偶联剂的种类和特点及应用

概述了偶联剂的种类、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。

封端巯基硅烷偶联剂的合成与应用进展

自21世纪初封端巯基硅烷偶联剂首次报道以来,一直受到国外知名橡胶助剂和轮胎生产企业等领域的重视,这得益于封端巯基硅烷偶联剂双官能基团结构,使其具有能将有机聚合物与无机填料牢固地黏合在一起的应用效果。经过数十年的发展,研究者不断改进并开发了许多新型封端巯基硅烷偶联剂的制备路线,使其应用领域更加广泛。对此,主要以NXT为例总结了新型封端巯基硅烷偶联剂的合成工艺及应用领域,为进一步拓展新型硅烷偶联剂制备高性能绿色轮胎奠定一定基础,同时展望了以HXT、PXT、EXS和OXS为代表的新型封端巯基硅烷偶联剂的研究技术与发展。

铝锆偶联剂改善生物沥青混合料水稳定性研究

为了提高生物沥青与石灰岩集料的黏附性,采用铝锆偶联剂对石灰岩集料进行改性.采用改进水煮试验、接触角试验分析铝锆偶联剂对生物沥青与石灰岩集料黏附性的影响;基于红外光谱和扫描电子显微镜试验分析微观变化和改性机理;采用沥青混合料水稳定性试验对石灰岩集料性能变化进行验证.结果表明,在0.2%铝锆偶联剂掺量下的15 min水煮试验中,生物沥青质量损失率相较改性前降低了20.52%;铝锆偶联剂使石灰岩集料由亲水性转变为亲油性,生物沥青与石灰岩集料的配伍率提升;红外光谱表明改性石灰岩集料表面引入了铝锆偶联剂的有机长链;扫描电子显微镜观测发现,铝锆偶联剂能在石灰岩集料表面形成薄膜,完成化学包裹;改性后的生物沥青混合料的残留稳定度与冻融劈裂强度比相较于改性前分别提升了7.91%与12.63%.

聚酰胺酸大分子偶联剂乳液的合成及其在回收玻璃纤维增强高温尼龙的界面改性中的应用

为提升回收玻璃纤维(Recycled glass fiber,rGF)在增强高温尼龙复合材料中的应用价值,制备用于rGF表面处理的耐高温型玻璃纤维浸润剂。以4,4′-联苯醚二酐(ODPA)为二酸酐单体、4,4′-二氨基二苯醚(ODA)为二胺单体,合成聚酰胺酸(PAA),然后与γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)反应得到聚酰胺酸大分子偶联剂(PAA-KH550);通过调控ODPA与ODA单体比例,制备得到稳定分散的自乳化PAA-KH550乳液。通过激光粒度分析仪、傅里叶变换红外光谱仪及热失重分析仪对乳液的粒径、化学结构及PAA-KH550乳液固化膜的耐高温性能进行测试;并采用扫描电子显微镜、单纤维强力机、全自动表面张力仪及复合材料界面评价装置对乳液涂覆的GF进行形貌观察、单丝性能测试、浸润性测试及与聚酰胺46(PA46)的界面剪切强度测试。结果表明:乳液平均粒径均为110~125 nm,且粒径分布较小;PAA-KH550乳液固化膜耐高温性能优于PAA乳液固化膜,其5%热分解温度(T_(d5))在350℃以上;制得的乳液能在rGF表面均匀成膜,有效弥补纤维表面缺陷,从而提升rGF的力学性能。此外,乳液涂敷固化后在纤维表面形成的涂层可有效提高纤维表面能,有助于改善GF与PA46的界面结合性能;实验测得经PAA-KH550乳液处理的GF/PA46复合材料的界面剪切强度(IFSS)最高达到(31.29±6.39)MPa,相比未经乳液处理的样品提高了37%。制备的水体系分散稳定的PAA乳液和PAA-KH550乳液,将其应用于rGF表面可有效恢复rGF的综合性能,同时可改善与PA46的界面结合,提高rGF/PA46复合材料的耐高温性能及力学性能,为rGF在高性能复合材料中的应用提供了新方案。

通过优化偶联剂含量改善磁粉芯综合性能

磁粉芯在工程应用中会遇到体积变化引起的开裂、磁性能低等问题,目前未见关于这方面的研究。通过在羰基铁粉磁粉芯(包含磁环、磁片和一体成型电感)中加入不同含量KH550硅烷偶联剂,研究其成型性、磁性能和力学性能,并利用SEM、TMA和LCR等测试分析偶联剂对磁粉芯性能影响的作用机理。研究表明偶联剂能将树脂“约束”在磁粉表面,并在固化过程中带动磁粉颗粒重排,从而增加磁粉芯的膨胀系数。添加0 wt.%和0.1 wt.%偶联剂的磁粉芯具有负的膨胀系数,容易收缩开裂。当偶联剂含量达到0.3 wt.%、0.5 wt.%和0.7 wt.%时,树脂固化过程中磁粉芯的膨胀系数升高,从而增加磁粉芯的体积,有效抑制磁粉芯的开裂倾向。但是,体积的增加会降低磁粉芯的密度、磁导率、Q值和力学性能,增加损耗。综合考虑磁粉芯的成型性和其他性能,偶联剂添加的最佳比例是0.3 wt.%。揭示了偶联剂对磁粉芯膨胀系数等综合性能的影响规律,可为高性能磁粉芯的工程化应用提供重要理论依据。

