偶聯(lián)劑KH550

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_{偶聯(lián)劑}

本詞條由“科普中國(guó)”科學(xué)百科詞條編寫(xiě)與應(yīng)用工作項(xiàng)目 審核 。
在塑料配混中，改善合成樹(shù)脂與無(wú)機(jī)填充劑或增強(qiáng)材料的界面性能的一種塑料添加劑。又稱表面改性劑。它在塑料加工過(guò)程中可降低合成樹(shù)脂熔體的粘度，改善填充劑的分散度以提高加工性能，進(jìn)而使制品獲得良好的表面質(zhì)量及機(jī)械、熱和電性能。
其用量一般為填充劑用量的0.5～2%。偶聯(lián)劑一般由兩部分組成：一部分是親無(wú)機(jī)基團(tuán)，可與無(wú)機(jī)填充劑或增強(qiáng)材料作用；另一部分是親有機(jī)基團(tuán)，可與合成樹(shù)脂作用。
中 文 名   偶聯(lián)劑                   外文名   coupling reagent
分子結(jié)構(gòu)   分子中含有化學(xué)性質(zhì)不同   分    類(lèi)   鉻絡(luò)合物、硅烷類(lèi)、鈦酸酯類(lèi)
應(yīng)用領(lǐng)域   玻纖、玻璃鋼：           類(lèi)    型   塑料配混

簡(jiǎn)介

偶聯(lián)劑是一類(lèi)具有兩不同性質(zhì)官能團(tuán)的物質(zhì)，其分子結(jié)構(gòu)的最大特點(diǎn)是分子中含有化學(xué)性質(zhì)不同的兩個(gè)基團(tuán)，一個(gè)是親無(wú)機(jī)物的基團(tuán)，易與無(wú)機(jī)物表面起化學(xué)反應(yīng)；另一個(gè)是親有機(jī)物的基團(tuán)，能與合成樹(shù)脂或其它聚合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或生成氫鍵溶于其中。因此偶聯(lián)劑被稱作“分子橋”，用以改善無(wú)機(jī)物與有機(jī)物之間的界面作用，從而大大提高復(fù)合材料的性能，如物理性能、電性能、熱性能、光性能等。偶聯(lián)劑用于橡膠工業(yè)中，可提高輪胎、膠板、膠管、膠鞋等產(chǎn)品的耐磨性和耐老化性能，并且能減小NR用量，從而降低成本。偶聯(lián)劑在復(fù)合材料中的作用在于它既能與增強(qiáng)材料表面的某些基團(tuán)反應(yīng)，又能與基體樹(shù)脂反應(yīng)，在增強(qiáng)材料與樹(shù)脂基體之間形成一個(gè)界面層，界面層能傳遞應(yīng)力，從而增強(qiáng)了增強(qiáng)材料與樹(shù)脂之間粘合強(qiáng)度，提高了復(fù)合材料的性能，同時(shí)還可以防止其它介質(zhì)向界面滲透，改善界面狀態(tài)，有利于制品的耐老化、耐應(yīng)力及電絕緣性能。

