偶聯劑是一類具有兩性結構的物質，它們分子中的一部分基團可與無機表面的化學基團反應，形成化學鍵合；另一部分基團則有親有機物的性質，可與有機分子發生化學反應或產生較強的分子間作用，從而將兩種性質截然不同的材料牢固地結合起來，改善無機填料在聚合物基體中的分散狀態，提高填充聚合物材料的力學性能和使用性能。
一、選用硅烷偶聯劑的一般原則
硅烷偶聯劑的水解速度取于硅能團Si-X，而與有機聚合物的反應活性則取于碳官能團C-Y。因此，對于不同基材或處理對象，選擇適用的硅烷偶聯劑至關重要。選擇的方法主要通過試驗預選，并應在既有經驗或規律的基礎上進行。例如，在一般情況下，不飽和聚酯多選用含CH2=CMeCOO、Vi及CH2-CHOCH2O－的硅烷偶聯劑；環氧樹脂多選用含CH2－CHCH2O及H2N－硅烷偶聯劑；酚醛樹脂多選用含H2N－及H2NCONH－硅烷偶聯劑；聚烯烴選用乙烯基硅烷；使用硫黃硫化的橡膠則多選用烴基硅烷等。由于異種材料間的黏接可度受到一系列因素的影響，諸如潤濕、表面能、界面層及極性吸附、酸堿的作用、互穿網絡及共價鍵反應等。因而，光靠試驗預選有時還不夠精確，還需綜合考慮材料的組成及其對硅烷偶聯劑反應的敏感度等。為了提高水解穩定性及降低改性成本，硅烷偶聯劑中可摻入三烴基硅烷使用；對于難黏材料，還可將硅烷偶聯劑交聯的聚合物共用。硅烷偶聯劑用作增黏劑時，主要是通過與聚合物生成化學鍵、氫鍵；潤濕及表面能效應；改善聚合物結晶性、酸堿反應以及互穿聚合物網絡的生成等而實現的。增黏主要圍繞3種體系：即（1）無機材料對有機材料；（2）無機材料對無機材料；（3）有機材料對有機材料。對于第一種黏接，通常要求將無機材料黏接到聚合物上，故需優先考慮硅烷偶聯劑中Y與聚合物所含官能團的反應活性；后兩種屬于同類型材料間的黏接，故硅烷偶聯劑自身的反親水型聚合物以及無機材料要求增黏時所選用的硅烷偶聯劑。
二、使用方法
1、 硅烷偶聯劑用量計算
被處理物（基體）單位比表面積所占的反應活性點數目以及硅烷偶聯劑覆蓋表面的厚度是決定基體表面硅基化所需偶聯劑用量的關鍵因素。為獲得單分子層覆蓋，需先測定基體的Si－OH含量。已知，多數硅質基體的Si－OH含是來4-12個/μ㎡，因而均勻分布時，1mol硅烷偶聯劑可覆蓋約7500m2的基體。具有多個可水解基團的硅烷偶聯劑，由于自身縮合反應，多少要影響計算的準確性。若使用Y3SiX處理基體，則可得到與計算值一致的單分子層覆蓋。但因Y3SiX價昂，且覆蓋耐水解性差，故無實用價值。此外，基體表面的Si-OH數，也隨加熱條件而變化。例如，常態下Si－OH數為5.3個/μ㎡硅質基體，經在400℃或800℃下加熱處理后，則Si－OH值可相應降為2.6個/μ㎡或＜1個/μ㎡。反之，使用濕熱鹽酸處理基體，則可得到高Si－OH含量；使用堿性洗滌劑處理基體表面，則可形成硅醇陰離子。硅烷偶聯劑的可潤濕面積（WS），是指1g硅烷偶聯劑的溶液所能覆蓋基體的面積（㎡/g）。若將其與含硅基體的表面積值（㎡/g）關連，即可計算出單分子層覆蓋所需的硅烷偶聯劑用量。以處理填料為例，填料表面形成單分子層覆蓋所需的硅烷偶聯劑W（g）與填料的表面積S（㎡/g）及其質量成正比，而與硅烷的可潤濕面積WS（㎡/g，可由表1查得）成反比。據此，得到硅烷偶聯劑用量的計算公式如下：硅烷用量(g)= 某些常見填料的表面（S）值示于表1。
