硅烷偶联剂的作用
硅烷偶联剂是一类具有特殊结构的低分子有机硅化合物，它研究得最早且应用较多，硅烷偶联剂不仅能提高复合材料的力学性能，还能改善其耐水性，耐热性和耐候性等性能。
硅烷偶联剂最早是于上世纪40年代由美国联合碳化合物公司（UCC）和道康宁公司（DCC）首先为发展玻璃纤维增强塑料而开发的。
1947年Ralphkw等发现用丙烯基三乙氧基硅烷改性玻璃纤维而制成的聚酯复合材料可以得到双倍的强度，从而开创了硅烷偶联剂实际应用的历史，并极大的刺激了硅烷偶联剂的研究与发展。
01 硅烷偶联剂的概念
硅烷偶联剂是在同一个分子里含有两种无机反应性和有机反应性的硅基化学分子。
通常典型结构为：Rn-Si-(X)4-n
其中，X是卤素或烷氧基，在水的作用下，Si-X变成Si-OH，实现无机物表面与硅烷的连接。R是长链烷烃，Y是氨基、乙烯基、甲基丙烯酰氧基、巯基、环氧基等有机官能团，易于和聚合物发生反应。硅烷偶联剂广泛应用于纳米颗粒的表面改性、玻纤和金属防腐蚀表面处理、涂料和密封剂增粘剂，可大大提升材料性能。
02 硅烷偶联剂的分类
1、 含硫硅烷偶联剂
汽车工业的发展，促进了橡胶工业的发展，顺丁橡胶由于具有优异的耐寒性、耐磨性、耐老化及弹性而用于生产轮胎。但顺丁橡胶抗撕裂性能较差，抗滑性能不好，所以常需在顺丁橡胶中填充一定量的白炭黑。但白炭黑表面能大，易团聚，在有机相中难以浸润和分散，因此必须对其进行表面改性。
目前轮胎工业中使用最多的表面改性剂多为含硫硅烷偶联剂。含硫硅烷偶联剂通过结构中硫与橡胶结合，烷氧基与白炭黑表面的硅羟基结合，形成牢固的网络结构，极大地降低轮胎的滚动阻力。
2、 氨基类硅烷偶联剂
作为通用型偶联剂，氨基硅烷类偶联剂几乎能与各种聚合物树脂发生偶联作用。由于游离氨基的存在，此类硅烷偶联剂碱性大，具有较高的反应活性，且成型材料的挠曲强度随着氨基的增加也相应增加，此类硅烷偶联剂的缺点在于使用过程中容易发生过早反应而达不到预期效果。
γ-脲基丙基三乙氧基硅烷(A-1160)作为一种新型的含脲基硅烷偶联剂，是一种pH值在7左右的中性水溶性化合物，可以同大部分树脂在低温下进行活性稍有降低的反应，同时保持一定的极限工作性能。
作为耐热型硅烷偶联剂的代表品种，Y-5475和Y-5669由于硅原子与苯环的结合，其耐热温度较传统产品高60～100℃。
3、 环氧基硅烷偶联剂
传统硅烷偶联剂易与水发生预交联反应的缺陷，限制了其在聚酯材料中的应用。随着研究技术的发展，3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(A-187)为代表的环氧型硅烷偶联剂在室温条件下，储存12个月以上仍保持良好的物理性能和粘附力，因而在水性体性中表现出较好的长期储存稳定性。
03 硅烷偶联剂的应用
1、 玻璃纤维的表面处理
玻纤作为一种无机非金属材料，绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，力学强度高，常用作复合材料中的增强材料、电绝缘材料和绝热保温材料。但玻纤表面极性大，难与非极性的树脂相容，大大降低了其填充效果。为了提升树脂与玻纤的粘合性能，改善玻纤增强复合材料的强度、电气、耐候性能，有必要对玻纤进行表面改性。目前，在玻璃纤维表面改性方面用得较多的表面改性剂是硅烷偶联剂，其品种主要包括：乙烯基硅烷、氨基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷等。
2、 无机填料的表面处理
塑料、橡胶等高分子材料均需加入不同的无机填料，以满足其不同的使用性能。复合材料可以通过界面直接接触来实现材料的复合，因此，界面的性质和微观结构直接影响其物理性能和结合力。
一般的无机填料表面是亲水的，使用时不能很好地在树脂、橡胶中分散，会严重影响复合材料的使用性能。在实际应用中，通过对填料进行表面改性，使填料具有憎水性，可以充分发挥无机填料的功能。
对无机填料使用硅烷偶联剂进行表面处理，可以在填料表面形成一层非极性分子膜，提升填料在橡胶、塑料中的稳定性、分散性及粘合力，提高填充塑料(包括橡胶)的电学、力学和耐候等性能，并促进工艺性能的改善。
3、 用作密封剂、涂料等的附着力促进剂
硅烷偶联剂作为一种增粘剂，广泛应用于粘结剂、密封剂和涂料等领域，能提高它们的粘结强度、耐水、耐候性能。
将功能性硅烷偶联剂引入涂料，可以让硅烷与涂料的成膜聚合物形成互穿网络聚合物(IPN)或与涂料成膜聚合物发生交联反应，从而促进涂料对底材的润湿，提高涂料的附着力。此外，烷基和芳基硅烷还能改进涂料涂膜光泽、遮盖力、混溶性和对颜料的润湿性与分散性能。
4、 其他用途
硅烷偶联剂还广泛应用于金属表面处理等行业。
利用KH-560对金属表面进行预处理，可在金属表面形成硅烷膜涂层，其耐腐蚀性能与磷化处理相当甚至优于磷化处理。此技术有望逐渐代替磷化、铬酸盐钝化等常用金属表面处理工艺，从而解决金属表面处理一直存在的环保问题。
