功能性硅烷與硅橡膠、硅油及硅樹脂并稱為有機(jī)硅材料四大門類；從結(jié)構(gòu)上來說，通常將主鏈為-Si-O-C-結(jié)構(gòu)的有機(jī)硅小分子統(tǒng)稱為功能性硅烷，而將主鏈為-Si-O-Si-結(jié)構(gòu)的小分子中間體和聚合物大分子一般稱之為硅氧烷，即硅橡膠、硅油及硅樹脂產(chǎn)品；從功能上來看，功能性硅烷多為雜交結(jié)構(gòu)，多數(shù)產(chǎn)品在同一個分子中同時含極性與非極性兩類官能團(tuán)，可以作為無機(jī)材料和有機(jī)材料的界面橋梁或者直接參與有機(jī)聚合材料的交聯(lián)反應(yīng)，從而大幅提高材料性能。

功能性硅烷有下列不同分類方法：按活性有機(jī)基團(tuán)與Si的相對取代位置可分為γ-取代和α-取代兩種類型；按可水解基團(tuán)官能度分為三官能和雙官能兩種，其中三官能占市場絕大部分；橡膠硅烷偶聯(lián)劑按取代基種類分類更多，其中含硫基、氨基類、鏈烯基類、環(huán)氧基類、酰氧基類是國內(nèi)生產(chǎn)和消費較大的品種。按用途可分為偶聯(lián)劑和交聯(lián)劑兩大類。

硅烷品種眾多，其用途主要根據(jù)官能團(tuán)品種及結(jié)構(gòu)決定，橡膠硅烷偶聯(lián)劑，橡膠硅烷偶聯(lián)劑主要應(yīng)用領(lǐng)域包括橡膠、復(fù)合材料、塑料、粘合劑等領(lǐng)域，跨度非常廣。硅烷在橡膠中主要指輪胎加工用途，復(fù)合材料中主要指對材料中無機(jī)材料和有機(jī)材料之間進(jìn)行界面處理用途，粘合劑則主要指室溫硫化硅橡膠使用的交聯(lián)劑以及其他非硅類粘合劑的應(yīng)用，塑料主要是指聚烯烴加工用途。其他行業(yè)如紡織、涂料、油墨等行業(yè)也有涉足，但受產(chǎn)品質(zhì)量和牌號限制，國產(chǎn)硅烷在這幾個消費領(lǐng)域所占比例較小。

偶聯(lián)劑作用過程

B?Arkles根據(jù)偶聯(lián)劑的偶聯(lián)過程提出了4步反應(yīng)模型，即：

①與硅原子相連的SiX基水解，生成SiOH；

②Si-OH之間脫水縮合，生成含Si-OH的低聚硅氧烷；

③低聚硅氧烷中的SiOH與基材表面的OH形成氫鍵；

④加熱固化過程中，橡膠硅烷偶聯(lián)劑伴隨脫水反應(yīng)而與基材形成共價鍵連接。

一般認(rèn)為，界面上硅烷偶聯(lián)劑水解生成的3個硅羥基中只有1個與基材表面鍵合；剩下的2個Si-OH，或與其他硅烷中的Si-OH縮合，或呈游離狀態(tài)。因此，通過硅烷偶聯(lián)劑可使2種性能差異很大的材料界面偶聯(lián)起來，從而橡膠硅烷偶聯(lián)劑提高復(fù)合材料的性能和增加黏結(jié)強(qiáng)度，并獲得性能優(yōu)異、可靠的新型復(fù)合材料。硅烷偶聯(lián)劑廣泛用于橡膠、塑料、膠黏劑、密封劑、涂料、玻璃、陶瓷、金屬防腐等領(lǐng)域?，F(xiàn)在，硅烷偶聯(lián)劑已成為材料工業(yè)中必不可少的助劑之一。

硅烷表面處理劑可采用以下兩種方法對金屬表面改性：

(1) 浸漬硅烷化法

通過有機(jī)硅烷的特殊結(jié)構(gòu)，金屬工件經(jīng)硅烷處理后，橡膠硅烷偶聯(lián)劑表面會吸附一層類似于磷化晶體的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的超薄有機(jī)納米膜(50~500nm)，同時在界面形成結(jié)合力很強(qiáng)的Si-O-Me共價鍵(其中Me為金屬)，橡膠硅烷偶聯(lián)劑可將金屬表面和涂層偶合，具有很好的附著力。

工藝流程：

脫脂→水洗→壓縮空氣吹干金屬表面→浸漬于硅烷溶液中→晾干

(2) 電沉積硅烷化法

優(yōu)化硅烷化金屬表面處理技術(shù)，根據(jù)電沉積理論，陰極電位下金屬表面發(fā)生O2或H2O的去極化生成OH－，而OH－的生成促進(jìn)了硅醇間的縮合反應(yīng)，有利于硅烷膜的形成。

工藝流程：

脫脂→水洗→壓縮空氣吹干金屬表面→硅烷溶液電沉積→ 晾干

由此可見，硅烷化處理可省去表調(diào)及磷化前后的水洗工序，處理時間大大縮短，減少了污水處理量。

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