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硅烷偶聯(lián)劑KH550（APTES），化學(xué)名為γ-氨丙基三乙氧基硅烷，是硅烷化過(guò)程經(jīng)常使用的一種氨基硅烷，以烷氧基硅烷分子將表面官能化。在國(guó)內(nèi)有機(jī)硅產(chǎn)品中，硅烷偶聯(lián)劑KH550是實(shí)現(xiàn)工業(yè)化較早的一個(gè)品種，然而由于現(xiàn)行工業(yè)產(chǎn)品收率不高。反應(yīng)期間生成的副產(chǎn)物對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，對(duì)環(huán)境造成了污染，因而近些年人們一直在尋求一條更為合理、有效的生產(chǎn)路線。

【結(jié)構(gòu)】[3]

硅烷偶聯(lián)劑的分子式一般可用RnSiX ，n<4自然數(shù)，通式來(lái)表示。其特點(diǎn)是分子中具有兩種以上不同的反應(yīng)基團(tuán)，其中R基團(tuán)是非水解的可與有機(jī)物反應(yīng)的基團(tuán)，如乙烯基、烯丙基、氫基、環(huán)氧基、琉基、丙烯酰氧丙基等。X 基團(tuán)是可水解的基團(tuán)，它是與無(wú)機(jī)材料反應(yīng)不可缺少的基團(tuán)，如甲氧基、乙氧基、酰氧基、芳氧基、叔丁過(guò)氧基、氯等，它們水解以后生成Si-OH基，而與無(wú)機(jī)材料如玻璃、白炭黑、金屬等縮合。硅烷偶聯(lián)劑KH550結(jié)構(gòu)如下：

【偶聯(lián)機(jī)理】[2]

硅烷偶聯(lián)劑包括硅烷偶聯(lián)劑KH550在提高復(fù)合材料性能方面具有顯著的效果。但迄今為止，還沒(méi)有一種理論能解釋所有的事實(shí)。常用的理論有化學(xué)鍵理論、表面浸潤(rùn)理論、變形層理論、拘束層理論等。其中前兩種理論較為普遍。

1.化學(xué)鍵理論

在硅烷偶聯(lián)劑的偶聯(lián)機(jī)理中，化學(xué)鍵理論是*主要的理論。該理論認(rèn)為，硅烷偶聯(lián)劑含有反應(yīng)性基團(tuán)，它的一端能與無(wú)機(jī)材料表面的羥基或金屬表面的氧化物生成共價(jià)鍵或形成氫鍵，另一端與有機(jī)材料形成氫鍵或生成共價(jià)鍵；從而將無(wú)機(jī)材料和有機(jī)材料的界面有機(jī)地連接起來(lái)，提高復(fù)合材料的各項(xiàng)性能。此外有研究認(rèn)為硅烷偶聯(lián)劑在有機(jī)材料和無(wú)機(jī)材料之間的作用，除了化學(xué)鍵和氫鍵之外，還存在色散力。

2.表面浸潤(rùn)理論

硅烷偶聯(lián)劑的表面能較低，潤(rùn)濕能力較高，能均勻地分布在被處理表面，從而提高異種材料間的相容性和分散性。硅烷偶聯(lián)劑的作用在于改善了有機(jī)材料對(duì)增強(qiáng)材料的潤(rùn)濕能力。實(shí)際上，硅烷偶聯(lián)劑在不同材料界面的偶聯(lián)過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的液固表面物理化學(xué)過(guò)程。首先，硅烷偶聯(lián)劑的粘度及表面張力低、潤(rùn)濕能力較高，對(duì)玻璃、陶瓷及金屬表面的接觸角很小，可在其表面迅速鋪展開(kāi)，使無(wú)機(jī)材料表面被硅烷偶聯(lián)劑濕潤(rùn)；其次，一旦硅烷偶聯(lián)劑在其表面鋪展開(kāi)，材料表面被浸潤(rùn)，硅烷偶聯(lián)劑分子上的兩種基團(tuán)便分別向極性相近的表面擴(kuò)散，由于大氣中的材料表面總吸附著薄薄的水層，一端的烷氧基便水解生成硅羥基，取向于無(wú)機(jī)材料表面，同時(shí)與材料表面的羥基發(fā)生水解縮聚反應(yīng)；有機(jī)基團(tuán)則取向于有機(jī)材料表面，在交聯(lián)固化中，二者發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而完成了異種材料間的偶聯(lián)過(guò)程。