表1 常見填料的比表面積（S）
填料 E-玻璃纖維 石英粉 高嶺土 黏土 滑石粉 硅藻土 硅酸鈣 氣相法白炭黑
S/㎡.g-1 0.1-0.2 1-2 7 7 7 1.0-3.5 2.6 150-250
此外，使用硅烷偶聯劑處理填料時，還需測定填料含水量是否能滿足硅烷偶聯劑水解反應的需要。表2列出某些硅烷偶聯劑水解反應所需的最低水量。
表2 硅烷水解反應所需的最低水量
硅烷偶聯劑 水解1g硅烷需水量/g
CIC3H6Si(OMe)3 0.27
CH2-CHOCH2OC3H6Si(OMe)3 0.23
ViSi(OEt)3 0.28
ViSi(OC2H4OMe)3 0.19
HSC3H6Si(OMe)3 0.28
CH2=CMeCOOC3H6Si(OMe)3 0.22
H2NC3H6Si(OEt)3 0.25
倘若不掌握填料的比表面積，則可先用1%（質量分數）濃度的硅烷偶聯劑溶液處理填料，同時改變濃度進行對比，以確定適用的濃度。
2、 表面處理法
此法系通過硅烷偶聯劑將無機物與聚合物兩界面連結在一起，以獲得最佳的潤濕值與分散性。表面處理法需將硅烷偶聯劑酸成稀溶液，以利與被處理表面進行充分接觸。所用溶劑多為水、醇或水醇混合物，并以不含氟離子的水及價廉無毒的乙醇、異丙醇為宜。除氨烴基硅烷外，由其他硅烷配制的溶液均需加入醋酸作水解催化劑，并將pH值調至3.5-5.5。長鏈烷基及苯基硅烷由于穩定性較差，不宜配成水溶液使用。氯硅烷及乙酰氧硅烷水解過程中，將伴隨嚴重的縮合反應，也不適于制成水溶液或水醇溶液使用。對于水溶性較差的硅烷偶聯劑，可先加入0.1%-0.2%（質量分數）的非離子型表面活性劑，而后再加水加工成水乳液使用。為了提高產品的水解穩定性的經濟效益，硅烷偶聯劑中還可摻入一定比例的非碳官能硅烷。處理難黏材料時，可使用混合硅烷偶聯劑或配合使用碳官能硅氧烷。配好處理液后，可通過浸漬、噴霧或刷涂等方法處理。一般說，塊狀材料、粒狀物料及玻璃纖維等多用浸漬法處理；粉末物料多采用噴霧法處理；基體表面需要整體涂層的，則采用刷涂法處理。下面介紹幾種具體的處理方法。
（一） 使用硅烷偶聯劑醇－水溶液處理法
此法工藝簡便，首先由95%的EtOH及5%的H2O配成醇－水溶液，加入AcOH使pH為4.5-5.5。攪拌下加入硅嘗偶聯劑使濃度達2%，水解5min后，即生成含Si－OH的水解物。當用其處理玻璃板時，可在稍許攪動下浸入1-2min，取出并浸入EtOH中漂洗2次，晾干后，移入110℃的烘箱中烘干5-10min，或在室溫及相對濕度＜60%條件下干燥24h，即可得產物。如果使用氨烴基硅烷偶聯劑，則不必加HOAc。但醇－水溶液處理法不適用于氯硅烷型偶聯劑，后者將在醇水溶液中發生聚合反應。當使用2%濃度的三官能度硅烷偶聯劑溶液處理時，得到的多為3-8分子厚的涂層。
（二） 使用硅烷偶聯劑水溶液處理
