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硅烷偶联剂凭什么成为高岭土更常用、更有效的表面改性剂?

2021-09-03 14:08:06

一般认为,利用有机偶联剂处理高岭土等黏土,偶联剂以化学键结合、化学吸附和表面覆盖等方式与黏土表面结合的,并在黏土表面形成低聚物而对黏土表面进行改性,达到改善界面的物理、化学性能的目的。

硅烷偶联剂选用

硅烷偶联剂是高岭土填料更常用和更有效的表面改性剂,其作用机理一般认为是:

(1)化学键;(2)氢键;(3)物理吸附;(4)形成链状结构的覆盖状物质;(5)从表面排除水等,例如Arkles模式。


研究发现,硅烷偶联剂的羟基可与高岭土表面活性基团反应形成氢键,进而缩合成共价键,使得硅烷偶联剂与高岭土稳固结合。相继产生的氢键包覆在高岭土表面,使得处于偶联剂另一端外露的具有反应性的疏水基团R在塑化过程中很容易与有机高分子材料中的活性基团反应,形成很强的化学键,从而使硅烷偶联剂与高分子材料稳定结合。


硅烷偶联剂的种类很多,常用的有乙烯基硅烷、氨基硅烷、环氧基硅烷、甲基硅烷等。刘钦甫等提出的硅烷偶联剂(加有机助剂M)对煅烧高岭土表面改性的机理如下:


(1)煅烧高岭土颗粒表面吸附有机助剂M释放出来H+

M—H++O—Al(煅烧高岭土)→HO—Al(煅烧高岭土)+M-


(2)硅烷偶联剂分子水解 


(3)硅烷偶联剂与煅烧高岭土表面形成的羟基缩合 


由于硅烷偶联剂的R为亲有机基团,所以煅烧高岭土经表面改性后即能够与有机基体如橡胶、塑料相容。当改性的高岭土作为填料用于橡胶中时,在硫化过程中R基团会与橡胶大分子发生反应,从而使高岭土分子完全分散、融入在橡胶基体分子中。


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