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 隨著橡膠、塑料、涂料工業(yè)的發(fā)展，以碳酸鈣、滑石粉、云母、石墨、硅灰石、粘土礦物等非金屬礦粉體作為填料而受到人們的關(guān)注。但是，無(wú)機(jī)非金屬礦物填料與橡膠、塑料基體是兩種性質(zhì)上完全不同的材料，他們之間存在很大的不相容性。如果直接使用這些礦物粉體作填料，其界面間容易產(chǎn)生剪應(yīng)力，而導(dǎo)致復(fù)合材料的性能下降。因此，要對(duì)作為填料的非金屬礦粉體進(jìn)行表面處理。

偶聯(lián)劑是一種能增進(jìn)無(wú)機(jī)物質(zhì)與有機(jī)物質(zhì)之間粘合性能的助劑。它的分子中含有兩種性質(zhì)不同的基團(tuán)，一個(gè)基團(tuán)能與無(wú)機(jī)材料的表面起作用，另一個(gè)基團(tuán)能與高分子材料起作用。因此，偶聯(lián)劑常被稱作“分子橋”。偶聯(lián)劑廣泛適用于塑料、橡膠、涂料、顏料、造紙等行業(yè)中。

偶聯(lián)劑的種類繁多，主要有硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、金屬?gòu)?fù)合偶聯(lián)劑、磷酸酯偶聯(lián)劑、硼酸酯偶聯(lián)劑等。目前應(yīng)用范圍***廣的是硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑和鋁酸酯偶聯(lián)劑。

1 硅烷偶聯(lián)劑
硅烷偶聯(lián)劑是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的有機(jī)硅化合物。它是研究***早、應(yīng)用***早、品種***多、用量***大的偶聯(lián)劑。
1.1 硅烷偶聯(lián)劑的結(jié)構(gòu)

硅烷偶聯(lián)劑的結(jié)構(gòu)通式為：Y-R-Si-X3，式中R是脂肪族碳鏈，把Y和Si連接起來(lái)，Y是和有機(jī)基體進(jìn)行反應(yīng)的有機(jī)官能團(tuán)，典型的有：乙烯基、甲基、丙烯?；?、環(huán)氧基、氨基等。X是可水解基團(tuán)，遇水能引起分解，與無(wú)機(jī)物表面有較好的反應(yīng)性。典型的X基團(tuán)有烷氧基、芳氧基、?；⒙然?。

1.2 硅烷偶聯(lián)劑的研究應(yīng)用
我國(guó)于20世紀(jì)60年代中期，首先由中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所開(kāi)始研制γ官能團(tuán)硅烷偶聯(lián)劑，同時(shí)南京大學(xué)也開(kāi)始研制α官能團(tuán)硅烷偶聯(lián)劑。

張顯友等人用γ-環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-560)處理硅灰石或球形三氧化二鋁(α-Al₂O₃)，可使復(fù)合材料的各項(xiàng)性能得到提高。

盧立山等人用硅烷改性劑(Ａ-172或Ａ-151)處理阻燃填料Al(OH)₃(100份填料用0.5份硅烷偶聯(lián)劑)后，使Al(OH)₃在100份基礎(chǔ)聚合物中的添加量達(dá)到150份,復(fù)合材料的氧指數(shù)高達(dá)44%。

羅權(quán)焜等人研究了硅烷偶聯(lián)劑對(duì)硅橡膠硫化特性的影響。發(fā)現(xiàn)加入硅烷偶聯(lián)劑的硅橡膠，其硫化動(dòng)力曲線的轉(zhuǎn)矩值減小，硫化速度降低，且硅橡膠的力學(xué)性能和粘合強(qiáng)度提高。