工業上處理玻璃纖維大多采用此法。具體工藝是先將烷氧基硅烷偶聯劑溶于水中，將其配成0.5%-2.0%的溶液。對于溶解性較差的硅烷，可事先在水中加入0.1%非離子型表面活性劑配制成水乳液，再加入AcOH將pH調至5.5。然后，采用噴霧或浸漬法處理玻璃纖維。取出后在110-120℃下固化20-30min，即得產品。由于硅烷偶聯劑水溶液的穩定性相差很大，如簡單的烷基烷氧基硅烷水溶液僅能穩定數小時，而氨烴硅烷水溶液可穩定幾周。由于長鏈烷基及芳基硅烷水溶液僅能穩定數小時，而氨烴硅水溶液可穩定幾周。由于長鏈烷基及世基硅烷的溶解度參數低，故不能使用此法。配制硅烷水溶液時，無需使用去離子水，但不能使用含所氟離子的水。
（三） 使用硅烷偶聯劑－有機溶劑配成的溶液處理
使有硅烷偶聯劑溶液處理基體時，一般多選用噴霧法。處理前，需掌握硅烷用量及填料的含水量。將偶聯劑先配制成25%的醇溶液，而后將填料置入高速混合器內，在攪拌下泵入呈細霧狀的硅烷偶聯劑溶液，硅烷偶聯劑的用量約為填料質量的0.2%－1.5%，處理20min即可結束，隨后用動態干燥法干燥之。除醇外，還可使用酮、酯及烴類作溶劑，并配制成1%-5%（質量分數）的濃度。為使硅烷偶聯劑進行水解或部分水解，溶劑中還需加入少量水，甚至還可加入少許HOAc作水解催化劑，而后將待處理物料在攪拌下加入溶液中處瑼，再經過濾，及在80-120℃下干燥固化數分鐘，即可得產品。采用噴霧法處理粉末填料，還可使用硅烷偶聯劑原液或其水解物溶液。當處理金屬、玻璃及陶瓷時，宜使0.5%-2.0%（質量分數）濃度的硅烷偶聯劑醇溶液，并采用浸漬、噴霧及刷涂等方法處理，根據基材的處形及性能，既可隨即干燥固化，也可在80-180℃下保持1-5min達到干燥固化。
（四） 使用硅烷偶聯劑水解物處理
即先將硅烷通過控制水解制成水解物而用作表面處理劑。此法可獲得比純硅烷溶液更佳的處理效果。它無需進一步水解，即可干燥固化。
3、 整體摻混法
整體摻混法是在填料加入前，將硅烷偶聯劑原液混入樹脂或聚合物內。因而，要求樹脂或聚合物不得過早與硅烷偶聯劑反應，以免降低其增黏效果。此外，物料固化前，硅烷偶聯劑必須從聚合物遷移到填料表面，隨后完成水解縮合反應。為此，可加入金屬羧酸酯作催化劑，以加速水解縮合反應。此法對于宜使用硅烷偶劑表面處理的填料，或在成型前樹脂及填料需經混勻攪拌處理的體系，尤為方便有效，還可克服填料表面處理法的某些缺點。有人使用各種樹脂對比了摻混法及表面處理法的優缺點。認為：在大多數情況下，摻混法效果亞于表面處理法。摻混法的作用過程是硅烷偶劑從樹脂遷移到纖維或填料表面，并過而與填料表面作用。因此，硅烷偶聯摻入樹脂后，須放置一段時間，以完成遷移過程，而后再進行固化，方能獲得較佳的效果。還從理論上推測，硅烷偶聯劑分子遷移到填料表面的理，僅相當于填料表面生成單分子層的量，故硅烷偶聯劑用量僅需樹脂質量的0.5%-1.0%。還需指出，在復合材料配方中，當使用與填料表面相容性好、且摩爾質量較低的添加劑，則要特別注意投料順序，即先加入硅烷偶聯劑，而后加入添加劑，才能獲得較佳的結果。
下面主要介紹硅偶聯劑及其在復合材料中應用。
1硅烷偶聯劑
化學結構式：RnSiX4-n R：為非水解的、可與高分子聚合物結合的有機官能團。可為：甲基、乙烯基、氨基、環氧基、巰基、丙烯酰氧丙基等； X：為可水解基團，遇水溶液、空氣中的水分或無機物表面吸附的水分均可引起水解，與無機物表面有較好的反應性。可為：烷氧基、芳氧基、酰基、氯基等。其中，最常用的為甲氧基和乙氧基。
