偶联剂的种类、特点及其应用。硅烷偶联剂可用作表面处理剂、增粘剂、密封剂等；钛酸酯偶联剂按其结构可分为单烷氧基脂肪酸型、单烷氧基磷酸酯型、螯合型和配位体型；铝酸酯偶联剂具有色浅、无毒、使用方便、热稳定性能优异等特点；双金属偶联剂具有加工温度低、偶联反应速度快、分散性好、价格低廉等优点；木质素偶联剂主要以补强作用为主；锡偶联剂有利于改善胶料的加工性能、降低滚动阻力、减小滞后损失。

偶联剂是一种重要的、应用领域日渐广泛的处理剂,主要用作高分子复合材料的助剂。偶联剂分子结构的最大特点是分子中含有学性质不同的两个基团,一个是亲无机物的基团,易与无机物表面起化学反应；另一个是亲有机物的基团,能与合成树脂或其它聚合物发生化学反应或生成氢键溶于其中。因此偶联剂被称作“分子桥”,用以改善无机物与有机物之间的界面作用,从而大大提高复合材料的性能,如物理性能、电性能、热性能、光性能等。偶联剂用于橡胶工业中,可提高轮胎、胶板、胶管、胶鞋等产品的耐磨性和耐老化性能,并且能减小ＮＲ用量,从而降低成本。

偶联剂的种类繁多,主要有硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、双金属偶联剂、磷酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂、铬络合物及其它高级脂肪酸、醇、酯的偶联剂等,目前应用范围最广的是硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂

偶联剂按化学结构一般可分为：硅烷偶联剂、酸酯偶联剂及其他类偶联剂。

一般来说， 偶联剂两端的官能团分别与填料的分散相和基质聚合物进行反应。因填料不同， 偶联效果差别很大， 例如硅烷偶联剂对于二氧化硅、三氧化二铝、玻璃纤维、陶土、硅酸盐、碳化硅等有显著效果， 对滑石粉、粘土、氢氧化铝、硅灰石、铁粉、氧化铝等效果稍差些， 对石棉、二氧化钛、三氧化二铁等效果不太大， 对碳酸钙、石墨、炭黑、硫酸钡、硫酸钙等效果很小。

表面具有硅醇基的填料， 硅烷偶联剂的偶联效果大， 而对于钙、镁、钡的碳酸盐、硫酸盐、亚硫酸盐等， 硅烷偶联剂的偶联效果则不太明显。若用二氧化硅的水溶胶处理没有硅醇基的填料粒子表面， 然后再使用硅烷偶联剂， 此时就会产生较好的偶联效果， 这种处理方法被称为双涂层法。

钛酸酯偶联剂及铝酸酯偶联剂均能处理填料的表面， 只是处理的效果各有一定的针对性。如钛酸酯偶联剂处理效果比较好的填料有碳酸钙、硫酸钡、硫酸钙、亚硫酸钙、氢氧化铝、氢氧化镁、硅酸钙、硅酸铝、金红石钛白粉、石棉、氧化铝、三氧化二铁、氧化铅、铁酸盐等； 处理效果稍次的填料有云母、二氧化硅、氧化镁、氧化钙等； 处理效果较差的填料有滑石粉、炭黑、木粉； 几乎没有效果的有石墨、磁粉、陶土、一般颜料等。

总结如下：          偶联剂应用于填料效果的比较

                                                  硅烷偶联剂                钛酸酯偶联剂

具有优良效果的：二氧化硅、玻璃             碳酸钙、硫酸钡、氢氧化铝、二氧化钛等大部分无机填料

具有一定效果的：滑石粉、铁粉、氧化铝、氢氧化铝     氧化钙、氧化镁、云母、二氧化硅、玻璃等

效果较小的：石棉、氧化铁、二氧化钛、氧化锌        滑石粉、炭黑、木粉

无效的：      碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、石墨、硼            石墨