發(fā)展歷史

偶聯(lián)劑最早由美國(guó)聯(lián)合碳化物公司（UCC）為發(fā)展玻璃纖維增強(qiáng)塑料而開(kāi)發(fā)。早在40年代，當(dāng)玻璃纖維首次用作有機(jī)樹(shù)脂的增強(qiáng)材料，制備廣泛使用的玻璃鋼時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)它們長(zhǎng)期置于潮氣中，其強(qiáng)度會(huì)因?yàn)闃?shù)脂與親水性的玻璃纖維脫粘而明顯下降，進(jìn)而不能得到耐水復(fù)合材料。鑒于含有官能團(tuán)的有機(jī)硅材料是同時(shí)與二氧化硅（即玻璃纖維的主要成分）和樹(shù)脂有兩親關(guān)系的有機(jī)材料及無(wú)機(jī)材料的“雜交”體，試用它作為“粘合劑”或偶聯(lián)劑，來(lái)改善有機(jī)樹(shù)脂與無(wú)機(jī)表面的粘接，以達(dá)到改善聚合物性能的目的，就成為科技工作者的一大設(shè)想，并在實(shí)際應(yīng)用中取得了較好的效果。因此自40年代初至60年代是偶聯(lián)劑產(chǎn)生和發(fā)展時(shí)期，并形成了第一代硅烷類(lèi)偶聯(lián)劑。工業(yè)上使用偶聯(lián)劑按照化學(xué)結(jié)構(gòu)分類(lèi)可分為：硅烷類(lèi)，鈦酸酯類(lèi)，鋁酸酯類(lèi)，有機(jī)鉻洛合物，硼化物，磷酸酯，鋯酸酯，錫酸酯等。它們廣泛地應(yīng)用在塑料橡膠等高分子材料領(lǐng)域之中。

分類(lèi)

按偶聯(lián)劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)及組成分為有機(jī)鉻絡(luò)合物、硅烷類(lèi)、鈦酸酯類(lèi)和鋁酸化合物四大類(lèi)： 

鉻絡(luò)合物偶聯(lián)

劑 鉻絡(luò)合物偶聯(lián)劑開(kāi)發(fā)于50年代初期，由不飽和有機(jī)酸與三價(jià)鉻離子形成的金屬鉻絡(luò)合物，合成及應(yīng)用技術(shù)均較成熟，而且成本低，但品種比較單一。

硅烷偶聯(lián)劑

硅烷偶聯(lián)劑的通式為RSiX3，式中R代表氨基、巰基、乙烯基、環(huán)氧基、氰基及甲基丙烯酰氧基等基團(tuán)，這些基團(tuán)和不同的基體樹(shù)脂均具有較強(qiáng)的反應(yīng)能力，X代表能夠水解的烷氧基（如甲氧基、乙氧基等）。硅烷偶聯(lián)劑在國(guó)內(nèi)有KH550，KH560，KH570，KH792，DL602，DL171這幾種型號(hào)。

鈦酸酯偶聯(lián)劑

依據(jù)它們獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，鈦酸酯偶聯(lián)劑包括四種基本類(lèi)型：①單烷氧基型 這類(lèi)偶聯(lián)劑適用于多種樹(shù)脂基復(fù)合材料體系，尤其適合于不含游離水、只含化學(xué)鍵合水或物理水的填充體系；②單烷氧基焦磷酸酯型 該類(lèi)偶聯(lián)劑適用于樹(shù)脂基多種復(fù)合材料體系，特別適合于含濕量高的填料體系；③螯合型 該類(lèi)偶聯(lián)劑適用于樹(shù)脂基多種復(fù)合材料體系，由于它們具有非常好的水解穩(wěn)定性，這類(lèi)偶聯(lián)劑特別適用于含水聚合物體系；④配位體型 該類(lèi)偶聯(lián)劑用在多種樹(shù)脂基或橡膠基復(fù)合材料體系中都有良好的偶聯(lián)效果，它克服了一般鈦酸酯偶聯(lián)劑用在樹(shù)脂基復(fù)合材料體系的缺點(diǎn)。

其它偶聯(lián)劑

鋯類(lèi)偶聯(lián)劑是含鋁酸鋯的低分子量的無(wú)機(jī)聚合物。它不僅可以促進(jìn)不同物質(zhì)之間的粘合，而且可以改善復(fù)合材料體系的性能，特別是流變性能。該類(lèi)偶聯(lián)劑既適用于多種熱固性樹(shù)脂，也適用于多種熱塑性樹(shù)脂。此外還有鎂類(lèi)偶聯(lián)劑和錫類(lèi)偶聯(lián)劑。
增強(qiáng)塑料中，能提高樹(shù)脂和增強(qiáng)材料界面結(jié)合力的化學(xué)物質(zhì)。
在樹(shù)脂基體與增強(qiáng)材料的界面上，促進(jìn)或建立較強(qiáng)結(jié)合的物質(zhì)。
注：偶聯(lián)劑可施于增強(qiáng)材料上或加入樹(shù)脂中，或兩者給合。