注：無機端水解后與無機物界面反應，有機端則與有機界面進行作用，因而改進了復合材料組分間的作用
（1）X基水解為羥基； （2）羥基與無機物表面存在的羥基生成氫鍵或脫水成醚鍵； （3）R基與有機物相結合。
2 在復合材料中的作用機理
浸潤效應和表面能理論
1963年，ZISMAN在回顧與粘合有關的表面化學和表面能的已知方面的內容時，曾得出結論，在復合材料的制造中，液態樹脂對被粘物的良好浸潤是頭等重要的，如果能獲的完全的浸潤，那么樹脂對高能表面的物理吸附將提供高于有機樹脂的內聚強度的粘接強度。
可變形層理論
為了緩和復合材料冷卻時由于樹脂和填料之間熱收縮率的不同而產生的界面應力，就希望與處理過的無機物鄰接的樹脂界面是一個柔曲性的可變形相，這樣復合材料的韌性最大。偶聯劑處理過的無機物表面可能會擇優吸收樹脂中的某一配合劑，相間區域的不均衡固化，可能導致一個比偶聯劑在聚合物與填料之間的多分子層厚得多的撓性樹脂層。這一層就被稱之為可變形層，該層能松弛界面應力，阻止界面裂縫的擴展，因而改善了界面的結合強度，提高了復合材料的機械性能。
約束層理論
與可變形層理論相對，約束層理論認為在無機填料區域內的樹脂應具有某種介于無機填料和基質樹脂之間的模量，而偶聯劑的功能就在于將聚合物結構“緊束”在相間區域內。從增強后的復合材料的性能來看，要獲得最大的粘接力和耐水解性能，需要在界面處有一約束層。
至于鈦酸酯偶聯劑，其在熱塑體系中及含填料的熱固性復合物中與有機聚合物的結合，主要以長鏈烷基的相溶和相互纏繞為主，并和無機填料形成共價鍵。以上假設均從不同的理論側面反應了偶聯劑的偶聯機制。在實際過程中，往往是幾種機制共同作用的結果。
3在復合材料中的應用
熱固性樹脂
無機填料以及無機增強材料與熱固性樹脂一起制成復合材料的應用最廣，硅烷偶聯劑在這方面的應用也是最早并最為成熟。
表1 常用硅烷偶聯劑
牌號 化學名稱
KA1003 乙烯基三氯硅烷
KBM-1003 乙烯基三甲氧基硅烷
KBE-1003 乙烯基三乙氧基硅烷
KBM-573 苯基氨丙基三甲氧基硅烷
KBE-9007 γ-異氰酸酯丙基三乙氧基硅烷
KBM-5103（A－1310） 丙烯酸基丙基三甲氧基硅烷
KBM-903（KH-550、A-1110） γ-氨丙基三乙氧基硅烷
KBM-603（A-1120） N-β-（氨乙基）-γ-氨丙基三甲氧基硅烷
KBM-602 γ-縮水甘油氧基丙基甲基二乙氧基硅烷
KBM-403（KH-560、A-187） γ-縮水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷
KBM-503（KH-570、A-175、） γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷
KBM-803（KH-580、A-189） γ-巰丙基三甲氧基硅烷
KBM-703（A-143） γ－氯丙基三乙氧基硅烷
X-12-817H 三乙氧基甲基硅烷
4硅烷偶聯劑的使用方法
使用硅烷偶聯劑有兩種基本的途徑。硅烷可以用于無機材料與樹脂混合前的無機材料的表面處理，或者硅烷直接加入有機樹脂中。
無機的材料的表面處理
