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材料表面的硅烷化改性
材料表面的硅烷化改性
发布时间:2022-12-23 01:31:49 来源:
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实验
64
材料表面的硅烷化改性
一.实验目的
1.
利用硅烷偶联剂改性有机或无机材料。
2.
制备无机
-
有机杂化粉体或薄膜材料。
二.实验原理
很多纳米材料都是重要的无机化工产品,是橡胶
.
塑料
.
油漆
.
油墨
.
造纸
.
农药及牙膏等行
业不可缺少的优良原料。以
SiO
2
纳米颗粒为例,纯粹制备的
SiO
2
颗粒表面上存在着大量
的羟基基团,呈极性
.
亲水性强,众多的颗粒相互联结成链状,链状结构彼此又以氢键相互
作用,形成由聚集体组成的立体网状结构,在这种立体网状结构中分子间作用力很强,应
用过程中很难均匀分散在有机聚合物中,颗粒的纳米效应很难发挥出来。如何将纳米
SiO
2
均匀分散在高分子材料中,以提高聚合物材料的各项性能是一个重要的研究方向。
硅烷偶联剂发展至今已有一百多种产品,按
Y
有机官能团的不同,可分为链系基类硅
烷偶联剂
.
氨基硅烷偶联剂
.
环氧基类硅烷偶联剂
.
烷基丙烯酰氧基类硅烷偶联剂及双官能基
型硅烷偶联剂等。
硅烷偶联剂处理技术原理简单
.
操作方便,其与材料表面的作用机理一直是研究的重点,
目前关于硅烷在材料表面行为的理论有很多假设,
主要有化学键理论
.
物理吸附理论
.
表面浸
润理论
.
可逆水解平衡理论和酸碱相互作用理论等。
硅烷偶联剂分子含有两种反应性基团,化学结构可以用
X
3
SiRY
来表示,其中,
X
是可
进行水解反应并生成硅烃基
(Si-OH
的基团,如卤素
.
氨基
.
烷氧基和乙酰氧基等,硅醇基团
可和无机物
(如无机盐类
.
硅酸盐
.
金属及金属氧化物等)
发生化学反应,
生成稳定的化学键,
将硅烷与无机材料连接起来。
Y
是非水解基团,
可与有机基团如乙烯基
.
氨基
.
巯基
.
环氧基等
起反应,
从而提高硅烷与聚合物的粘连性。
R
是具有饱和键或不饱和键的碳链,
将官能团
Y
和
Si
原子连接起来。
因此硅烷偶联剂分子被认为是连接无机材料和有机材料的
“分子桥”
,
能将两种性质悬殊的材料牢固地连接在一起,
形成无机相
/
硅烷偶联剂
/
有机相的结合形态,
从而增加了后续有机涂层与基地材料的结合力。
一般来说,硅烷分子
中的两个端基团既能分别参与各自的反应,也能同时起反应。通
过适当的控制反应条件,可在不改变
Y
官能团的前提下取代
X
官能团,
或者在保留
X
官能
团的情况下,使
Y
官能团改性。若在水性介质中对
Y
官能团改性,那么
X
基团同时水解。
则硅烷的作用过程依照四步反应模型来解释:
①与硅相连的
3
个
Si-X
基团水解成
Si-OH;
②
Si-OH
之间缩合反应,脱水生成
Si-OH
的低聚硅烷;
③低聚物中的
Si-OH
与基体表面的
-OH
形成氢键;
④加热固化过程中发生脱水反应,与基材以共价键连接。
界面上硅烷偶联剂只有一个硅与基材表面键合,剩下两个
Si-OH
可与其他硅烷中的
Si-OH
缩合形成
Si-O-Si
结构。
常用的硅烷偶联剂主要有
;
本文来源:
https://www.2haoxitong.net/k/doc/057963e8eff9aef8951e0639.html
《材料表面的硅烷化改性.doc》
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