偶联剂是指分子两端含有极性不同基团的化合物，它可以提高物品粘接强度，它在玻璃工艺、金属、陶瓷、胶黏剂工业等领域有着十分广泛的应用。下面，贤集网的小编就来为大家介绍一下偶联剂的工作原理、种类以及使用方法。
偶联剂的作用原理
胶黏剂中加入1%～10%的偶联剂，可以提高粘接强度，井能提高耐水性、耐潮性及耐热性等，并可扩大胶黏剂的使范围。
目前用于胶黏剂工业的偶联剂主要有：有机羧酸、多异氰酸酯、钛酸酯、有机硅偶联剂等。各类偶联剂结构虽不同，但作用机理相近。以有机硅偶联剂为例来说明增黏剂的作用机理。
有机硅偶联剂是两端各带有不性质活性基团的低分子化合物。它不但活动能力强，而且分子两端不同性质的基团通过化学反应可以将两种不同性质的物质连接起来(如有机物与无机物)。
用胶黏剂粘接金属、陶瓷、玻璃等材料是有机物(胶黏剂)与无机物之间的结合。增黏剂的作用就是其分子一端的活性基团如烷氧基、卤素等与被粘无机物表面结合，而分子另一端的活性基团如氨基等即与胶黏剂分子如环氧树脂的环氧基等结合，这样就在胶黏剂与被粘物之间起了所谓“架桥的作用”，因而增加了它们之间的结合力。同时由于增黏剂分子小、活动能力强，还会促使胶黏剂分子更好地扩散和渗透到被粘物的表面。
根据所用的有机表面改性剂的种类，无机粉体表面有机改性的方法可以分为偶联剂改性，表面活性剂改性、聚合物改性、不饱和有机酸改性和水溶性高分子改性等。
(1)、偶联剂改性
偶联剂改性是无机粉体表面改型中应用最广，发展最快的一种技术，偶联剂的分子中通常含有几类性质和作用不同的基团，能够改善无机粉体与聚合物之间的相容性，并增强填充复合体系中无机粉体与聚合物基料之间的界面相互作用。如用钛酸酯偶联剂处理碳酸钙、炭黑和滑石粉表面，由于它能与粉体表面的自由质子发生吸附或者化学反应，从而在粉体表面形成有机单分子层，显著提高了聚合物基料之间的亲和性。
(2)、表面活性剂改性
表面活性剂分子中一般都含有亲水性和亲油性基团，用它对无机粉体改性，极性基团能吸附于粉体粒子表面，如用脂肪酸、脂肪酸盐、酯、酰胺类物质对碳酸钙进行表面处理时，由于脂肪酸及其衍生物对钙离子具有较强的亲和性，所以能在表面进行化学吸附，覆盖于粒子表面，形成一种亲油性结构层，让处理后的碳酸钙亲油疏水，与有机树脂有良好的相容性。
(3)、聚合物或者水溶性高分子处理
将分子量几百到几千的聚合物和交联剂在催化剂的作用下溶解或者分散在一定的溶剂中，再加入适量的无机粉体，搅拌，并加热到一定温度，并保持一定时间，便可实现粉体的有机包覆改性。
(4)、不饱和有机酸改性
不饱和有机酸，如丙烯酸等，与含有活泼金属离子的粉体，在一定条件下混合时，粉体表面的金属离子与有机酸上的羧基发生化学反应，以稳定的离子键结构形成单分子层，包覆在无机粉体表面；同时不饱和有机酸另一端含有不饱和键，具有很大的反应活性，这样做出来的无机粉体具有很大的反应活性。
用有机酸对无机粉体进行表面处理时，有机酸的用量必须控制在仅仅能是填料表面均匀包覆单分子层，用量过多，将会让复合材料的耐热性能下降。
偶联剂的种类
硅烷偶联剂是一类在分子中同时含有两种不同化学性质基团的有机硅化合物，其经典产物可用通式YSiX3表示。其中，Y为非水解基团，包括链烯基(主要为乙烯基)，以及末端带有Cl、NH2、SH、环氧、N3、(甲基)丙烯酰氧基、异氰酸酯基等官能团的烃基，即碳官能基；X为可水解基团，包括Cl、OMe、OEt、OC2H4OCH3、OSiMe3、及OAc等。由于这一特殊结构，在其分子中同时具有能和无机质材料(如玻璃、硅砂、金属等)化学结合的反应基团及与有机质材料(合成树脂等)化学结合的反应基团，可以用于表面处理。