在無機材料被加入有機材料之前，有兩種通用方法可以用于無機填充材料表面的處理。
濕法：用硅烷偶聯劑稀釋液混合無機材料漿由混合無機的材料漿，可以得到一個高度均一和精桷的無機材料的表面處理。
干法：如高剪切、高速率的混合器被用于將硅烷偶聯劑將無機材料分散進入無機材料。硅烷通常以純的或以濃縮液的形式使用。
濕法與干法相比，干法比較常適用于大規模生產中，在一個相對短的時間內處理大量的填充材料并且產生相對微乎其微的混合垃圾。只是這種方法更難得到均一處理。
有機材料中的添加
與無機材料表面處理方法相比較，向有機材料中加入硅烷在工業中應用更加廣泛因為其優秀的加工效率，雖然可能更加困難。有兩種通用的方法。
整體混合法
這種方法涉及將硅烷偶聯劑與由無機材料和有機材料一起混合的合成物配方進行簡單的攪拌。
母料法
在這個方法中硅烷偶聯劑首先加入少量有機樹脂材料形成所謂的母料。通常以小球的形式或大顆粒的形式，當生產合成材料時，在小團或的表格大小粒,當生產合成的材料時，母料可以和有機材料小球一起很容易地添加。
硅烷偶聯劑溶液的制備
我們知道硅烷偶聯劑在使用時，硅烷偶聯劑溶液需要進行稀釋，這些溶液制備方法如下：
硅烷通常用水稀釋成約0.1~2%的濃度，如果使用硅烷是不溶于水的，推薦與0.1~2.0%的乙酸水溶液或乙醇水溶液（乙酸、乙醇、水一起）聯合使用，乙酸用于控制水解速率，PH值的調整極大影響硅烷醇的穩定性。
（1）將乙酸加入水中制備最終濃度為0.1~2%的水溶液。如果硅烷溶解性更好，推薦使用更低濃度的乙酸溶液。對于氨基硅烷，無需添加乙酸。
（2）將硅烷偶聯劑滴入乙酸水溶液并混合至最終濃度為0.1~2.0%。緩慢滴加硅烷，快速攪拌水溶液，這樣可以防止生成凝膠。
（3）加入硅烷以后，需要繼續振動30~60分鐘直到溶液變成完全透明，表明硅烷已經完全水解。
（4）如果需要，隨后進行過濾。如果出現固體雜質，推薦進行過濾。如果硅烷溶液連續不斷地使用，推薦使用低于0.5μ的篩子進行環循過濾。
（5）每種硅烷聯劑的穩定性如表3所示烷基甲氧基硅烷官能團和水反應生成一個不穩定的硅烷醇基官能團，這種硅烷醇官能團迅速縮合形成硅氧烷結構。在有水存在的條件下，硅烷醇通常是不穩定的，但它在弱酸溶液中更加穩定。氨基硅烷是一個例外，因為氨基官能團有助于硅烷在水溶液變得更加穩定。表3給出了幾種產品水溶液的信息和它們最穩定的PH值。
表3硅烷偶聯劑溶溶液的穩定性
產品溶解性（水溶液PH值） 穩定性 (貯存天數)
KBM-1003(3.9) 10days
KBE-1003(3.9) 10days
KBM-303 (4.0) 30days
KBM-303 (5.3) 30days
KBM-403 (4.0) 10days
KBE-403 (4.0) 10days
KBM-502 (4.0) 1day
KBM-503 (4.2) 1day
KBM-602 (10.0) 30days
KBM-602 (10.0) 30days
KBM-602 (10.0) 30days
KBM-602 (10.0) 30days
KBM-602 (10.0) 30days
KBM-573 (4.0) 1day
KBM-703 (3.9) 10days
KBM-803 (4.0) 1day