賈紅兵等人研究了偶聯(lián)劑Si-69對(duì)炭黑補(bǔ)強(qiáng)NR硫化膠性能的影響。發(fā)現(xiàn)由于Si-69的加入，使體系中的多硫鍵數(shù)量增多，從而改善了體系的交聯(lián)鍵類型和硫化膠性能。張東興等人用硅烷偶聯(lián)劑KH-570對(duì)滑石粉、空心玻璃微珠表面進(jìn)行改性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，填料經(jīng)偶聯(lián)劑改性后，其填充體系的各項(xiàng)力學(xué)性能均有提高。

杜高翔等人用硅烷偶聯(lián)劑A-174和FR-693對(duì)超細(xì)水鎂石進(jìn)行表面改性，發(fā)現(xiàn)改性可以使PP/水鎂石復(fù)合材料的懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度提高0.3KJ/m², 彎曲模量提高30%以上，并使材料的阻燃性能提高。

2 鈦酸酯偶聯(lián)劑
2.1鈦酸酯偶聯(lián)劑的結(jié)構(gòu)

鈦酸酯偶聯(lián)劑按其化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為單烷氧基型、螯合型、配位型、季銨鹽型、新烷氧型、環(huán)狀雜原子型等類型。鈦酸酯偶聯(lián)劑的分子式為：R-O-Ti-(O-X-R^’-Y)_n，有6個(gè)功能。①通過(guò)Ｒ基與填料表面的羥基或質(zhì)子反應(yīng)，偶聯(lián)到填料表面形成單分子層,從而起化學(xué)偶聯(lián)作用。②—Ｏ—能發(fā)生各種類型的酯基轉(zhuǎn)化反應(yīng)，從而可使鈦酸酯偶聯(lián)劑與填料和有機(jī)高分子之間產(chǎn)生交聯(lián)。③Ｘ是與鈦氧鍵連接的原子團(tuán)，決定著鈦酸酯偶聯(lián)劑的特性。如烷氧基、羧基、酚基、硫酰氧基、磷氧基、亞磷酰氧基等。④Ｒ是鈦酸酯偶聯(lián)劑分子中的長(zhǎng)鏈部分，能與聚合物分子進(jìn)行纏結(jié)，增大它們的相容性，降低填料的表面能，使體系的粘度大幅下降,填料和基體間具有良好的潤(rùn)滑性和流變性。⑤Ｙ為使鈦酸酯偶聯(lián)劑與聚合物進(jìn)行交聯(lián)的活性基團(tuán)，有不飽和雙鍵基團(tuán)、氨基、羥基等。⑥ｎ反映了鈦酸酯偶聯(lián)劑分子含有的官能團(tuán)數(shù)。

2.2 鈦酸酯偶聯(lián)劑的研究應(yīng)用
我國(guó)于20世紀(jì)80年代開(kāi)始研制開(kāi)發(fā)鈦酸酯偶聯(lián)劑。翟雄偉等人采用鈦酸酯偶聯(lián)劑NDZ-101，201，311改性碳酸鈣填充硬質(zhì)PVC，可改善PVC/CaCO₃復(fù)合體系的流變性、塑化性能及加工性能。

羅士平等人采用鈦酸酯偶聯(lián)劑TSC改性滑石粉、CaCO₃填充聚丙烯，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)鈦酸酯改性后，體系的拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度都比未處理的有明顯提高。另外，改性輕質(zhì)CaCO₃用在NR和CR中，其硫化膠物理機(jī)械性能優(yōu)于填充未經(jīng)改性CaCO₃的同種膠料。

汪濟(jì)奎等人用鈦酸酯偶聯(lián)劑改性過(guò)的滑石粉填充聚丙烯，有效的增加了體系的流動(dòng)性，改善了體系的加工性能。孟凡瑞用鈦酸酯偶聯(lián)劑改性 CaCO₃、Sb₂O₃填料，研究表明，LDPE/ CaCO₃體系的斷裂伸長(zhǎng)率提高，具有較好的加工流動(dòng)性；LDPE/ Sb₂O₃體系的阻燃性及沖擊性能得到改善。 丁浩等人對(duì)重鈣用鈦酸酯偶聯(lián)劑NT2進(jìn)行改性，重質(zhì)碳酸鈣經(jīng)細(xì)磨和NT2改性后，接觸角、容量、吸水率和白度等物理性能都有明顯改善。