硅烷偶联剂种类：
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。
偶联剂使用方法
1、表面预处理法
将硅烷偶联剂配成0.5～1%浓度的稀溶液，使用时只需在清洁的被粘表面涂上薄薄的一层，干燥后即可上胶。所用溶剂多为水、醇(甲氧基硅烷选择甲醇，乙氧基硅烷选择乙醇)、或水醇混合物，并以不含氟离子的水及价廉无毒的乙醇、异丙醇为宜。除氨烃基硅烷外，由其它硅烷偶联剂配制的溶液均需加入醋酸作水解催化剂，并将pH值调至3.5～5.5。长链烷基及苯基硅烷由于稳定性较差，不宜配成水溶液使用。氯硅烷及乙氧基硅烷水解过程中伴随有严重的缩合反应，也不宜配成水溶液或水醇溶液使用，而多配成醇溶液使用。水溶性较差的硅烷偶联剂，可先加入0.1～0.2%(质量分数)的非离子型表面活性剂，然后再加水加工成水乳液使用。
2、迁移法
将硅烷偶联剂直接加入到胶粘剂组分中，一般加入量为基体树脂量的1～5%。涂胶后依靠分子的扩散作用，偶联剂分子迁移到粘接界面处产生偶联作用。对于需要固化的胶粘剂，涂胶后需放置一段时间再进行固化，以使偶联剂完成迁移过程，方能获得较好的效果。实际使用时，偶联剂常常在表面形成一个沉积层，但真正起作用的只是单分子层，因此偶联剂用量不必过多。
偶联剂的应用办法：
主要有表面预处理法和直接加入法，前者是用稀释的偶联剂处理填料表面，后者是在树脂和填料预混时，加入偶联剂的原液。硅烷偶联剂配成溶液，有利于硅烷偶联剂在材料表面的分散，溶剂是水和醇配制成的溶液，溶液一般为硅烷(20%)、醇(72%)、水(8%)，醇一般为乙醇（对乙氧基硅烷）、甲醇（对甲氧基硅烷）及异丙醇（对不易溶于乙醇、甲醇的硅烷）因硅烷水解速度与PH值有关，中性最慢，偏酸、偏碱都较快，因此一般需调节溶液的PH值，其他硅烷可加入少量醋酸，调节PH值至4—5，氨基硅烷因具碱性，不必调节。需要注意的是，硅烷水解后不能久存，因此最好现配现用且在一小时内用完。
(1)、预处理填料法：将填料放入固体搅拌机(高速固体搅拌机HENSHEL(亨舍尔)或V型固体搅拌机等)，并将上述硅烷溶液直接喷洒在填料上并搅拌，转速越高，分散效果越好。一般搅拌在10—30分钟（速度越慢，时间越长），填料处理后应在120摄氏度烘干两小时。
(2)、硅烷偶联剂水溶液（玻纤表面处理剂）：玻纤表面处理剂常含有：成膜剂、抗静电剂、表面活性剂、偶联剂、水。偶联剂用量一般为玻纤表面处理剂总量的0.3%—2%，将5倍水溶液首先用有机酸或盐将PH值调至一定值，在充分搅拌下，加入硅烷直到透明，然后加入其余组份，对于难溶的硅烷，可用异丙醇助溶。在拉丝过程中将玻纤表面处理剂喷洒在玻纤上干燥，除去溶剂及水份即可。
(3)、底面法：将5%—20%的硅烷偶联剂的溶液同上面所述，通过涂、刷、喷，浸渍处理基材表面，取出室温晾干24小时，最好在120℃下烘烤15分钟。
(4)、直接加入法：硅烷亦可直接加入填料或树脂的混合物中，在树脂及填料混合时，硅烷可直接喷洒在混料中。偶联剂的用量一般为填料用量的0.1%—2%，根据填料直径尺寸决定。然后将加过硅烷的树脂/填料进行模塑（挤出、压塑、涂覆等）。
如有侵权内容，请联系本公司工作人员删除文章。