KBM-5103 (4.2) 3days
完全溶解溶于0.1~1.0%濃度的乙酸水溶液中 (pH=3-5)
在復合材料中使用硅烷偶聯劑，要充分考慮有機聚合物及無機材料的特性，適擇合適的硅烷，并根據其生產工藝特點選擇正確的使用方法，以取得經濟適用的滿意效果。
硅烷中的基團水解--水解后羥基與無機填料反應--經偶聯劑處理的無機料填進行填充制備復合材料時，偶聯劑中的R基團將與有機高聚物相互作用，最終搭起無機填料與有機物之間的橋梁。
硅烷偶聯劑的品種很多，通式中R基團的不同，偶聯劑所適合的聚合物種類也不同，這是因為基團R對聚合物的反應有選擇性，例如含有乙烯基和甲基丙烯酰氧基的硅烷偶聯劑，對不飽和聚酯樹脂和丙烯酸樹脂特別有效。其原因是偶聯劑中的不飽和雙鍵和樹脂中的不飽和雙鍵在引發劑和促進劑的作用下發生了化學反應的結果。但含有這兩種基團的偶聯劑用于環氧樹脂和酚醛樹脂時則效果不明顯，因為偶聯劑中的雙鍵不參與環氧樹脂和酚醛樹脂的固化反應。但環氧基團的硅烷偶聯劑則對環氧樹脂特別有效，又因環氧基可與不飽和聚酯中的羥基反應，所以含環氧基硅烷對不飽和聚酯也適用；而含胺基的硅烷偶聯劑則對環氧、酚醛、三聚氰胺、聚氨酯等樹脂有效。含-SH的硅烷偶聯劑則是橡膠工業應用廣泛的品種。
常見硅烷偶聯劑
1.KH550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷 )
溶解性：可溶于有機溶劑，但丙酮、四氯化碳不適宜作釋劑；可溶于水。在水中水解，呈堿性。
主要應用于礦物填充的酚醛、聚酯、環氧、聚酰胺、碳酸酯等熱塑性和熱固體樹脂，能大幅度提高增強塑料的干濕態抗彎強度、抗壓強度、剪切強度等物理力學性能和濕態電氣性能，并改善填料在聚合物中的潤濕性和分散性。
2.A-151(乙烯基三乙氧基硅烷 )
溶解性：可溶于有機溶劑，但丙酮、四氯化碳不適宜作釋劑；可溶于水。在水中水解，呈堿性。
主要用于聚乙烯交聯；不飽和聚酯、聚乙烯、聚丙烯樹脂等玻璃纖維增強塑料的玻纖表面處理；合成特種涂料；粘接劑；電子元器件的表面防潮處理；無機含硅填料的表面處理等；也用于復合玻璃中間層的表面處理。回復“助劑”，查詢更多相關文章
3.KH560(γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷 )
溶解性：溶于水，同時發生水解反應，水解反應放出甲醇。溶于醇、丙酮和在5%以下的正常使用水平溶于大多數脂肪族酯。
KH-560是一種含環氧基的偶聯劑，用于多硫化物和聚氨酯的嵌縫膠和密封膠，用于環氧樹脂的膠粘劑、填充型或增強型熱固性樹脂、玻璃纖維膠粘劑和用于無機物填充或玻璃增強的熱塑料性樹脂等。
2.鈦酸酯偶聯劑
1、化學結構通式
R基：可與無機填料表面的羥基反應，形成偶聯劑的單分子層，從而起化學偶聯作用。 -O-基：能發生各種類型的酯基轉化反應，由此可使鈦酸酯偶聯劑與聚合物及填料產生交聯，同時還可與EP中的羥基發生酯化反應。 X：與鈦氧鍵連接的原子團，或稱黏結基團，決定著鈦酸酯偶聯劑的特性。可為：烷氧基、羧基、硫酰氧基、磷氧基、亞磷酰氧基、焦磷酰氧基等。 R’：是鈦酸酯偶聯劑分子中的長鏈部分，主要是保證與聚合物分子的纏結作用和混溶性，提高材料的沖擊強度，降低填料的表面能，使體系的黏度顯著降低，并具有良好的潤滑性和流變性能。 Y：是鈦酸酯偶聯劑進行交聯的官能團，有不飽和雙鍵基團、氨基、羥基等。