作用機(jī)理

了解鈦酸酯結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系，可以幫助你正確選用各類(lèi)品種。
四價(jià)元素是最好的分子建筑者，例如四價(jià)鈦碳---構(gòu)成了生命的基礎(chǔ)。同樣鈦化學(xué)表明，四價(jià)鈦可以使化學(xué)家們合成出各種分子類(lèi)型的鈦酸酯作為偶聯(lián)劑，它們除了能為不同的填充劑和聚合物體系提供良好的偶聯(lián)作用外，還顯示其它各種功能。
鈦酸酯偶聯(lián)劑的分子可以劃分為六個(gè)功能區(qū)，它們?cè)谂悸?lián)機(jī)制中分別發(fā)揮各自的作用。 六個(gè)功能區(qū)：
功能區(qū)① （RO)m -起無(wú)機(jī)物與鈦偶聯(lián)。
鈦酸酯偶聯(lián)劑通過(guò)它的烷氧基直接和填料或顏料表面所吸附的微量羧基或羥基進(jìn)行化學(xué)作用而偶聯(lián)。
由于功能區(qū)①基團(tuán)的差異開(kāi)發(fā)了不同類(lèi)型偶聯(lián)劑，每種類(lèi)型對(duì)填料表面的含水量有選擇性，各類(lèi)型特點(diǎn)：
1、單烷氧基型；
單烷氧基鈦酸酯在無(wú)機(jī)粉末和基體樹(shù)脂的界面上產(chǎn)生化學(xué)結(jié)合，它所具有的極其獨(dú)特的性能是在無(wú)機(jī)粉末的表面形成單分子膜，而在界面上不存在多分子膜。
因?yàn)橐廊痪哂锈佀狨サ幕瘜W(xué)結(jié)構(gòu)，所以在過(guò)剩的偶聯(lián)劑存在下，使表面能變化，粘度大幅度降低，在基體樹(shù)脂相由于偶聯(lián)劑的三官能基和酯基轉(zhuǎn)移反應(yīng)，可使鈦酸酯分子偶聯(lián)，這就便于鈦酸酯分子的變型和填充聚合物體系的選用。
該類(lèi)偶聯(lián)劑（除焦磷酸型外）特別適合于不含游離水，只含化學(xué)鍵合水或物理鍵合水的干燥填充劑體系，如碳酸鈣、水合氧化鋁等。
2、單烷氧基焦磷酸酯型：
該類(lèi)鈦酸酯適合于含濕量較高的填充劑體系，如陶土、滑石粉等，在這些體系中，除單烷氧基與填充劑表面的羥基反應(yīng)形成偶聯(lián)外，焦磷酸酯基還可以分解形成磷酸酯基，結(jié)合一部份水。
3、配位型：
可以避免四價(jià)鈦酸酯在某些體系中的副反應(yīng)。如在聚酯中的酯交換反應(yīng)，在環(huán)氧樹(shù)脂中與羥基的反應(yīng)，在聚氨酯中與聚醇或異氰酸酯的反應(yīng)等。該類(lèi)偶聯(lián)劑在許多填充劑體系中都適用，有良好的偶聯(lián)效果，其偶聯(lián)機(jī)理和單烷氧基型類(lèi)似。
4、螫合型：
該類(lèi)偶聯(lián)劑適用于高濕填充劑和含水聚合物體系，如濕法二氧化硅、陶土、滑石粉、硅酸鋁、水處理玻璃纖維、燈黑等，在高濕體系中，一般的單烷氧基型鈦酸酯由于水解穩(wěn)定性較差，偶聯(lián)效果不高，而該型具有較好的水解穩(wěn)定性，在此狀態(tài)下，顯示良好的偶聯(lián)效果。

