美國肯利奇石油化學公司開發的一種新型偶聯劑。對于熱塑性聚合物和干燥的填料,有良好的偶聯作用,這類偶聯劑可用通式:(ROO(4-n) Ti(OX-R’Y)n(n=2,3)表示。其中RO-是可水解的短碳鏈烷氧基,能與無機表面羥基起反應,從而達到化學偶聯的目的;OX-可以是0基、烷氧基、磺酸基、磷基等,這些基團很重要,決定鈦酸酯所具有的特殊性能,如磺酸基賦予有機聚合物一定的觸變性;焦磷酰氧基有阻燃、防銹和增強粘接的性能;亞磷酰氧基可提供抗氧、耐燃性能等,因此通過OX-的選擇,可使鈦酸酯兼具偶聯和其他特殊性能;R’-是長碳鍵烷羥基,它比較柔軟,能和有機聚合物進行彎曲纏結,使有機物和無機物的相容性得到改善,提高材料的抗沖擊強度;Y是羥基、胺基、環氧基或含雙鍵基團等,這些基團連接在鈦酸酯分子的末端,可與有機聚合物進行化學反應而結合在一起。鈦酸酯偶聯劑進一步擴大了硅烷偶聯劑的使用范圍,使非極性的鈣塑填充體系的偶聯效果明顯提高。此外根據特殊官能團的不同,又可以分為單烷氧基類,螯合型及配位型三種。以上兩種類偶聯劑是目前廣泛生產和使用的品種。
          3.鋁酸酯偶聯劑
            這類偶聯劑是國內自行開發的品種,可改善制品的物理機械性能,如提高沖擊強度,提高熱變型溫度,可與鈦酸酯偶聯劑相媲美。另外其成本低,價格僅為鈦酸酯偶聯劑的一半,具有色淺,無毒,使用方便等特點,熱穩定性比鈦酸酯還好,它與鈦系偶聯劑的最大差異在于對炭黑等顏料的分散性有極優的效果,因此在涂料方面的應用甚多。
          4.有機鉻絡合物偶聯劑
              這類偶聯劑由美國杜邦公司開發,是一種由0酸與三價鉻氯化物形成的配位絡合物,牌號為Volan。多年來,鉻與甲基丙烯酸的絡合物一直被用做聚酯和環氧樹脂增強用的玻璃纖維的標準處理劑,玻璃纖維的Volan處理劑還能賦予玻璃纖維優良的抗靜電性和別的工藝性能,因此由鉻產生的綠色普遍看作是“偶聯了的”玻璃纖維對塑料增強的標準。
          5.其他類型偶聯劑
          多種無機酸鹽都曾被用作增強塑料的偶聯劑,并取得應用。它們包括磷酸酯,硼酸酯、錫酸酯、鋯酸酯以及鋯鋁酸酯等。同時有人在碳酸鈣填充聚丙烯復合體中,將碳酸鈣用丙烯酸丁酯作為表面處理劑處理后,也能提高碳酸鈣在聚丙烯中的分散性和相容性,使復合材料的性能提高。若在上述復合體系中,分別加入聚丙烯與馬來酸酐或丙烯丁酯的接枝共聚物后,也能改進復合體系的分散性和相容性,以及提高復合材料的各種性能。
          偶聯劑的新品種仍在不斷開發過程中。