偶联剂在非金属矿粉体改性中的适用性

对广泛应用的硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂的结构做了简单的介绍,主要对这三种偶联剂的研究应用情况进行了概述。

硅烷偶联剂对白炭黑胶料性能的影响

研究硅烷偶联剂Si75和NXT对白炭黑胶料性能的影响。结果表明,与偶联剂Si75胶料相比,偶联剂NXT胶料的门尼粘度较低,硫化时间较长,定伸应力和拉伸强度较小,拉断伸长率较大,动态性能差别不大。

偶联剂对磁性丁腈橡胶磁性能的影响

分别选用2种硅烷偶联剂和4种钛酸酯偶联剂制备磁性丁腈橡胶(NBR),研究偶联剂对磁性NBR磁性能的影响。结果表明:添加钛酸酯偶联剂的胶料的磁性能优于添加硅烷偶联剂的胶料,其中添加钛酸酯偶联剂A13的胶料的磁性能最优;随着偶联剂用量的增大,胶料的剩磁(Br)、内禀矫顽力(HCJ)和最大磁能积[(BH)max]先增大后减小,矫顽力(HCB)无明显变化规律;当钛酸酯偶联剂A13用量为磁粉用量的1%时,胶料具有最优的磁性能:Br 0.224 T,HCB 165 kA·m^(-1),HCJ 279 kA·m^(-1),(BH)max 9.7 kJ·m^(-3)。

钛酸酯偶联剂表面处理对LiMn_(2)O_(4)结构及性能的影响

通过加热分解钛酸酯偶联剂在LiMn_(2)O_(4)表面包覆TiO_(2),研究包覆处理对LiMn_(2)O_(4)材料结构、电化学性能及在循环过程中材料结构的影响。结果表明:550℃下加热分解钛酸酯偶联剂,可使TiO_(2)均匀包覆在材料表面;表面包覆不改变LiMn_(2)O_(4)的晶体结构,但能明显提升其电化学性能,特别是高温倍率性能和循环性能;包覆TiO_(2)后的LiMn_(2)O_(4)材料在55℃、5C下比容量为75.34 mAh/g,高于原始材料的比容量(43.05 mAh/g);经150次循环后,未包覆TiO_(2)的材料容量保持率为62.85%,包覆TiO_(2)后的材料容量保持率提高至77.27%。表面处理后LiMn_(2)O_(4)电化学性能提升的原因是TiO_(2)包覆层减少了正极材料中Mn的溶解,抑制了循环过程中的晶体结构变化,降低了电极极化和电荷转移阻抗,提高了材料的充放电可逆性及Li+的扩散能力。

偶联剂种类和用量对铁氧体注塑磁体性能的影响

首先在配料混合阶段对磁粉分别添加硅烷和钛酸酯偶联剂进行表面处理,然后采用挤出造粒法得到塑磁颗粒,再通过注射成型制备铁氧体塑磁产品,重点研究了偶联剂的种类和添加量对注塑磁体性能的影响。结果表明,三种硅烷偶联剂制备得到注塑铁氧体的磁性能都较高,KH-792(N-β-(氨乙基)-γ氨丙基三甲氧基硅烷)作偶联剂制得注塑磁体的力学性能最好,而钛酸酯作偶联剂制得塑磁颗粒的流动性较低,注射成型过程中取向变差,注塑磁体的磁性能较低。对铁氧体磁粉使用KH-792进行表面处理,偶联剂添加量质量分数优选为1.0%。磁粉经过表面处理后再制得塑磁颗粒的流动性能较未处理的显著提高。

关于橡胶工业用偶联剂

文中主要介绍了国内外橡胶工业用偶联剂的开发、性能、应用及今后的发展趋势。

中国偶联剂发展近况

偶联剂是一种可以把两种不同性质的物质通过化学或物理作用结合起来的一种改善型助剂，在复合材料中应用较为广泛。20世纪60年代中国开发成功第一个偶联剂产品，到目前已形成以硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂为主体，铝酸酯、铝钛复合偶联剂、稀土偶联剂和马来酸酐接技聚丙烯等为补充的偶联剂行业体系。目前国内偶联剂总产能超过1万吨／年，年产量在8000吨左右。在偶联剂消费结构中，钛酸酯所占比例最大，约为50％；其次是硅烷类，占30％左右；铝酸酯等产品占20％。

