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一文带你了解化工行业最重要的助剂之一——偶联剂
来源: 发布时间:2022-02-24
关于偶联剂,很多人对它的印象还处于染发剂中会出现的酚类、胺类,间苯二酚等一类的典型的偶联剂。但事实上,它在玻璃工艺、金属、陶瓷、胶黏剂工业等领域有着十分广泛的应用。
偶联剂最早由美国联合碳化物公司(UCC)为发展玻璃纤维增强塑料而开发。早在40年代,人们用它作为“粘合剂”或偶联剂,来改善有机树脂与无机表面的粘接,以达到改善聚合物性能的目的,就成为科技工作者的一大设想,并在实际应用中取得了较好的效果。因此自40年代初至60年代是偶联剂产生和发展时期,并形成了第一代硅烷类偶联剂。
偶联剂是指分子两端含有极性不同基团的化合物,它可以提高物品粘接强度,在玻璃工艺、金属、陶瓷、胶黏剂工业等领域有着十分广泛的应用。
偶联剂的分类
硅烷偶联剂
硅烷偶联剂是研究得最早且应用最广的偶联剂,由美国联合碳化物公司(U.C.C.)为发展玻璃纤维增强塑料而开发,已有30多年的历史。在分子中具有两种以上不同的反应基的有机硅单体,它可以和有机材料与无机材料发生化学键合(偶联)。
它的通式可写为RSiX3,其中:R是与聚合物分子有亲和力和反应能力的活性官能团,如乙烯基氯丙基、环氧基、甲基丙烯酰基、胺基和巯基等;X为能够水解的烷氧基,如甲氧基、乙氧基等。
硅烷偶联剂用作表面处理剂,可以改善室温固化硅橡胶与金属的粘合性能;用于无机填料填充塑料时,可以改善其分散性和粘合性;用作增粘剂,在水电站工程中提高水泥与环氧树脂的粘合性;用作密封剂,具有耐水、耐高温、耐气候等性能,用于氟橡胶与金属的粘合密封。
钛酸酯偶联剂
钛酸酯偶联剂最早出现于 20 世纪 70 年代。1974 年 12 月美国 Kenrich 石油化学公司报道了一类新型的偶联剂,它对许多干燥粉体有良好的偶联效果。此后加有钛酸酯偶联剂的无机物填充聚烯烃复合材料相继问世。目前钛酸酯偶联剂已成为复合材料不可缺少的原料之一。我国于80年代初期也对钛酸酯偶联剂进行了应用研究。钛酸酯偶联剂按其化学结构可分为 4 类:单烷氧基脂肪酸型、磷酸酯型、螯合型和配位体型。
在钛酸酯偶联剂的应用中,钛酸酯偶联剂用量一般为无机填料的 0.125 %~2 %。钛酸酯偶联剂与硅烷偶联剂有协同效果,但要控制各自的用量。不同类型的钛酸酯偶联剂具有不同作用,能够取长补短,达到更满意的效果,必要时也可混合使用。
铝酸酯偶联剂
铝酸酯偶联剂是由福建师范大学研制的一种新型偶联剂,其结构与钛酸酯偶联剂类似,分子中存在两类活性基团,一类可与无机填料表面 作用;另一类可与树脂分子缠结,由此在无机填料与基体树脂之间产生偶联作用。
铝酸酯偶联剂在改善制品的物理性能,如提高冲击强度和热变形温度方面,可与钛酸酯偶联剂相媲美;并且其成本较低,且具有色浅 无毒、使用方便等特点,热稳定性能优于钛酸酯偶联剂。
其它偶联剂
锆类偶联剂是含铝酸锆的低分子量的无机聚合物。它不仅可以促进不同物质之间的粘合,而且可以改善复合材料体系的性能,特别是流变性能。该类偶联剂既适用于多种热固性树脂,也适用于多种热塑性树脂。此外还有镁类偶联剂和锡类偶联剂。
我国的偶联剂发展现状
偶联剂是塑料加工行业的重要助剂之一,与其他改善型助剂相比用量较大。自20世纪60年代我国成功开发第一个偶联剂产品以来,已经形成了以硅烷类和钛酸酯类为主体,其他偶联剂为补充的偶联剂行业体系。
随着高性能和高功能化材料的迅速发展,偶联剂进入更广阔的应用领域。因此,硅烷偶联剂已成为有机硅工业、复合材料工业、高分子工业中不可缺少的助剂之一。随着行业壁垒的出现,企业想要异军突起,对偶联剂质量的把控成为关键。高分子行业等的发展也有赖于偶联剂的品质发展。