【作用機理】

硅烷偶聯劑在兩種不同性質材料之間的界面作用機理已有多種解釋,如化學鍵理論、可逆平衡理論和物理吸附理論等。但是,界面現象非常復雜,單一的理論往往難以充分說明。通常情況下,化學鍵合理論能夠較好地解釋硅烷偶聯劑同無機材料之間地作用。根據這一理論,硅烷偶聯劑在不同材料界面的偶聯過程是一個復雜的液固表面物理化學過程。首先,硅烷偶聯劑的粘度及表面張力低,潤濕能力較高,對玻璃、陶瓷及金屬表面的接觸角小,可在其表面迅速鋪展開,使無機材料表面被硅烷偶聯劑潤濕;其次,一旦硅烷偶聯劑在其表面鋪展開,材料表面被浸潤,硅烷偶聯劑分子上的兩種基團便分別向極性相近的表面擴散,由于大氣中的材料表面總吸附著薄薄的水層,一端的烷氧基便水解成硅羥基,取向于無機材料表面,同時與材料表面的羥基發(fā)生水解縮聚反應;有機基團則取向于有機材料表面,在交聯固化中,二者發(fā)生化學反應,從而完成了異種材料間的偶聯過程。

1.偶聯劑在橡膠中的應用效果

（1）對橡膠-填料相互作用的影響 采用納米材料作為橡膠補強劑時,由于納米粒子是在非平衡、苛刻條件下制得的,其表面原子處于高度活化狀態(tài),表面能量很大,納米粒子之間容易凝聚成團,加之納米粒子的表面特性及其較低的分散能,導致其與橡膠的相容性較差。經偶聯劑處理后,納米白炭黑具有較低的表面能,易被橡膠大分子浸潤,提高了白炭黑填料的分散程度。同時由于偶聯劑在橡膠和填料之間起著橋梁作用,增強了納米白炭黑粒子與橡膠基質的界面粘結,提高了其對橡膠基質的補強能力。

如前所述 ,正因為硅烷偶聯劑分子中包含有 X基 、R 基兩種不同反應基團 ,所以才能起到把有機材料與無機物進行化學結合的媒介作用 。但 X 基的不同只能影響水解速度 , 對復合材料的性能基本上無影響 。因此 , 選用有機材料合適的偶聯劑 ,即考慮 R 基與有機材料的化學性質 ,是使復合材料獲得更佳性能的重要條件 。例如 , 對不飽和聚酯可選有乙烯基 、環(huán)氧基偶聯劑 ;聚氨酯宜選用氨基硅烷 ;環(huán)氧樹脂宜選用環(huán)氧基或氨基硅烷 ;酚醛樹脂宜選用氨基或脲基型有機硅烷 ;烯烴聚合物宜選用乙烯基型有機硅烷 ;硫磺硫化的橡膠宜選用疏基型有機硅烷偶聯劑。

在不能使用預處理法的情況下或僅使用預處理法還不夠充分時 , 可采用整體摻合法 ,即將硅烷偶聯劑摻入無機填料合聚合物中 , 一起進行混煉 。此法優(yōu)點是偶聯劑用量可隨意調整 , 并一步完成配料 ,但其用量較多 。

實際使用中真正起到偶聯作用的是很少量的偶聯劑所形成的但分子層 , 過多添加偶聯劑是沒有必要的 。硅烷偶聯劑的用量與其種類以及填料表面積有關 ,其計算公式為：

填料表面積不明時 ,硅烷偶聯劑的加入量可確定為填料的 1 %左右 。