一、硅烷偶聯劑的作用機理有哪些

硅烷偶聯劑是一類(lei)具有特殊結構的(de)(de)低分子有機(ji)硅化合(he)物，它在(zai)表面處理，填(tian)充塑料，用作密封劑、粘接(jie)劑和(he)涂(tu)料的(de)(de)增粘劑等領域(yu)應(ying)用廣泛，但對于(yu)它的(de)(de)作用機(ji)理，人們(men)尚(shang)無完整統(tong)一的(de)(de)認(ren)識(shi)，目前研究的(de)(de)理論主(zhu)要有以下四種：

1、化學鍵理論

該理論認為(wei)，硅(gui)烷中(zhong)X基(ji)團(tuan)能與無(wu)機材料(liao)表面的(de)(de)羥基(ji)起(qi)反應形(xing)成化學鍵，Y基(ji)團(tuan)能與樹脂(zhi)起(qi)反應形(xing)成化學鍵。這(zhe)(zhe)兩種化學性質差別(bie)很大的(de)(de)材料(liao)以化學鍵“偶(ou)(ou)聯(lian)(lian)(lian)”起(qi)來，獲得良好的(de)(de)聯(lian)(lian)(lian)接，這(zhe)(zhe)也是這(zhe)(zhe)類化合(he)物被稱為(wei)偶(ou)(ou)聯(lian)(lian)(lian)劑(ji)的(de)(de)原因(yin)。化學鍵理論一直(zhi)比較廣泛被用來解釋偶(ou)(ou)聯(lian)(lian)(lian)劑(ji)的(de)(de)作用，特(te)別(bie)是如何選(xuan)擇偶(ou)(ou)聯(lian)(lian)(lian)劑(ji)有一定(ding)的(de)(de)實際(ji)意義(yi)。

2、浸濕效應和表面效應

在復合材料的(de)(de)(de)(de)制造中，液態樹(shu)脂(zhi)(zhi)與被粘物的(de)(de)(de)(de)良好浸(jin)潤(run)(run)是頭等重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)。如果能(neng)獲得完全全的(de)(de)(de)(de)浸(jin)潤(run)(run)，那么樹(shu)脂(zhi)(zhi)對高(gao)(gao)能(neng)表面的(de)(de)(de)(de)物理吸的(de)(de)(de)(de)粘接強度將(jiang)遠高(gao)(gao)于有(you)機樹(shu)脂(zhi)(zhi)內聚強度。用合適的(de)(de)(de)(de)硅烷偶(ou)聯劑處理玻璃(li)纖(xian)維（或其它無機材料）表面，會提(ti)高(gao)(gao)其表面張力，從(cong)而促使有(you)機樹(shu)脂(zhi)(zhi)能(neng)在無機物表面的(de)(de)(de)(de)浸(jin)潤(run)(run)與展(zhan)開。

3、形態理論

無(wu)機材(cai)料上的硅烷處理劑會(hui)以某種方式改(gai)變(bian)鄰近有機聚合物(wu)的形(xing)態，從而(er)改(gai)進粘接效(xiao)果。可(ke)變(bian)形(xing)層理論認為，可(ke)產生一(yi)個撓性樹脂層以緩和界面應力；而(er)約(yue)束層理論認為，硅烷可(ke)將聚合物(wu)結構“緊(jin)束”在相間區域中。

4、其它理論

界面上的的偶聯劑可(ke)能(neng)起著多(duo)種別的功能(neng)，如可(ke)能(neng)產生(sheng)一(yi)種潤滑作用(yong)，借(jie)以保護無(wu)機材料(liao)免遭水的應(ying)力(li)腐蝕。此外，還有酸堿反(fan)應(ying)理(li)論(lun)，可(ke)逆水解鍵理(li)論(lun)、可(ke)逆水解機理(li)等。

二、影響硅烷偶聯劑作用的因素有哪些

硅烷偶聯(lian)劑起到的作用受(shou)到多(duo)方面因素(su)的影(ying)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(ruo)酸(suan)性條件下有(you)利于硅(gui)烷的水解(jie)，不利于縮(suo)合反應。