2、分類
1.單烷氧基型 2.單烷氧基焦磷酸酯型 3.螯合型 4.配位體型
3、作用機理
鈦酸酯偶聯劑的作用機理較為復雜，但它的多功能性與一劑多用的特征十分引人注目。
①單烷氧基鈦酸酯 單烷氧基可與填料表面上的羥基氫原子反應，形成化學鍵合。另外三個有機長鏈可與聚合物分子發生纏繞，這樣就將聚合物與填料緊密地結合在一起。 單烷氧基鈦酸酯在填料表面形成的是單分子層，而不是像硅烷偶聯劑那樣形成多分子層。 如果填料或聚合物含有大量的水分，該類單烷氧基鈦酸酯則易發生水解而失去偶聯作用。因此，該類偶聯劑特別適合于不含游離水，只含化學鍵合水或物理鍵合水的干燥填料體系，如碳酸鈣、水合氧化鋁等。 ②單烷氧基焦磷酸酯型偶聯劑 該類偶聯劑適合于含濕量較高的填料體系，如陶土、滑石粉、高嶺土等。 在這些體系中，除單烷氧基與填料表面的羥基反應形成偶聯外，焦磷酸酯基還可分解形成磷酸酯基，結合一部分水。 這類偶聯劑的典型品種是三（二辛基焦磷酰氧基）鈦酸異丙酯（TTOPP-38）。 ③螯合型鈦酸酯偶聯劑 該類偶聯劑適用于高濕填料和含水聚合物體系，如濕法二氧化硅、陶土、滑石粉、硅酸鋁、水處理玻璃纖維、炭黑等。 在高溫體系中，一般單烷氧基型鈦酸酯由于水解穩定性差，偶聯效果不好，而螯合型鈦酸酯具有極好的水解穩定性，適于在高溫狀態下使用。 根據螯合環的不同，這類偶聯劑分兩種基本類型：螯合100型，螯合基為氧代乙酰氧基；螯合200型，螯合基為二氧亞乙基。 ④配位體型鈦酸酯偶聯劑 為了避免四價鈦酸酯在某些體系中的副反應而研制的，這些反應包括：在聚酯中的酯交換反應；在環氧樹脂中與羥基的反應；在聚氨酯中與聚醚與異氰酸酯的反應等。該類偶聯劑適用于許多填充體系，其偶聯機理與單烷氧基鈦酸酯類似。
4.特性
1.鈦酸酯偶聯劑的親有機部分通常為長鏈烴基（C12 ～18 ) ，它與聚合物鏈通過分子間的范德華力結合在一起。這種偶聯作用對于聚烯烴之類的熱塑性塑料特別適用。長鏈的纏繞可轉移應力應變，提高沖擊強度、伸長率和剪切強度，同時可在保持拉伸強度的情況下，增加填充量。 2.此外，長鏈烴基還可以改變無機物界面處的表面能，使黏度下降，高填充聚合物顯示良好的熔融流動性。 3.鈦酸酯偶聯劑應盡量避免與具有表面活性的助劑并用，它們會干擾鈦酸酯在界面處的偶聯反應，如果非使用這些助劑，應在填料、偶聯劑和聚合物充分混合之后再加入。 4.多數鈦酸酯都不同程度地與酯類增塑劑發生酯交換反應，因此，酯類增塑劑的加入也應在填料、偶聯劑和聚合物充分混合形成偶聯之后。 5.單烷氧基鈦酸酯在干燥或煅燒法填料體系中效果最好，在含游離水的濕填料中效果較差，此時應選用焦磷酸酯型鈦酸酯。對于比表面積大的濕填料最好選用螯合型鈦酸酯偶聯劑。 鈦酸酯偶聯劑和硅烷偶聯劑可以并用，產生協同效應，例如用螯合型鈦酸酯處理經硅烷偶聯劑處理過的玻璃纖維，偶聯效果大幅度提高。
5.用量
鈦酸酯偶聯劑用量通常為填料用量的0.5%，或為固體樹脂用量的0.25%，最終由效能來決定其最佳用量。其用量一般為無機填料的0.2%~0.25%。
6.使用方法