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功能區(qū)② -（--O……）--具有酯基轉(zhuǎn)移和交聯(lián)功能。
該區(qū)可與帶羧基的聚合物發(fā)生酯交換反應(yīng)，或與環(huán)氧樹(shù)脂中的羧基進(jìn)行酯化反應(yīng)，使填充劑、鈦酸酯和聚合物三者交聯(lián)。
酯交換反應(yīng)性受以下幾個(gè)因素支配：
1、鈦酸酯分子與無(wú)機(jī)物偶聯(lián)部份的化學(xué)結(jié)構(gòu)；
2、功能區(qū)③上的OX基團(tuán)的化學(xué)結(jié)構(gòu)；
3、有機(jī)聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)；
4、其它助劑如酯類(lèi)增塑劑的化學(xué)性質(zhì)。
鈦酸酯在聚烯烴之類(lèi)的熱塑性聚合物中不發(fā)生酯交換反應(yīng)，但在聚酯，環(huán)氧樹(shù)脂中或者在加有酯類(lèi)增塑劑的軟質(zhì)聚氯乙烯塑料中，酯交換反應(yīng)卻有很大影響。酯交換反應(yīng)的活性太高會(huì)造成不良后果，例如象KR-9S那樣的鈦酸酯，當(dāng)加入到聚合物中后，能迅速發(fā)生酯交換反應(yīng)，初期粘度急劇升高，使填充量大大下降，而象KR-12那樣的鈦酸酯、酯交換反應(yīng)的活性低，沒(méi)有初期粘度效應(yīng)，但酯交換反應(yīng)可隨著時(shí)間逐漸進(jìn)行，這樣不但初期的分散性良好，而且填充量可大為增加。
在涂料中可利用鈦酸酯偶聯(lián)劑的酯交換機(jī)制來(lái)交聯(lián)固化飽和聚酯和醇酸樹(shù)脂，從而可得到一種不泛黃的材料（因?yàn)椴缓伙柡徒Y(jié)構(gòu)），由于酯交換作用可以表現(xiàn)觸變性，因此有較高酯交換活力的KR-9S具有觸變性效果，TTS也有一定程度的酯交換能力。
功能區(qū)③ OX--連接鈦中心的基團(tuán)。
這一部位的OX基團(tuán)隨基結(jié)構(gòu)不同，對(duì)鈦酸酯的性能有不同影響，例如羧基可增加與半極性材料的相溶性，磺酸基具有觸變性，砜基可增加酯交換活性，磷酸酯基可提高阻燃性，聚氯乙烯的軟化性；焦磷酸酯基可吸收水份，改進(jìn)硬質(zhì)聚氯乙烯的沖擊強(qiáng)度，亞磷酸酯基可提高抗氧性，降低聚酯或環(huán)氧樹(shù)酯中的粘度等。
功能區(qū)④ R---熱塑性聚合物的長(zhǎng)鏈糾纏基團(tuán)，鈦酸酯分子中的有機(jī)骨架。
由于存在大量長(zhǎng)鏈的碳原子數(shù)提高了和高分子體系的相溶性，引起無(wú)機(jī)物界面上表面能的變化，具有柔韌性及應(yīng)力轉(zhuǎn)移的功能，產(chǎn)生自潤(rùn)滑作用，導(dǎo)致粘度大幅度下降，改善加工工藝，增加制品的延伸率和撕裂強(qiáng)度，提高沖擊性能，如果R為芳香基，可提高鈦酸酯與芳烴聚物的相溶性。
功能區(qū)⑤ Y---熱固性聚合物的反應(yīng)基團(tuán)。
當(dāng)它們連接在鈦的有機(jī)骨架上，就能使偶聯(lián)劑和有機(jī)材料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而連接起來(lái)，例如雙鍵能和不飽和材料進(jìn)行交聯(lián)固化，氨基能和環(huán)氧樹(shù)脂交聯(lián)等。
功能區(qū)⑥ )n 它代表鈦酸酯的官能度，n可以為1-3，因而能根據(jù)需要調(diào)節(jié)，使它對(duì)有機(jī)物產(chǎn)生多種不同的效果，在這一點(diǎn)上靈活性要比象硅烷那樣的三烷氧基單官能偶聯(lián)劑大。
從上述六個(gè)功能區(qū)的作用，可以看出鈦酸酯偶聯(lián)劑具有很大的靈活性和多功能性，它本身既是偶聯(lián)劑,也可以是分散劑、濕潤(rùn)劑、粘合劑、交聯(lián)劑、催化劑等、還可以兼有防銹、抗氧化、阻燃等多功能，因此應(yīng)用范圍很廣，勝過(guò)其它偶聯(lián)劑。 

