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偶联剂

工控家百科顾问团

贡献者:工控家001  最后更新:2021-07-27 16:22:34  浏览数:1532

在塑料配混中,改善合成树脂与无机填充剂或增强材料的界面性能的一种塑料添加剂。又称表面改性剂。它在塑料加工过程中可降低合成树脂熔体的粘度,改善填充剂的分散度以提高加工性能,进而使制品获得良好的表面质量及机械、热和电性能。

关键词: 偶联剂概述工作原理应用分类选型指南维护保养注意事项故障排除


1概述

在塑料配混中,改善合成树脂与无机填充剂或增强材料的界面性能的一种塑料添加剂。又称表面改性剂。它在塑料加工过程中可降低合成树脂熔体的粘度,改善填充剂的分散度以提高加工性能,进而使制品获得良好的表面质量及机械、热和电性能。

其用量一般为填充剂用量的0.5~2%。偶联剂一般由两部分组成:一部分是亲无机基团,可与无机填充剂或增强材料作用;另一部分是亲有机基团,可与合成树脂作用。


2工作原理

偶联剂是一类具有两不同性质官能团的物质,其分子结构的最大特点是分子中含有化学性质不同的两个基团,一个是亲无机物的基团,易与无机物表面起化学反应;另一个是亲有机物的基团,能与合成树脂或其它聚合物发生化学反应或生成氢键溶于其中。因此偶联剂被称作“分子桥”,用以改善无机物与有机物之间的界面作用,从而大大提高复合材料的性能,如物理性能、电性能、热性能、光性能等。

3应用

偶联剂用于橡胶工业中,可提高轮胎、胶板、胶管、胶鞋等产品的耐磨性和耐老化性能,并且能减小NR用量,从而降低成本。偶联剂在复合材料中的作用在于它既能与增强材料表面的某些基团反应,又能与基体树脂反应,在增强材料与树脂基体之间形成一个界面层,界面层能传递应力,从而增强了增强材料与树脂之间粘合强度,提高了复合材料的性能,同时还可以防止其它介质向界面渗透,改善界面状态,有利于制品的耐老化、耐应力及电绝缘性能。

4分类

(1)铬络合物偶联

剂 铬络合物偶联剂开发于50年代初期,由不饱和有机酸与三价铬离子形成的金属铬络合物,合成及应用技术均较成熟,而且成本低,但品种比较单一。

(2)硅烷偶联剂

硅烷偶联剂的通式为RSiX3,式中R代表氨基、巯基、乙烯基、环氧基、氰基及甲基丙烯酰氧基等基团,这些基团和不同的基体树脂均具有较强的反应能力,X代表能够水解的烷氧基(如甲氧基、乙氧基等)。硅烷偶联剂在国内有KH550,KH560,KH570,KH792,DL602,DL171这几种型号。

(3)钛酸酯偶联剂

依据它们独特的分子结构,钛酸酯偶联剂包括四种基本类型:

①单烷氧基型 这类偶联剂适用于多种树脂基复合材料体系,尤其适合于不含游离水、只含化学键合水或物理水的填充体系;

②单烷氧基焦磷酸酯型 该类偶联剂适用于树脂基多种复合材料体系,特别适合于含湿量高的填料体系;

③螯合型 该类偶联剂适用于树脂基多种复合材料体系,由于它们具有非常好的水解稳定性,这类偶联剂特别适用于含水聚合物体系;

④配位体型 该类偶联剂用在多种树脂基或橡胶基复合材料体系中都有良好的偶联效果,它克服了一般钛酸酯偶联剂用在树脂基复合材料体系的缺点。

(4)其它偶联剂

锆类偶联剂是含铝酸锆的低分子量的无机聚合物。它不仅可以促进不同物质之间的粘合,而且可以改善复合材料体系的性能,特别是流变性能。该类偶联剂既适用于多种热固性树脂,也适用于多种热塑性树脂。此外还有镁类偶联剂和锡类偶联剂。

 


5选型指南

在选用偶联剂之前,应首先测定所用填充剂的含湿性,根据含湿状态和前述各类钛酸酯的特性决定具体品种,干燥填充剂宜用单烷氧基型,潮湿填充剂可选螯合型或单烷氧基焦磷酸型。    

在选用偶联剂时还应考虑聚合物的熔点,结晶度、分子量、极性、芳香性、脂脚性、共聚结构等,对于热固性聚合物还要考虑到其固化温度和固化机理。填充剂的形状、比表面、湿含量、酸碱性、化学组成等都可影响偶联效果。一般粗粒子填充剂偶联效果不及细粒子好但对超微细(如CaCO3≥2000目)填充剂效果则有相反现象。    

偶联剂的用量,一般为处理物重量的0.5--3%,推荐使用量为0.8---1.5%。其用量与效果并非是正比关系,量太多则偶联剂过剩反而使性能下降,(在塑料中使拉伸、抗冲击等指标下降,在涂料中,会使附着力大为降低等)量太少,则因包复不完全,效果不显著。所以在应用时要试验出最佳用量,做到既经济又有效。

 


6注意事项

一般来说,偶联剂两端的官能团分别与填料的分散相和基质聚合物进行反应。因填料不同,偶联效果差别很大,例如硅烷偶联剂对于二氧化硅、三氧化二铝、玻璃纤维、陶土、硅酸盐、碳化硅等有显著效果,对滑石粉、粘土、氢氧化铝、硅灰石、铁粉、氧化铝等效果稍差些,对石棉、二氧化钛、三氧化二铁等效果不太大,对碳酸钙、石墨、炭黑、硫酸钡、硫酸钙等效果很小。

表面具有硫醇基的填料,硅烷偶联剂的偶联效果大,而对于钙、镁、钡的碳酸盐、硫酸盐、亚硫酸盐等,硅烷偶联剂的偶联效果则不太明显。若用二氧化硅的水溶胶处理没有硫醇基的填料粒子表面,然后再使用硅烷偶联剂,此时就会产生较好的偶联效果,这种处理方法被称为双涂层法。

钛酸酯偶联剂及铝酸酯偶联剂均能处理填料的表面,只是处理的效果各有一定的针对性。如钛酸酯偶联剂处理效果比较好的填料有碳酸钙、硫酸钡、硫酸钙、亚硫酸钙、氢氧化铝、氢氧化镁、硅酸钙、硅酸铝、钛自粉、石棉、氧化铝、三氧化二铁、氧化铅、铁酸盐等;处理效果稍次的填料有云母、二氧化硅、氧化镁、氧化钙等;处理效果较差的填料有滑石粉、炭黑、木粉;几乎没有效果的有石墨、磁粉、陶土、一般颜料等。不过也要根据偶联剂的具体品种、牌号、用量等再确定。

 


参考资料

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