请教硅烷偶联剂水解条件的条件

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硅烷偶联剂KH-590水解最优条件(温度,水醇比,pH,时间)
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温度一般室温(25度)温度越高,分子运动越强,反而容易会产生聚合,水醇比,1:7左右,ph-4-5,时间15分钟
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用不着考虑这么复杂,它很快就水解得剩不下什么活性基团了
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核心提示:矿物或金属的表面硅醇和表面形成非常稳定的-Si-O-金属键。这种反应至关重要,它使得硅烷可用于极具价值的表面处理和偶联剂。2什么是硅烷偶联剂偶联剂的基本定义是:一种能改善聚合物与无机物实际粘结强度的材料。...
1 硅烷是什么
元素周期表中,硅元素和碳元素属于同一元素家族。与碳元素不同的是硅元素的正电性比碳元素要强,不会形成稳定的双键结构。
单体硅化合物就是硅烷。硅烷结构和碳基类似结构如图所示。选择四个相似取代基团以说明硅基和碳基化合物的理化特性的差异与相似。
硅烷偶联剂简式
含有一个或以上的碳-硅键(XH3-Si-)结构的硅烷称为有机硅。碳硅键非常稳定,没有极性,并且可以降低化合物的表面能,具有非极性以及疏水性。虽然通常硅烷会增强类似性能。硅氢结构反应性强,它和水反应形成反应性硅醇(-Si-OH),另外,通过与碳碳双键加成形成碳硅材料。碳化合物上的甲氧基团形成稳定的甲基醚,当他和硅结合时,形成极具反应性、可水解的甲氧基硅烷结构。有机官能团,氨丙基取代基,在有机硅化合物中的化学性能和碳基化合物中的相同。胺和其他有机硅官能团距离硅的远近将决定硅原子是否影响有机硅官能团的化学性能。如果有机间隔基团是一个丙烯基(-CH2-CH2-CH2-),那么,硅有机物与碳有机物相似,一些反应性集团,特别是乙烯硅(-Si-CH=CH2)和硅氢化合物在硅化学中是有用的反应性几天。虽然这些反映性集团直接接到硅原子上。
氯、氮、甲氧基、乙氧基或者乙酸基直接接到硅上分别得到氯硅烷、胺甲硅烷、烷氧基硅烷和酰氧基硅烷,他们反应性强,并表现出独特的无机反应能力。这些分子会很快和水发生反应,即便是表面吸附的水汽也能发生反应,形成硅醇,这些硅醇可以和其他的硅醇反应,形成硅氧烷化学键(-Si-O-Si-)这种非常稳定的结构,或在具有金属羟基的玻璃、矿物或金属的表面硅醇和表面形成非常稳定的-Si-O-金属键。这种反应至关重要,它使得硅烷可用于极具价值的表面处理和偶联剂。
2 什么是硅烷偶联剂
偶联剂的基本定义是:一种能改善聚合物与无机物实际粘结强度的材料。这即可能是指真正粘结力的提高,也可以指浸润性、流变性和其他操作性能的改进。偶联剂还可能对界面区域产生改性作用,以增强有机相与无机相的边界层。
鉴于含有有机官能团的硅烷是一种有机与无机杂交的结构,因而可作为偶联剂,用作在各种环境条件下有机聚合物与无机物之间的粘结增进剂。
硅烷偶联剂是在同一个分子里含有两种反应性-无机和有机反应性的硅基化学分子。通常典型结构为:
Y-R-Si(Men)X4-n-1
Y=氯、胺、环氧、甲基丙烯酰氧、酰氧、苯胺、-HNCONH2-、-HNCH2CH2NH2-、
X=氯、甲氧基、乙氧基、乙酰基、2-甲氧基乙氧基
硅烷偶联剂会在无机材料(玻璃、金属或矿物)和有机材料(如有机聚合物、涂料或粘合剂)的界面起作用,结合或偶联两种截然不同材料。
3 使用硅烷偶联剂的目的
玻璃纤维或者一些矿物纤维在增强聚合物时,聚合物和无机材料之间的界面或者界面相会涉及许多物理和化学因素之间复杂交叉作用,其中粘合力、力学强度、膨胀系数、浓度梯度都和产品性能的保持相关。其中影响粘合力的很大因素就是小分子物质通过渗透作用迁移到无机增强的亲水表面,小分子会侵蚀界面,破坏粘结作用,而“性能优异”的偶联剂在无机和有机材料的界面区域形成耐水键,由于硅烷偶联剂具有独特的物化性能,不但增强了结合强度,更重要的是,防止了复合材料老化和使用过程中的化学键解体。
我们知道在复合材料中,选择合适的硅烷可以使复合材料的弯曲强度大幅度提高,同时增强了材料对湿度和其他恶性环境条件的抵抗力。
硅烷偶联剂可提供其他的优势包括:
更好的浸润无机材料
结合时具有更低的粘度?