a、濕混合法 單烷氧基型、配位體型等偶聯劑可以用汽油、苯、乙醇等溶劑進行稀釋，再同填料或顏料混合均勻，然后用加熱或減壓等方法除去溶劑。 b、干混合法 在塑料工業中使用鈦酸酯偶聯劑，主要采用干法混合。為了使少量的鈦酸酯均勻地包覆在填料表面，一般加入少量稀釋劑，從而使少量的鈦酸酯均勻分布在填料表面上。
3.其他偶聯劑
鋁酸酯偶聯劑
其結構與鈦酸酯偶聯劑類似，分子中存在兩類活性基團，一類可與無機填料表面作用；另一類可與樹脂分子纏結，由此在無機填料與基體樹脂之間產生偶聯作用。具有色淺、無毒、使用方便等特點，熱穩定性能優于鈦酸酯偶聯劑，價格僅為鈦酸酯偶聯劑的一半。
鋁酸酯偶聯劑的用量一般為復合材料填料量的0.3%～1.0%。對于注塑或擠出成型的塑料硬制品，為填料的1.0%左右，其他工藝成型制品、軟制品及發泡制品，用填料量的0.3%～0.5%。高比表面的填料如氫氧化鋁、氫氧化鎂、白碳黑可用1.0%～1.3%
鋯類偶聯劑
鋯類偶聯劑不僅可以促進無機物和有機物的結合，而且還可以改善填料體系的性能。它的特點是能顯著降低填料體系的黏度，它可以抑制填充粒子間的相互作用，降低填料體系的黏度，從而可提高體系的分散性和增加填充量。
鋯類偶聯劑對于碳酸鈣、二氧化硅、氧化鋁、氧化鈦及陶土等填充體系有良好的改性效果。主要適用于聚烯烴、聚酯、環氧樹脂、尼龍、聚氨酯、合成橡膠等不同的聚合物填充體系
有機鉻類偶聯劑
由不飽和有機酸與三價鉻原子形成配價型金屬絡合物。在玻璃纖維增強塑料中，具有較好的使用效果。
有機鉻偶聯劑成本低，但品種單調，適用范圍和偶聯效果不及硅烷偶聯劑和鈦酸酯類偶聯劑，更主要的原因是鉻離子毒性及由此帶來的環境污染問題，導致目前的用量在逐漸減少
4.復合偶聯劑
（1）鋁鈦復合偶聯劑
鋁鈦復合偶聯劑是以鋁代替了部分作為偶聯劑的中心原子，減少了偶聯劑價格較高的鈦的含量，使成本得以降低。它兼具鈦系、鋁系偶聯劑的特點，偶聯效果優于單一的鈦酸酯、鋁酸酯以及兩者簡單的混合物。
（2）鋁鋯酸酯偶聯劑
該類偶聯劑是含鋁、鋯元素的有機絡合物的低聚合物，鋁鋯酸脂類偶聯劑具有以下特點：
a)價格低，其價格為硅烷偶聯劑的一半左右； b)應用效果好，具有良好的水解穩定性； c)熱穩定性好，可耐熱到300℃；
5.偶聯劑的選用原則
1.硅烷類偶聯劑主要適用于玻璃纖維及含硅填料，如石英、硅灰石等，也可用于部分金屬的氧化物及氫氧化物，但不適用于CaCO3。樹脂主要為熱固性樹脂。 2. 鈦酸酯類偶聯劑對填料的適用范圍廣，如CaCO3，鈦白粉等，還可用于玻璃纖維中。樹脂主要為熱塑性樹脂。 3.酸性填料應選用含堿性官能團的偶聯劑，而堿性填料應選用含酸性官能團的偶聯劑。 4.偶聯劑加入量。硅烷偶聯劑的用量可為填料的1%左右；鈦酸酸類用量一般為填料的0.25~2%。 5.一些表面活性劑會影響鈦酸酯偶聯劑用的發揮，如HSt等，因此它們必須在填料、偶聯劑、樹脂充分混合后加入。 6.大多數鈦酸酯類偶聯劑易與酯類增塑劑發生酯交換反應，因此，此類偶聯劑需待偶聯劑加入后方可加入。鈦酸酯類與硅烷類偶聯劑混合加入協同效果好。
來源： 網絡 編輯：奎博士
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