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偶联剂的作用机理
http://www.qiyuchem.com  2013-4-2 14:22:17  点击率:2577


界面上极少量的偶联剂为什么会对复合材料的性能产生如此显著的影响,现在还没有一套完整的偶联机理来解释。
  偶联剂在两种不同性质材料之间界面上的作用机理:化学键合和物理吸附理论等。
  其中化学键合理论是最早却又是迄今为止被认为是比较成功的一种理论。

1.化学键合理论
  该理论认为偶联剂含有一种化学官能团,能与玻璃纤维表而的硅醇基团或其他无机填料表面的分子作用形成共价键。
  此外,偶联剂还含有至少一种别的不同的官能团与聚合分子键合,以获得良好的界面结合,偶联剂就起着在无机相与有机相之间相互连接的桥梁似的作用。

例如氨丙基三乙氧基硅烷NH2CH2CH2 -CH2Si(OC2H5)3,当用它首先处理无机填料时(如玻璃纤维等),硅烷首先水解变成硅醇,接着硅醇基与无机填料表面发生脱水反应,进行化学键连接: 通过以上两反应,硅烷偶联剂通过化学键结合改善了复合材料中高聚物和无机填料之间的粘接性,使其性能大大改善。

2.浸润效应和表面能理论
  1963年,Zisman在回顾与粘合有关的表面化学和表面能的已知方面内容时,曾得出结论,在复合材料的制造中,液态树脂对被粘物的良好浸润是头等重要的,如果能获的完全的浸润,那么树脂对高能表面的物理吸附将提供高于有机树脂的内聚强度的粘接强度。

3.可变形层理论
  为了缓和复合材料冷却时由于树脂和填料之间热收缩率的不同而产生的界面应力,就希望与处理过的无机物邻接的树脂界面是一个柔曲性的可变形相,这样复合材料的韧性最大。
  偶联剂处理过的无机物表面可能会择优吸收树脂中的某一配合剂,可能导致一个比偶联剂在聚合物与填料之间的多分子层厚得多的挠性树脂层。这一层就被称之为可变形层。该层能松弛界面应力,阻止界面裂缝的扩展,因而改善了界面的结合强度,提高了复合材料的机械性能。

4.约束层理论
  与可变形层理论相对,约束层理论认为在无机填料区域内的树脂应具有某种介于无机填料和基质树脂之间的模量,而偶联剂的功能就在于将聚合物结构“紧束”在相间区域内。
  从增强后的复合材料的性能来看,要获得最大的粘接力和耐水解性能,需要在界面处有一约束层。

至于钛酸酯系偶联剂,其在热塑体系中及含填料的热固性复合物中与有机聚合物的结合,主要以长链烷基的相溶和相互缠绕为主,并和无机填料形成共价键。如下图所示。

以上假设均从不同的理论侧面反应了偶联剂的偶联机制。在实际过程中,往往是几种机制共同作用的结果。

 

 
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