一、硅烷偶聯劑的作用機理有哪些

硅烷偶聯劑是一類具有特殊結構的低(di)分子有機(ji)硅化合(he)物，它(ta)在表(biao)面處理(li)(li)，填充塑料，用(yong)作(zuo)密封劑(ji)、粘(zhan)接劑(ji)和(he)涂料的增粘(zhan)劑(ji)等領域應用(yong)廣(guang)泛，但(dan)對于它(ta)的作(zuo)用(yong)機(ji)理(li)(li)，人們尚無完(wan)整統一的認識(shi)，目前研(yan)究的理(li)(li)論主要有以(yi)下四種：

1、化學鍵理論

該理(li)論(lun)認為，硅烷(wan)中X基團(tuan)能與(yu)無機材(cai)料表面的羥基起(qi)反應(ying)形成(cheng)(cheng)化(hua)(hua)學鍵(jian)，Y基團(tuan)能與(yu)樹脂起(qi)反應(ying)形成(cheng)(cheng)化(hua)(hua)學鍵(jian)。這兩種化(hua)(hua)學性(xing)質差別很大的材(cai)料以化(hua)(hua)學鍵(jian)“偶聯(lian)”起(qi)來，獲得良好的聯(lian)接，這也是這類化(hua)(hua)合物被稱為偶聯(lian)劑的原因。化(hua)(hua)學鍵(jian)理(li)論(lun)一直比較廣泛(fan)被用來解釋偶聯(lian)劑的作用，特(te)別是如何選擇偶聯(lian)劑有一定的實際意(yi)義。

2、浸濕效應和表面效應

在復(fu)合(he)材(cai)料的(de)(de)(de)制(zhi)造中，液態樹脂(zhi)(zhi)(zhi)與(yu)被粘(zhan)物的(de)(de)(de)良好浸潤(run)是(shi)頭等重要(yao)的(de)(de)(de)。如果能(neng)獲得完全全的(de)(de)(de)浸潤(run)，那(nei)么樹脂(zhi)(zhi)(zhi)對(dui)高(gao)(gao)能(neng)表(biao)(biao)(biao)面的(de)(de)(de)物理(li)吸的(de)(de)(de)粘(zhan)接強(qiang)(qiang)度將遠高(gao)(gao)于有(you)機(ji)樹脂(zhi)(zhi)(zhi)內(nei)聚強(qiang)(qiang)度。用合(he)適的(de)(de)(de)硅烷偶聯(lian)劑(ji)處理(li)玻璃纖(xian)維（或其它無機(ji)材(cai)料）表(biao)(biao)(biao)面，會提高(gao)(gao)其表(biao)(biao)(biao)面張(zhang)力(li)，從而促使有(you)機(ji)樹脂(zhi)(zhi)(zhi)能(neng)在無機(ji)物表(biao)(biao)(biao)面的(de)(de)(de)浸潤(run)與(yu)展開。

3、形態理論

無機材(cai)料上(shang)的硅(gui)烷處理(li)(li)劑會以某種方式改(gai)變鄰近有機聚(ju)合(he)物的形態，從而改(gai)進粘接效果(guo)。可變形層(ceng)理(li)(li)論(lun)認為，可產生一(yi)個撓性樹脂層(ceng)以緩(huan)和界面應力(li)；而約束層(ceng)理(li)(li)論(lun)認為，硅(gui)烷可將聚(ju)合(he)物結構(gou)“緊束”在(zai)相間區域中。

4、其它理論

界面(mian)上的的偶聯劑(ji)可(ke)能(neng)起著多種(zhong)別(bie)的功(gong)能(neng)，如(ru)可(ke)能(neng)產生一種(zhong)潤(run)滑作(zuo)用，借以保護(hu)無機材料免遭(zao)水的應力腐(fu)蝕。此(ci)外，還有(you)酸(suan)堿反應理論，可(ke)逆水解鍵理論、可(ke)逆水解機理等。

二、影響硅烷偶聯劑作用的因素有哪些

硅烷偶聯劑起到(dao)的(de)作用(yong)受到(dao)多(duo)方(fang)面因素的(de)影響，具體包括：

1、硅烷的水解

（1）離去基團（水解基團）

Si-NR2>Si-Cl>Si-NH-Si>Si-O(O=C)CH3>Si-OCH3>Si-OCH2CH3

（2）pH

弱酸性條件(jian)下有利(li)于硅烷的水解，不利(li)于縮合反應(ying)。

（3）化學結構（有機基團）

如(ru)果有(you)多(duo)重取代(dai)基（苯或叔丁(ding)基），增(zeng)加位(wei)阻效應，有(you)利(li)于行成穩定的(de)硅醇鍵。