更加光滑的复合材料表面?
降低无机材料对热固性复合材料催化剂的抑制作用
更清晰透明的增强塑料
在胶粘剂中加入硅烷偶联剂不仅能提高粘合强度,而且还能改善胶粘剂的耐久性和耐湿热老化性能。例如聚氨基甲酸酯虽然对许多材料具有较高的粘合力,但其耐久性不太理想,在加入硅烷偶联剂后其耐久性可得到显著改善。
如果预先用硅烷偶联剂对填料进行处理,则因为填料表面的极性基团与硅烷偶联剂发生了反应,从而大大减少了填料与树脂的结构化作用,不仅使填料对胶粘剂基体树脂的相容性和分散性大大提高,而且显著降低了体系的粘度,因而可增大填料用量。然而并不是对所有的填料采用偶联剂处理都有效,填料种类不同,效果上也有差别,有些甚至毫无效果。对于硅石、玻璃、铝粉之类表面带有大量羟基的填料,效果最好,而对于碳酸钙、石墨、硼等表面不带羟基的填料,则毫无效果。
4 硅烷偶联剂与无机填料的反应机制
硅原子上含有三个无机反应基团的硅烷偶联剂(通常是甲氧基、乙氧基或乙酸基)可以很好地结合多数无机材料的金属羟基,特别是结构中含有硅、铝或重金属的材料。通过与添加的或者无机表面的残留的水反应,硅原子上的烷氧基水解成硅醇,然后这些硅醇和无机表面的金属羟基反应,形成烷氧结构并脱去水。
硅烷也可以互相结合,在表面形成硅烷偶联剂的多分子结构。通常在表面上会形成不只一层或相当于一层的硅烷。这将在无机表面形成的紧贴致密的硅氧烷层状结构,并使得无机表面远离界面。
5 硅烷偶联与聚合物的反应机制
硅烷对聚合物的结合非常复杂,热固性聚合物的反应性和硅烷的反应性相匹配。例如,环氧硅烷或氨基硅烷可以与环氧树脂结合;氨基硅烷和酚醛树脂结合;甲基丙烯酸基硅烷将利用交联反应与不饱和聚酯中的苯乙烯相结合。对与热聚合物来说,硅烷偶联剂可以实现界面区域的相互扩散和互穿网络体系形成。
另外,溶度参数的匹配也非常重要,这将提高复合材料具有优良性能的几率。即使对于反应性起重要作用的热固性聚合物来说,溶度参数的匹配也将提高复合材料的物理性能。
6 硅烷偶联剂选择原则
不同品种的硅烷偶联剂并无好坏之分,只有是否合适匹配之分。
从偶联机理和实际应用效果出发,选择硅烷偶联剂时,应当主要考虑有机聚合物的应用性能、无机材料的特性、界面性能等因素硅烷偶联剂
(1)硅烷偶联剂碳官团与有机聚合物中官能团可能化学键合;
硅烷偶联剂碳官能团主要化学反应:
①烯基硅烷偶联剂
CH2=CH-SiX3
CH2=CH-(CH2)n-SiX3
A 聚合与共聚反应
B 加成反应
②含甲基丙烯酰氧基的硅烷偶联剂
③含卤素硅烷偶联剂
④含氨基的硅烷偶联剂
⑤含环氧的硅烷偶联剂
⑥含巯基的硅烷偶联剂
(2)硅烷偶联剂与材料表面能形成氢键;
A 在γ-氨丙基三乙氧基硅烷醇溶液加入氨水后,容易形成不溶性的凝胶,按此推理,γ-氨丙基三烷氧基硅烷在水溶液中应该会缩聚成不溶物,使溶液混浊。