大分子偶联剂对PE/氢氧化铝阻燃复合材料性能的影响

研究了用小分子硅烷偶联剂及所合成的大分子偶联剂表面改性的氢氧化铝 (ATH )对其填充的聚乙烯阻燃复合材料性能的影响 ,并对拉伸之后的复合材料的微观形态进行了表征。研究发现 ,大分子偶联剂对阻燃材料的力学性能的改善效果比小分子偶联剂要好 ,同时大分子偶联剂还提高了材料的热稳定性。

偶联剂对炭黑导电涂料导电性能的影响

研究了三种钛酸酯偶联剂NTC 4 0 1、CT 136、JSC ,两种硅烷偶联剂KH 5 5 0、KH 5 70对炭黑导电涂料导电性能的影响。结果表明加入NTC 4 0 1、CT 136、JSC后体系的电阻升高 ,而KH 5 5 0、KH 5 70降低了体系的电阻值 ,其中以加入质量分数为 2 5 %的KH 5 5 0效果最好。利用SEM分析了加入KH 5 5 0对炭黑与树脂的界面状态的影响 ,并研究了偶联剂的使用方法对导电性的影响。

铝钛复合偶联剂及其在高聚物中的应用

异丙醇分别与铝和四氯化钛反应，再加入硬脂酸进行酯交换反应，二者所得产物继续反应可制备熔点为４５～６５℃，金属原子质量分数为４．５０％～４．９０％的铝钛复合偶联剂。实验结果表明，在生产力车内胎时，用各５０份的铝钛复合偶联剂活化的ＣａＣＯ３、普通轻质ＣａＣＯ３和其他偶联剂活化的ＣａＣＯ３分别补强５０份的ＮＲ，补强性能以前者为佳。且采用铝钛复合偶联剂活化的ＣａＣＯ３后可增加无机物的填充量，降低制品成本。中试产品性能能满足ＧＢ１７０３—９２要求。同时，它还可以应用于ＰＶＣ／ＣａＣＯ３、ＰＰ／滑石粉及油墨等复合材料中。

两种偶联剂对磷石膏的球磨改性工艺

采用硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂对磷石膏进行球磨改性研究,得出硅烷偶联剂改性磷石膏的最佳工艺条件为:偶联剂用量为3%,球磨转速为300 r/min,改性时间为2 h,改性后的磷石膏吸油值为23.75 gDOP/100 g磷石膏;钛酸酯改性磷石膏的最佳工艺条件为:偶联剂用量为3%,球磨转速为300 r/min,改性时间为3 h,改性后的磷石膏的吸油值为21.65 g DOP/100 g磷石膏,对改性前后的磷石膏进行了抽提实验和红外光谱分析,得出:磷石膏与偶联剂之间发生了化学键和作用。初步工业实验表明:改性磷石膏与聚合物的相容性较好。

偶联剂改性对脱水坡缕石摩擦材料摩擦磨损性能影响

通过实验,得到铝锆偶联剂和XD-172硅烷类偶联剂最佳改性工艺,研究了不同偶联剂对脱水坡缕石摩擦材料摩擦磨损性能的影响。结果表明,在低温段性能影响较小,但在超过200℃的高温阶段,脱水坡缕石摩擦材料的摩擦系数可提高50%以上,磨损率可降低约70%,两种偶联剂改性效果都显著,但总体上铝锆偶联剂改性效果明显优于XD-172。

γ-环己氨丙基硅烷偶联剂的合成及应用

以氯代烷基烷氧基硅烷与环己胺为原料 ,经胺化反应合成了环己氨烷基烷氧基硅烷偶联剂 ,并用元素分析、IR和1HNMR进行了表征。可作为纺织柔软剂的原料。

稀土复合偶联剂对氢氧化镁的表面改性研究

对超细无机阻燃粉体氢氧化镁进行表面改性可大大改善其与有机高聚物的相容性和加工流动性。选择稀土偶联剂/螯合磷酸酯钛偶联剂作为氢氧化镁的复合改性剂,采用湿法改性处理氢氧化镁。通过表面分析技术测定改性氢氧化镁粉体表面性质;利用差热分析技术(DTA)测定其热起始分解温度;利用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IS)证实了氢氧化镁表面改性层的存在。通过实验,得到稀土偶联剂/螯合磷酸酯钛偶联剂复合改性剂表面处理氢氧化镁的最佳工艺条件:浆料质量分数为30%,改性剂稀土偶联剂与螯合磷酸酯钛偶联剂质量比为1.9:1,改性剂用量为2.5%,改性温度为80℃,搅拌速率为760r/min,改性时间为30min。在此条件下,改性氢氧化镁的吸油值从0.4997g/g降至0.3365g/g,活化指数从0上升到99.86%,热起始分解温度从341.1℃升至366.5℃。

偶联剂对固体电解电容器电性能的影响

分别使用硅烷偶联剂KH560和单烷氧基钛酸酯偶联剂对浸渍完石墨的固体钽电解电容器进行表面处理,然后进行筛选测试。实验结果表明,当偶联剂浓度为0.5%时,效果最佳。经过偶联剂处理后的固体钽电解电容器的ESR值分别降低了15.6%和22.4%,且具有最佳的高低温稳定性。