主要功能

玻纖、玻璃鋼： 提高復(fù)合材料濕態(tài)物理機(jī)械強(qiáng)度、濕態(tài)電氣性能，并改善玻纖的集束性、保護(hù)性和加工工藝。
膠粘劑和涂料： 提高濕態(tài)下的粘合力、耐候性，改善顏料分散性，提高耐磨性和樹(shù)脂的交聯(lián)。
鑄造： 提高樹(shù)脂砂的強(qiáng)度。以實(shí)現(xiàn)高度、低發(fā)氣。
橡膠： 提高制品機(jī)械強(qiáng)度、耐磨性、濕態(tài)電氣性能和流變性。
密封膠： 提高濕態(tài)的粘合力，提高填料的分散性，制品耐磨性。
紡織： 令紡織品柔軟豐滿、提高其防水性、以及對(duì)染料的粘合力。
印刷油墨： 提高粘合力的浸潤(rùn)性。
填料表面處理： 在樹(shù)脂中提高填料和樹(shù)脂的相容性、浸潤(rùn)性、分散性。
交聯(lián)聚乙烯： 用于交聯(lián)聚乙烯電纜及熱水管增強(qiáng)強(qiáng)度。耐用性及使用壽命。

主要用途

增強(qiáng)塑料中，能提高樹(shù)脂和增強(qiáng)材料界面結(jié)合力的化學(xué)物質(zhì)。
在樹(shù)脂基體與增強(qiáng)材料的界面上，促進(jìn)或建立較強(qiáng)結(jié)合的物質(zhì)。
注：偶聯(lián)劑可施于增強(qiáng)材料上或加入樹(shù)脂中，或兩者給合。
應(yīng)用領(lǐng)域、主要功能功能：
玻纖、玻璃鋼： 提高復(fù)合材料濕態(tài)物理機(jī)械強(qiáng)度、濕態(tài)電氣性能，并改善玻纖的集束性、保護(hù)性和加工工藝。
膠粘劑和涂料： 提高濕態(tài)下的粘合力、耐候性，改善顏料分散性，提高耐磨性和樹(shù)脂的交聯(lián)。
鑄造： 提高樹(shù)脂砂的強(qiáng)度。以實(shí)現(xiàn)高度、低發(fā)氣。
橡膠： 提高制品機(jī)械強(qiáng)度、耐磨性、濕態(tài)電氣性能和流變性。
密封膠： 提高濕態(tài)的粘合力，提高填料的分散性，制品耐磨性。
紡織： 令紡織品柔軟豐滿、提高其防水性、以及對(duì)染料的粘合力。
印刷油墨： 提高粘合力的浸潤(rùn)性。
填料表面處理： 在樹(shù)脂中提高填料和樹(shù)脂的相容性、浸潤(rùn)性、分散性。
交聯(lián)聚乙烯： 用于交聯(lián)聚乙烯電纜及熱水管增強(qiáng)強(qiáng)度。耐用性及使用壽命。
 

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