不过也要根据偶联剂的具体品种、牌号、用量等再确定。以上是液体偶联剂，除了大的品种选择对外，具体的牌号也要选择对

当然使用更方便的是高分子偶联剂，如相容剂，南京塑泰马来酸酐接枝相容剂等。含强极性基团能与各极性填充结合起到偶联目的。马来酸酐接枝相容剂和偶联剂区别

1相容剂之所以叫相容剂可以提高合金高分子间的相容（这点偶联剂不行），改善树脂与填料之间的相容性和结合。如PC/ABS的合金，要加马来酸酐接枝相容剂，加偶联剂没有什么用。

2南京塑泰马来酸酐接枝相容剂是高分子的，高温下不容易分解和破坏，低分子的偶联剂不具备的。

3因为接枝了强极性基团，比原料（接枝之前）拉伸强度一般提高一倍。加入到材料中自然也提高了拉伸强度，偶联剂提高的幅度小。

4尼龙、PP、PBT等塑料的南京塑泰增韧剂，偶联剂不行，加马来酸酐接枝弹性体相容剂就很好---吸收冲击的能量并传递走。

5当然偶联剂也有相容剂不具备的性能：可以做交联电缆。

6填充比较多的情况下，用偶联剂处理就便宜了。如果填充用的少，则选择南京塑泰相容剂，直接简单混合后注塑，不需要干燥、活化等工序。

硅烷偶联剂在高聚物基复合材料中的作用机理主要有以下几种理论：

(1)化学键理论，认为硅烷偶联剂含有两种不同的化学官能团，其一端能与无机材料，如玻璃纤维、硅酸盐、金属氧化物等表面的硅醇基团反应生成共价键;另一端又与高聚物基料或树脂生成共价键，从而将两种不相容的材料偶联起来。

(2)表面浸润理论，认为硅烷偶联剂提高了玻璃纤维或其他无机材料的表面张力，甚至使其大于树脂基体的表面张力，从而有利于树脂在无机物表面的浸润与展开，改善了树脂对无机增强材料的润湿能力，使树脂与无机增强材料较好地黏合在一起。

(3)变形层理论，认为硅烷偶联剂在界面中是可塑的，它可以在界面上形成一个大于10nm的柔性变形层，这个变形层具有遭受破坏时自行愈合的能力，不但能够松弛界面的预应力，而且能阻止裂纹的扩展，故可改善界面的黏合强度。

(4)拘束层理论，认为复合材料中高模量增强材料与低模量树脂之间存在着界面区，而硅烷偶联剂为其中的一部分。硅烷偶联剂不仅能与无机物表面产生黏合，而且还有可以与树脂反应的基团，能将聚合物“紧束”在界面上。当此界面区的模量介于无机增强材料与树脂之间时，应力可以被均匀地传递。

(5)可逆水解理论，认为有水存在时硅烷偶联剂和玻璃纤维间受应力作用而产生断裂，但又能可逆的重新愈合。这样在界面上既有拘束层理论的刚性区域(由树脂和硅烷偶联剂交联生成)，又可允许应力松弛，将化学键理论、拘束层理论和变形层理论调和起来。此机理不但可以解释界面偶联作用机理，而且也可以说明松弛应力的效应以及抗水保护表面的作用。

无机颜料和填料在涂料液态有机相中的分散可分为润湿、解聚及稳定化(抗絮凝)3个阶段。由于这些无机颜料和填料天然亲水，表面易吸附一层水，因此非极性的疏水基料难以使其润湿和分散。用硅烷偶联剂对无机颜料和填料进行预处理(表面改性)，硅烷就会取代颜料或填料表面的水，包覆颗粒，使得R基团朝外，变得亲油、疏水，而易于被基料润湿。经过润湿，基料分子插入无机颜料或填料颗粒之间，将它们隔开，使之分散稳定，防止了沉淀和结块。无机颜料和填料表面经硅烷偶联剂处理后，降低了与漆基间的结构化作用，使涂料的黏度大幅度降低，消除了絮凝，即使增大颜料、填料的添加量也不会影响涂料的流动性，而且颜料、填料颗粒的良好分散使最终漆膜的遮盖力、显色力和着色力均获得提高。

硅烷偶联剂的种类及应用

根据分子结构中R基的不同，硅烷偶联剂可分为氨基硅烷、环氧基硅烷、硫基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、乙烯基硅烷、脲基硅烷以及异氰酸酯基硅烷等。表5-16是各种硅烷的化学结构和主要物理性质。