雖然鈦酸酯偶聯(lián)劑改性效果良好,但其對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康的影響(有導(dǎo)致肝癌的作用)已越來(lái)越引起發(fā)達(dá)******的重視,美國(guó)已制定了有關(guān)鈦酸酯在橡皮奶嘴和玩具等制品中含量的嚴(yán)格規(guī)定。

3 鋁酸酯偶聯(lián)劑
鋁酸酯偶聯(lián)劑是1986年由福建師范大學(xué)章文貢等發(fā)明的一種新型偶聯(lián)劑，已取得美國(guó)zl****（U.S.P4539049）。該偶聯(lián)劑具有反應(yīng)活性大,色澤淺、無(wú)毒、味小、熱分解溫度較高,較高協(xié)同性和潤(rùn)滑性等特點(diǎn)。

3.1鋁酸酯偶聯(lián)劑的結(jié)構(gòu)
鋁酸酯偶聯(lián)劑的結(jié)構(gòu)通式為：(C₃H₇O)_xAl(OCOR)_m(OCORCOOR)_n(OAB)_y，式中m+n+x=3，y=0-2。分子中存在兩類活性基團(tuán),一類能與無(wú)機(jī)填料表面作用，另一類可與樹脂分子纏結(jié)或交聯(lián),因此能在無(wú)機(jī)填料與基體之間產(chǎn)生偶聯(lián)作用。

3.2 鋁酸酯偶聯(lián)劑的研究應(yīng)用
章文貢等通過(guò)采用偶聯(lián)劑對(duì)碳酸鈣進(jìn)行改性，發(fā)現(xiàn)經(jīng)鋁酸酯偶聯(lián)劑改性的活性碳酸鈣具有吸濕性低、吸油量少、在有機(jī)介質(zhì)中易分散、活性高等特點(diǎn)。

任重遠(yuǎn)等人采用DL-411-Ａ改性碳酸鈣填充PVC,發(fā)現(xiàn)其斷裂伸長(zhǎng)率和抗沖擊強(qiáng)度比填充未改性碳酸鈣樣品有明顯提高。

林美娟等人用經(jīng)DL-414改性的活性碳酸鈣填充于天然橡膠中,與普通碳酸鈣填充的相比,體系的轉(zhuǎn)矩減小,流動(dòng)性能得到改善,硫化膠的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率等機(jī)械性能也得到提高。

劉婷婷等人用鋁酸酯偶聯(lián)劑改性滑石粉，結(jié)果表明，鋁酸酯改性后的滑石粉與普通滑石粉相比,在液體石蠟中的粘度顯著減小,水滲透時(shí)間增大,有機(jī)憎水改性效果明顯。用鋁酸酯改性的滑石粉代替半補(bǔ)強(qiáng)碳黑填充于橡膠中,能提高橡膠的拉伸強(qiáng)度,伸長(zhǎng)率等力學(xué)性能。

劉立華等人研究了鋁酸酯偶聯(lián)劑對(duì)納米碳酸鈣濕法表面改性，發(fā)現(xiàn)改性后的納米粉體表面性質(zhì)發(fā)生了明顯變化,比表面積增大,親油性及在有機(jī)相中的分散性明顯提高。

4 其它類型偶聯(lián)劑
隨著偶聯(lián)劑的研制和開(kāi)發(fā)，其它類型的偶聯(lián)劑也逐漸得到應(yīng)用，并取得良好的使用效果。

5 結(jié)束語(yǔ)
由于偶聯(lián)劑在非金屬礦粉體改性中具有獨(dú)特的改性效果而逐漸受到人們的歡迎。對(duì)偶聯(lián)劑的研究要點(diǎn)今后將放在適用范圍廣、改性效果更好、成本更低廉的新型偶聯(lián)劑和相應(yīng)的偶聯(lián)技術(shù)上。