2、硅烷的縮合

（1）?pH

弱堿(jian)性(xing)(xing)條件有利于縮合反應，不(bu)利于水解(jie)的穩定(ding)性(xing)(xing)。

（2）化學結構（有機基團）

有機部(bu)分(fen)取代基越(yue)少，越(yue)有利(li)于脫水縮合。

（3）溫度

表面共價鍵的形成(cheng)具有一定(ding)的可逆性。當水被(bei)除(chu)去時(shi)，通常通過加熱到120℃，30-90分鐘或真空2-6小(xiao)時(shi)，鍵可能形成(cheng)、斷裂(lie)和重(zhong)組，以緩解內應力(li)。

（4）硅烷濃度

硅烷(wan)加入水中(zhong)且溶(rong)解(jie)度(du)(du)低，則(ze)有利(li)于高聚合度(du)(du)，聚硅氧烷(wan)層(ceng)的厚度(du)(du)也(ye)由硅氧烷(wan)溶(rong)液(ye)的濃度(du)(du)決定。雖然通常需要單(dan)層(ceng)吸附，但通常使用的溶(rong)液(ye)會(hui)產(chan)(chan)生多層(ceng)吸附。據計算，從0.25%的硅烷(wan)溶(rong)液(ye)沉積(ji)到玻璃上(shang)可以產(chan)(chan)生3到8個分子(zi)層(ceng)。

3、有機材料的方面

不同的(de)化學結(jie)構，反(fan)應的(de)條件和難易程(cheng)度(du)有很大差異(yi)。

4、無機材料方面

（1）表面羥基的濃度

（2）表面羥基(ji)的類型

（3）所形成鍵(jian)的水解穩(wen)定性

（4）基(ji)材(cai)的物(wu)理尺寸或基(ji)材(cai)的特性

含羥基的無機材料，羥基的種類和含量有很大差異。中性條件下，剛熔融行成的無機物表面羥基含量較低；基材表面含有大量的吸附水，影響硅烷偶聯劑與(yu)(yu)基(ji)材(cai)的耦(ou)合反(fan)應；含有(you)氫鍵的鄰硅烷醇與(yu)(yu)硅烷偶(ou)聯(lian)劑反(fan)應更容(rong)易，而(er)孤立的或游離的羥基(ji)反(fan)應不太容(rong)易。

5、表面張力

臨界(jie)表面(mian)張(zhang)力與固體(ti)(ti)的(de)(de)潤濕(shi)性(xing)或(huo)釋放特性(xing)有(you)關。它可以更好地預測固體(ti)(ti)與一系列液體(ti)(ti)的(de)(de)行為。表面(mian)張(zhang)力低于基材臨界(jie)表面(mian)張(zhang)力（γc）的(de)(de)液體(ti)(ti)會(hui)潤濕(shi)表面(mian)，即(ji)顯示接觸角為0（cosθe=1）。臨界(jie)表面(mian)張(zhang)力對于任(ren)何固體(ti)(ti)都是(shi)唯(wei)一的(de)(de)，并(bing)且(qie)通過(guo)繪制不同表面(mian)張(zhang)力的(de)(de)液體(ti)(ti)的(de)(de)接觸角的(de)(de)余弦(xian)圖并(bing)外(wai)推(tui)到(dao)1來確定。

γsv–γsl=γlv?cosθ???楊氏模(mo)量方程

γSL=臨界面(mian)表面(mian)張(zhang)力，γLV=液體表面(mian)張(zhang)力

臨(lin)界(jie)(jie)表(biao)(biao)面(mian)張力(li)(li)大(da)于45達(da)(da)因(yin)/厘米(mi)(mi)的(de)表(biao)(biao)面(mian)通(tong)常會(hui)觀(guan)察(cha)到(dao)親水(shui)(shui)行(xing)(xing)為(wei)。隨(sui)著(zhu)臨(lin)界(jie)(jie)表(biao)(biao)面(mian)張力(li)(li)的(de)增加，接觸角的(de)預期下降伴隨(sui)著(zhu)更強的(de)吸附行(xing)(xing)為(wei)和增加的(de)放熱。臨(lin)界(jie)(jie)表(biao)(biao)面(mian)張力(li)(li)小(xiao)于35達(da)(da)因(yin)/厘米(mi)(mi)的(de)表(biao)(biao)面(mian)通(tong)常會(hui)觀(guan)察(cha)到(dao)疏(shu)水(shui)(shui)行(xing)(xing)為(wei)。首先，臨(lin)界(jie)(jie)表(biao)(biao)面(mian)張力(li)(li)的(de)降低與親油(you)行(xing)(xing)為(wei)有關，即烷烴(jing)油(you)對(dui)表(biao)(biao)面(mian)的(de)潤(run)濕。當臨(lin)界(jie)(jie)表(biao)(biao)面(mian)張力(li)(li)降低到(dao)20達(da)(da)因(yin)/厘米(mi)(mi)以下時，表(biao)(biao)面(mian)會(hui)抵(di)抗烷烴(jing)油(you)的(de)潤(run)濕，并(bing)且被(bei)認(ren)為(wei)是疏(shu)油(you)和疏(shu)水(shui)(shui)的(de)。