技術 | 用硅烷偶聯(lián)劑改性硅微粉，沒你想得那么簡單！

　　硅微粉被廣泛應用于塑料、涂料、橡膠等材料中，既能降低材料成本，又能提高尺寸穩(wěn)定性，并賦予某些特殊的物理化學性能。然而，硅微粉屬于無機非金屬材料，與高分子材料相容性差，難分散。為提高硅微粉的應用性能，需要對其進行表面改性。

　　硅烷偶聯(lián)劑是硅微粉表面改性最常用的改性劑，可將硅微粉親水性轉變?yōu)橛H有機性表面，還可提高有機高分子材料對其粉體的潤濕性，并通過官能團使硅微粉與有機高分子材料實現(xiàn)牢固的共價鍵界面結合。

　　但是，硅烷偶聯(lián)劑的應用效果與選用的種類、用量、水解情況、基材特性、有機高分子材料的應用場合、方法及條件等有關。所以要使用好硅烷偶聯(lián)劑，就要對其結構、性質及與硅微粉作用的機理等進行認真的研究，這樣才能正確的選擇和使用好硅烷偶聯(lián)劑，設計和制造出工藝合理的表改性設備。

1、硅烷偶聯(lián)劑的結構與性質

　　硅烷偶聯(lián)劑是一類分子同時含有兩種不同化學性質基團的特殊結構的有機硅化合物，可用以下通式表示：

Y-R-SiX3

　　式中：Y-R為非水解基團，X3為可水解基團。Y是可以和有機化合物起反應的基團（如乙烯基、氨基、環(huán)氧基、疊氮基等），R是短鏈亞烷基（也稱短鏈烷撐基）通過它把Y與Si原子連接起來；X是可以進行水解反應，并生成Si-OH的基團，一般的硅烷偶聯(lián)劑是含有三個可水解的基團。

Y與X是兩類反應特性不同的活性基團。Y中所帶的基團很容易和有機聚合物中的官能團反應，從而可以使硅烷偶聯(lián)劑與有機高分子基料連接。當X活性基團水解時，使Si-X能化為Si-OH，而Si-OH與被處理的硅微粉表面的OH形成氫鍵，同時進行加熱，產生縮合脫水反應，形成其價鍵結合。由此通過硅烷偶聯(lián)劑可將硅微粉體料與有機高分子材料之間產生一種良好的界面結合，使兩者可緊密的結合到一起。

　　在硅烷偶聯(lián)劑這兩類互異的基團中，以Y基團最為重要，它對有機高分子制品的性能影響很大，起決定偶聯(lián)劑性能的作用。只有當Y基團能和對應的有機高分子材料起很好的反應效果，才能使其基材的性能得到提高。

　　一般要求Y基團要與有機高分子材料能很好的相溶，并能起到偶聯(lián)的作用。所以對不同的有機高分子材料應考慮選擇適當的Y基團硅烷偶聯(lián)劑。

2、硅烷偶聯(lián)劑與硅微粉的作用機理

　　硅烷偶聯(lián)劑比較成熟的作用機理是化學鍵結合理論：硅烷偶聯(lián)劑中含有兩類不同的化學官能團，它的一端能與無機材料OH反應，形成氫鍵，并在一定的條件下縮合、脫水和固化，形成共價鍵；另一端又能與有機高分材料結合，從而使有機高分子材料-硅烷偶聯(lián)劑-無機材料之間產生一種良好的界面結合，將兩種性質差異較大的材料牢固的結合在一起。

▲硅烷偶聯(lián)劑與硅微粉的反應過程

　　該反應過程分為四步：

　　第一步是硅烷偶聯(lián)劑中與Si相連的3個水解基團與水反應，生成硅醇；

　　第二步是硅醇之間脫水，縮合成Si-OH的低聚硅氧烷；

　  第三步是低聚硅氧烷的Si-OH與硅微粉表面上的OH反應，形成氫鍵；

　　第四步是在加熱的過程中產生縮合、脫水及固化反應，達到與硅微粉形成牢固的共價鍵結合。剩下的兩個Si-OH或者與其它硅烷偶聯(lián)劑中的Si-OH縮合，或者保持游離狀態(tài)。

3、硅烷偶聯(lián)劑的選擇

　　硅微粉的表面改性技術是一門與應用技術密切相關的技術，從應用角度來說是具有很強的針對性。由于硅烷偶聯(lián)劑的水解效果取決于Si-X，而與有機高分子材料的反應活性則取決于C-Y。因此對于不同的基材或處理的對象，選擇合適的硅烷偶聯(lián)劑是至關重要的。

　硅烷偶聯(lián)劑的種類有幾十種：氨基、氯基、鏈烯基、環(huán)氧基、甲基丙烯酰氧基、巰烴基、陽離子基、雙官能團等。

　　選擇方法主要是通過試驗預選，并應根據硅烷偶聯(lián)劑的結構、性質及與硅微粉作用的機理，同時還需綜合考慮下游產品基料的組成及對硅烷偶聯(lián)劑反應的效果等。

　　另外，硅烷偶聯(lián)劑的選擇還應考慮是否選擇兩種以上的偶聯(lián)劑。在有些情況下選擇兩種偶聯(lián)劑是十分必要的，可以起到協(xié)同和多功能化的效果。如選擇了兩種以上的偶聯(lián)劑，還應認真的考慮哪一種偶聯(lián)劑先加或后加的問題。

4、硅烷偶聯(lián)劑在硅微粉表面改性中的應用

01 、硅烷偶聯(lián)劑的用量

　　硅烷偶聯(lián)劑的用量是根據粉體的比表面積所占的反應活性點（如Si-OH）的數量以及硅烷偶聯(lián)劑覆蓋表面的單分子層、多分子層的厚度等決定的。而且硅烷偶聯(lián)劑水解后，其自身也產生縮合反應，會影響到計算用量的準確性，所以加入量會有所增加。

02、 表面改性工藝的確定

　　根據所選用的硅烷偶聯(lián)劑與硅微粉反應的機理進行確定，需要考慮改性劑的噴灑方式、改性時間，以及改性溫度等，必要時可能還要需要進行分級處理，才能保證改性硅微粉的質量。

03、 表面改性設備的選擇

　　硅微粉表面改性設備的選擇，應根據其表面改性機理所確定的加工工藝為基準，選擇和配套無污染的表面改性設備。目前前國內的表面改性設備比較多，但是有些表面改性設備沒有遵循硅微粉表面改性的機理及工藝要求等制造的，造成表面改性的效果不好，因此要對購置的改性設備進行改造和配套后才能達到較好的效果。　　

5、粉體改性專家--金戈新材

　　從上文看來，制備一款性能優(yōu)異的改性硅微粉并非易事，需從多方面考慮并實驗，費時費力。然而，這么復雜又冗長的過程就交給金戈新材吧。

　　金戈新材對硅微粉、氧化鋁、氫氧化鋁、氫氧化鎂等粉體的研究已有20+年經驗，目前已擁有具有先進國際化水平的生產設備，高效生產；具有快速反應的研發(fā)團隊，可根據客戶所用基材、產品指標、工藝特色等選擇合適的偶聯(lián)劑研發(fā)對應產品或推薦對標產品，同時提供專業(yè)的售前售后支持以及分析測試服務，竭盡全力為客戶提供導熱阻燃高分子系統(tǒng)性解決方案。

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