（3）化學結構（有機基團）

如果有多重取代基(ji)（苯或叔丁(ding)基(ji)），增(zeng)加位阻效應，有利于行(xing)成穩定的(de)硅醇鍵。

2、硅烷的縮合

（1）?pH

弱堿性(xing)(xing)條件有利(li)于縮合反(fan)應，不利(li)于水解的(de)穩(wen)定性(xing)(xing)。

（2）化學結構（有機基團）

有機(ji)部分取代基越(yue)少，越(yue)有利于(yu)脫水縮合。

（3）溫度

表面(mian)共價(jia)鍵的(de)形成(cheng)具有一定的(de)可(ke)(ke)逆性(xing)。當水被除去時，通常(chang)通過加熱到(dao)120℃，30-90分鐘或真空2-6小時，鍵可(ke)(ke)能形成(cheng)、斷裂和重組(zu)，以(yi)緩解(jie)內應力(li)。

（4）硅烷濃度

硅(gui)(gui)烷加入水中(zhong)且(qie)溶(rong)解度低，則有利(li)于(yu)高聚合度，聚硅(gui)(gui)氧烷層(ceng)的(de)厚度也由硅(gui)(gui)氧烷溶(rong)液的(de)濃度決(jue)定。雖然通常需要單層(ceng)吸附(fu)，但(dan)通常使用的(de)溶(rong)液會產生多層(ceng)吸附(fu)。據計(ji)算，從(cong)0.25%的(de)硅(gui)(gui)烷溶(rong)液沉積到(dao)玻璃上可以產生3到(dao)8個分(fen)子層(ceng)。

3、有機材料的方面

不同的化學結構，反應的條件和(he)難易程(cheng)度有(you)很大差異。

4、無機材料方面

（1）表(biao)面羥基的濃(nong)度

（2）表面(mian)羥(qian)基的類型

（3）所形成鍵的水(shui)解穩定性

（4）基材的(de)物理尺寸或基材的(de)特性(xing)

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，影響硅烷偶聯劑與基(ji)材的耦合反(fan)(fan)應(ying)(ying)；含有氫鍵(jian)的鄰硅烷(wan)醇與硅烷(wan)偶聯劑反(fan)(fan)應(ying)(ying)更容(rong)易，而孤立的或游離的羥基(ji)反(fan)(fan)應(ying)(ying)不太容(rong)易。

5、表面張力

臨(lin)界(jie)表(biao)面(mian)張力(li)與固(gu)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)的潤濕(shi)性或釋放特(te)性有關。它(ta)可以更好地預測固(gu)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)與一系列(lie)液體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)的行為。表(biao)面(mian)張力(li)低于基材臨(lin)界(jie)表(biao)面(mian)張力(li)（γc）的液體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)會潤濕(shi)表(biao)面(mian)，即顯示接觸角為0（cosθe=1）。臨(lin)界(jie)表(biao)面(mian)張力(li)對于任何固(gu)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)都(dou)是唯一的，并且通過繪制不(bu)同表(biao)面(mian)張力(li)的液體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)的接觸角的余弦圖并外推到1來確(que)定。

γsv–γsl=γlv?cosθ???楊氏模量方程

γSL=臨界面表面張力，γLV=液體表面張力

臨界(jie)(jie)表(biao)(biao)面張力大于45達因/厘米(mi)的(de)(de)表(biao)(biao)面通常(chang)會觀(guan)(guan)察到(dao)親水(shui)行(xing)(xing)為(wei)。隨(sui)著臨界(jie)(jie)表(biao)(biao)面張力的(de)(de)增加，接觸角的(de)(de)預(yu)期下降(jiang)伴(ban)隨(sui)著更強的(de)(de)吸附行(xing)(xing)為(wei)和(he)增加的(de)(de)放熱。臨界(jie)(jie)表(biao)(biao)面張力小(xiao)于35達因/厘米(mi)的(de)(de)表(biao)(biao)面通常(chang)會觀(guan)(guan)察到(dao)疏(shu)(shu)水(shui)行(xing)(xing)為(wei)。首(shou)先，臨界(jie)(jie)表(biao)(biao)面張力的(de)(de)降(jiang)低與親油行(xing)(xing)為(wei)有(you)關，即烷(wan)烴油對(dui)表(biao)(biao)面的(de)(de)潤濕。當臨界(jie)(jie)表(biao)(biao)面張力降(jiang)低到(dao)20達因/厘米(mi)以(yi)下時，表(biao)(biao)面會抵抗烷(wan)烴油的(de)(de)潤濕，并(bing)且(qie)被認為(wei)是疏(shu)(shu)油和(he)疏(shu)(shu)水(shui)的(de)(de)。