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早在1940年代,約翰·霍普金斯大學(xué)的Ralph K Witt等人在向海軍軍械局提交的“秘密”報告中指出,玻璃纖維已用烯丙基三乙氧基硅烷處理過。所得的不飽和聚合物復(fù)合材料的強度是用乙基三氯硅烷處理的玻璃纖維的強度的兩倍,從而打開了生產(chǎn)硅烷交聯(lián)劑的實際應(yīng)用歷史,很大地刺激了硅烷偶聯(lián)劑的研究和開發(fā)。硅烷的應(yīng)用:硅烷偶聯(lián)劑作為連接兩種性質(zhì)不同的材料的“分子橋”,已廣泛用于復(fù)合材料,涂料,膠粘劑和其他行業(yè)。隨著其在玻璃纖維增強材料中的應(yīng)用,合成的種類正在增加,并且應(yīng)用范圍也在擴大。現(xiàn)在,生產(chǎn)硅烷交聯(lián)劑基本上可用于所有無機材料和有機材料的連接表面,并已廣泛用于汽車,航空,電子和建筑等行業(yè)。
1、干法;這是使用較廣泛的非金屬礦物粉末表面改性工藝。當(dāng)前用于非金屬礦物填料和顏料,原因是干法工藝簡單,操作靈活,投資少,改性劑適應(yīng)性好。(1)間歇干燥過程;其特點是可以在較大范圍內(nèi)靈活調(diào)節(jié)表面改性時間,但生產(chǎn)硅烷交聯(lián)劑顆粒表面改性劑難以均勻涂覆,單位產(chǎn)品消耗大,生產(chǎn)效率低,勞動強度大。(2)連續(xù)修改過程;它的特點是粉末和表面改性劑的分散性更好,生產(chǎn)硅烷交聯(lián)劑顆粒表面涂層均勻,單位產(chǎn)品的改性劑消耗量少,勞動強度低,生產(chǎn)效率高,適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。2、濕表面有機改性工藝;3、機械化學(xué)/化學(xué)涂料復(fù)合改性工藝;4、無機沉淀反應(yīng)/化學(xué)涂料復(fù)合改性工藝;5、物理涂層/化學(xué)涂層復(fù)合改性工藝。
二氧化硅具有親水性的主要原因是二氧化硅的表面被硅烷醇包圍,所選的生產(chǎn)硅烷交聯(lián)劑通常是易于與二氧化硅表面上的羥基反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì),并且當(dāng)使用生產(chǎn)硅烷交聯(lián)劑有機物作為改性劑時,改性效果更好。常用的修飾符如下:(1)有機硅鹵素化合物:例如二甲基二氯硅烷和三甲基氯硅烷。(2)有機硅有機化合物:例如聚二甲基硅氧烷(PDMS),六甲基二硅氧烷(MM),八甲基三硅氧烷(MDM)。(3)醇類化合物:如丁醇,戊醇,線性庚醇等。(4)硅氮烷化合物:如六甲基二硅氮烷等。(5)有機聚合物:如聚乙烯醇。(6)硅烷偶聯(lián)劑:包括六甲基二硅氮烷,六甲基乙基硅氮烷,乙烯基乙氧基硅烷,三甲基乙氧基硅烷,甲基三甲氧基硅烷等。
當(dāng)在金屬表面上形成硅烷膜時,由于硅烷溶液中的SiOH基與金屬表面上的MeOH基縮合,因此在界面上會形成牢固的Si-O-Me共價鍵。該鍵與Si-O-Si鍵一起在界面區(qū)域或“界面層”中形成新的結(jié)構(gòu)。以鋁為例,顯示了生產(chǎn)硅烷交聯(lián)劑處理后金屬的表面結(jié)構(gòu)??梢钥闯?,界面層主要包括Al-O-Si鍵和Si-O-Si鍵,其化學(xué)成分類似于(Al2O3)x·(xSiO2)y。研究表明,界面層的形成為良好保護金屬表面奠定了重要基礎(chǔ)。隨著生產(chǎn)硅烷交聯(lián)劑的耐水性的提高,膜中的水量大大減少,從而防止了Si-O-Al共價鍵的水解,在界面處保持了良好的粘合強度,并進一步確保了硅烷的防腐性能。硅烷膜。
由于生產(chǎn)硅烷交聯(lián)劑的獨特結(jié)構(gòu),具有優(yōu)異的耐候性,耐久性,耐高低溫性,抗紫外線輻射性和彈性粘結(jié)能力,因此被廣泛用作建筑,電子和消費產(chǎn)品中的密封劑,其優(yōu)異的性能部分抵消了高成本。的價格。隨著復(fù)合材料科學(xué)的發(fā)展,在過去的十年中,有機硅與其他低成本有機材料的結(jié)合使用使生產(chǎn)硅烷交聯(lián)劑在許多領(lǐng)域(尤其是在高需求的領(lǐng)域)具競爭力,并且可以繼續(xù)適應(yīng)和擴展新的需求。有機硅的低表面張力使其成為一種優(yōu)異的脫模劑材料,廣泛用于食品,包裝建筑,汽車,電子產(chǎn)品和模制產(chǎn)品領(lǐng)域。