塑料助剂应用实例之偶联剂

 

偶联剂也称为表面处理剂,它是一种在无机材料与有机材料或不同有机材料之间,通过化学作用和物理作用,使两者相容性得到改善的一种小分子有机化合物。

 

偶联剂主要用于无机材料和有机材料混合体系中,有时也用于有机材料复合体系中,但比较少用。

 

偶联剂的分子结构特点是含有两类性质不同的化学基团:一类是

亲无机基团,另一类是亲有机基团,具体分子结构可用下式表示(RO)IM- Ay

 

RO代表易进行水解或交换反应的短链烷氧基

 

M代表中心原子,可以是硅、钛、铝及硼等。

 

A代表与中心原子结合稳定的较长链亲有机基团,如酯基(COR-)、长链烷氧基(RO)、***酰基等。

 

用偶联剂对添加剂进行处理时,其两类基团分别通过化学反应或物理作用,一端与添加剂表面结合,另一端与树脂缠结或反应,使表面性质相差悬殊的添加剂与树脂之间较好地相容。

 

①偶联剂的作用机理

 

目前还没有一套较为完整的理论,下面几种解释较为常见。a.化学键理论该理论认为,偶联剂分子含有两种不同性质的基团,其中一种基团可与无机材料表面分子作用,形成化学键;而另种基团可与有机材料(树脂)分子键合,从而在无机相与有机相之间起到桥梁和连接作用,使不相容两相达到相容

 

实际上,上述理论中偶联剂与两相的作用除形成化学键外,还有氢键及物理吸附等。

 

化学键理论较好地解释了***偶联剂对玻璃纤维复合体系的作用机理。

 

b.表面浸润理论该理论的主要论点为液态偶联剂对无机填料的表面浸润性,促进了两者的相容性。如果无机填料被完全浸润,则树脂在两相界面上的物理吸附所产生的粘结强度,比树脂本身内聚能还要大。反之,如无机材料浸润不良,则导致相容性差。此理论较好地解释了热固性树脂与无机填料之间的复合。C·变层理论为了缓和复合材料中树脂和填料两相在冷却时不同收缩率而产生的界面应力,希望在树脂与填料之间形成一个柔性变形层,使复合材料的韧性增大。而偶联剂可在树脂与填料之间形成上述的柔性变形层,起到松弛界面应力,阻止界面裂纹扩展的作用。d.拘束层理论复合材料中存在着高模量的填料与低模量树脂之间的界面区,偶联剂是界面区中的一部分,它的模量介于树脂与填

料两者中间,可以较好地传递应力

 

②偶联剂的种类

 

n,***类偶联剂***类偶联剂是开发***早应用***广的一类偶联剂。早期主要用于热固性塑料与玻璃纤维之间,现在也用于热塑性树脂与含硅性填料之间

 

***类偶联剂的结构通式可以写成:RSiX1。其中R系与树脂分子有亲和力或反应能力的活性官能团,如氨基、环氧基、乙烯基、甲基丙烯酰基和巯基等。

 

X为能水解基团,如***、乙酰基氧、乙氧基和氯等。此类***为水解***;X为氧化基一O-O一R时,称为氧化***;X为含多硫原子基团一SS-R时,称为多硫化***。

 

***近又开发了一种叠氮***,其通式为:

 

(CH, CH,),Si-R--SO,N3

 

在具体使用时,可先将***偶联剂用水、醇、BingTong或其它混合物做溶剂,配成一定浓度(0.5%~2%)的溶液而使用,并添加适量酸碱式缓冲剂,以维持一定的pH值。

 

常用的***类偶联剂品种有:

 

A-150(乙烯基***),主要用于聚酯、PE、PS等A-151(乙烯基三乙氧基***),主要用于PE、PP及热固性树脂A-171(乙烯基***氧基***),用途同A-151。A-172[乙烯基三(B***乙氧基)***],用途同A-151A-143(y-氯丙基***氧基***),主要用于PA中。A-1100或KH-550(7-氨丙基三乙氧基***),主要用于乙丙橡胶氯丁橡胶,聚氨酯及环氧树脂。

 

A-174或KH-570(7-(甲基丙烯酰氧基)丙基***氧基***),主要

 

用于PE、PP、PS、ABS、PVC、PC等

 

A189或KH1590(7硫丙基***氧基***),主要用于聚酯、PAA-1160或KH-550(7-脲基丙基三乙氧基***)。b.钛酸酯类偶联剂这类偶联剂开发于20世纪80年代,是一类新型的偶联剂,其发展速度和应用范围都已超过了***类偶联剂,主

要用于热塑性塑料与各类填料之间的偶联处理

 

钛酸酯类偶联剂可分成如下几种类型:

 

单烷氧基型其结构通式为:RO-Ti(OXRY)3,主要用于PP、PsS及PF中,具体品种有: KR TTS、KR39Ds、KR44、KR12及KR38S等

 

这类钛酸酯偶联剂对水敏感,只适于干燥填料的偶联处理。其改进型为单烷氧基焦***型,由于分子中含有焦磷酸基团,克服单烷氧基类偶联型的水解性,可适用于含水填料。