偶联剂 简析无机粉体用偶联剂的分类及改性原理

粉体工业是重要的基础原料工业，在一些高分子材料工业和高分子复合领域中，粉体常被用作无机矿物填料。它不仅降低了材料的生产成本，而且提高了复合材料的力学性能和稳定性，甚至赋予材料一些特殊的物理化学性能，如耐腐蚀性、绝缘性和阻燃性。

但是，由于无机粉体和有机聚合物的界面性质不同，当无机粉体作为填料时，需要对其表面进行改性，以改善其物理化学性能，使其接近基体的表面性质，改善其在基体中的分散性，从而提高材料的力学性能和综合性能。

偶联剂的分类

无机粉体改性需要表面改性剂，表面改性剂种类繁多，其中偶联剂是应用最广泛的一种。它在填充体系中起到分散、耦合、相容和增强的作用。偶联剂种类繁多，可分为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、双金属偶联剂、磷酸盐偶联剂、硼酸盐偶联剂、铬络合物等高级脂肪酸、醇类、酯类的偶联剂。目前广泛使用的是硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂。

偶联剂的改性机理

偶联剂分子结构的最大特点是具有两个性质不同的官能团的低分子化合物，可以分别与无机和有机物质反应。其分子中含有两个化学性质不同的基团，其中一个是亲无机的，容易在无机粉体表面发生化学反应；另一组是亲有机的，可以与聚合物发生化学反应形成化学键。因此，偶联剂也被称为“分子桥”，用于改善无机粉体与有机物的界面，从而大大改善材料各方面的性能。

一个

硅烷偶联剂

硅烷偶联剂是人们研究和应用最早的偶联剂。它是近年来发展迅速的一种有机硅产品。品种多，结构新颖，已知结构的产品有100多种。通式为RnSiX(4-n)，其中r为非水解的有机官能团，可与高聚物结合。如甲基、乙烯基、氨基、环氧基、巯基、丙烯酰氧基丙基等。x为可水解基团，遇水溶液中的水、空气体或吸附在无机表面的水即可分解，与无机表面有良好的反应性。典型的X基团包括甲氧基、乙氧基、烷氧基、芳氧基、酰基、氯等。作用机理大致分为以下三步:(1)X基团水解为羟基；(2)羟基与无机物表面存在的羟基形成氢键或脱水成醚键；(3)R基团与有机质结合。

硅烷偶联剂主要用于粘土、滑石粉、硅灰石、炭黑、白炭黑、应时、铝粉、铁粉、氢氧化铝、二氧化硅、云母、玻璃珠等无机粉体的表面处理，但不用于碳酸钙。

2

钛酸酯偶联剂

钛酸酯偶联剂是Kenridge石化公司于20世纪70年代末开发的偶联剂。热塑性聚合物与干填料的良好耦合效果。这种偶联剂的通式为RO(4-n)Ti(OX-R'-Y)n(n=2，3)。RO-是可水解的短链烷氧基，能与无机物表面的羟基反应。该-O区可与环氧树脂中带羧基的聚合物发生酯交换反应或带羧基的酯化反应，使填料、钛酸盐和聚合物交联。OX-决定了钛酸盐的特殊功能，可以是羧基、烷氧基、磺酸基、磷基等。钛酸酯偶联剂的作用应该归因于它对界面的影响，即它可以在无机填料和有机聚合物之间形成化学键。该偶联剂的特征在于在填料表面形成单层而不是多分子层。钛酸酯偶联剂由于自身的化学结构，具有表面改性作用。

钛酸酯偶联剂可用于处理碳酸钙、滑石粉、硫酸钡、氢氧化铝等无机粉体填料。

三

铝酸酯偶联剂

铝酸酯偶联剂是福建师范大学开发的一种新型偶联剂。其结构类似于钛酸酯偶联剂。分子中有两种活性基团，其中一种可以与无机填料表面相互作用。而另一种可以和树脂分子纠缠在一起。铝酸酯偶联剂的化学通式为

其中Dn代表配位基团；RO能与无机粉末反应；COR是与聚合物粘合剂相互作用的基团。

适用于碳酸钙、硅灰石、滑石粉、高岭土、膨润土、石膏粉、氧化铝、氢氧化铝等无机粉体，氧化铁红、立德粉、二氧化钛等颜料的表面改性。

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