然而,γ-氨丙基三烷氧基硅烷在水中可以形成低浓度的溶液,其原因可能与形成内氢键的七员环有关。
(3)硅烷偶联剂碳官能团的溶度参数(δ)与有机聚合物溶度参数近似;
(4)硅烷偶联剂能使无机表面的临界表面张力接近有机聚合物的临界表面张力;
(5)硅烷偶联剂与有机聚合物在粘合边界能形成互穿网络或半互穿网络结构;
(6)硅烷偶联剂与体系中其它材料或助剂的相互作用及影响;
(7)满足复合材料使用性能(如耐温性能、亲水疏水性能、机械性能、电性能等);
(8)评价综合性能,并考虑性价比。
硅烷偶联剂的的选定最终要依据实验和应用效果来确定。必要时考虑不同硅烷偶联剂的配合使用。
7 硅烷偶联剂如何使用
硅烷偶联剂使用方法正确与否,直接影响其使用效果。
实践中常常出现因使用方法不当造成硅烷偶联剂失效或达不到理想效果的事例。
(1)直接混合法,又称整体掺混法、迁移法等;
(2)硅烷偶联剂有机溶剂溶液处理填料;
(3)硅烷偶联剂水溶液(或醇-水溶液)处理填料;
(4)干混法处理填料;
(5)底胶(漆)处理法,分别采用硅烷、硅烷溶液、硅烷与液态有机聚合物混合物作为底涂材料;
(6)两种或以上硅烷偶联剂同时使用;
(7)使用硅烷偶联剂的同时,加入促进硅烷偶联剂的催化剂.
8 硅烷偶联剂应用浅析硅烷偶联剂的水解工艺研究--《中国粉体技术》2014年04期
硅烷偶联剂的水解工艺研究
【摘要】:通过测定硅烷偶联剂KH-550水解液的电导率及红外光谱,研究影响硅烷偶联剂水解稳定性的因素。结果表明,硅烷偶联剂KH-550的最佳水解工艺条件如下:乙醇与水的混合溶液为溶剂,采用正水解方式,KH-550、溶剂与水三者的质量比为1∶144∶16,水解液pH为2,水解时间为20 min。
【作者单位】:
【关键词】:
【分类号】:TQ203【正文快照】:
硅烷偶联剂是对纳米粒子表面进行改性的一种重要分散剂[1],对表面有大量活性羟基的纳米颗粒具有很好的分散作用。硅烷偶联剂是一类具有双官能团的物质,通式为YRSi(OR)3,其中Y基团为有机官能团,OR表示水解基团[2]。其作用机理是先水解生成硅醇,硅醇与纳米粒子表面发生相互作用,
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硅烷偶联剂的水解问题
大家好,我想问下硅烷偶联剂能和高分子聚合物上的-OH反应形成Si-O-C键,而且不水解吗?
都知道硅烷偶联剂很容易水解,其Si-O-C键在水作用下很容易断。那么把氧烷基换成氧连接一个聚合物链,就不会水解了吗?
有强酸强碱下水解的文献出处吗?
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