乙烯基硅烷应用概述
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乙烯基硅烷应用概述

2025-03-22 19:22:02 烷基硅烷
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  [16]荆荣,等.乙烯基硅烷偶联剂改性水性聚氨酯的制备及性能研究[J].皮革科学与工程,2015,25(5).

  [18]周遵石,等.乙烯基三丁酮肟基硅烷的合成及应用研究[J].2002,中国有机硅学术交流会论集.

  近年来,国内硅橡胶的消费每年保持10~20%的增大,估计到2020年硅橡胶能占到我国橡胶消费量的1/3。其中含三个硅功能基的乙烯基硅烷均可当作硅橡胶脱醇、脱酮肟、脱酸型室温胶交联剂,乙烯基官能团能参与硅橡胶基胶的交联聚合改善橡胶的硬度和弹性。室温胶的主要应用领域为建筑,相关领域包括玻璃幕墙、室内装修、中空玻璃和门窗等的密封。其中乙烯基三丁酮肟基硅烷和乙烯基三烷氧基硅烷同为中联剂,无腐蚀性,在各大领域均得到推广和应用。目前市面上中性胶约占70%左右的比例多以脱酮肟型为主。建筑玻璃幕墙上用量最大,除此以外还用于汽车、铁路客车、造船等车身车板、侧身接缝处的密封、幕墙以及密封粘合淋浴蓬等。目前市面上酸性胶约占30%,由于交联时产生醋酸对钢铁、石材、水泥等存在一定的腐蚀,一般只用于铝合金玻璃门窗的安装[17]。

  酮肟基硅烷中乙烯基硅烷较甲基硅烷反应活性高、固化速率快,考虑到乙烯基硅烷成本偏高,在实际应用中常将两者复配使用,以提高固化速度、调整表干时间、提升产品粘接强度、延长贮存期扩展应用场景范围。单纯的甲基三丁酮肟基硅烷熔点仅40℃在低温下游离的交联剂会相分离并结晶,通常需加入30%左右的乙基或丙基乙酰氧基硅烷,或者加入甲醇或四乙加热回流杂化改性降低熔点,且单纯的甲基三丁酮肟基硅烷固化速率慢,很多时候不能满足低温天气使用,多加入乙烯基三丁酮肟或四丁酮肟提高固化速度[18]。

  乙烯基烷氧基硅烷作为电子元器件表面防潮处理剂,因烷氧基与水反应活性高,可快速消耗体系中的水分,作为密封胶除水剂有很大效果预防复合过程中预交联,使产品的能稳定保存1年以上,同时提高固化均一性,将乙烯基三甲氧基硅烷水解制备成系列低聚乙烯基硅烷作为湿气敏感型胶粘剂的最佳选择,对无机填料与有机聚合物起到极好的增容效果,主要使用在在电缆工业、颜料涂料、填充涂料等[10-11],A-151、A-171在合成过程中乙烯基三氯硅烷(A-150)二次加氢后酯化得到桥联二硅烷1,2-双三甲氧基硅基乙烷(BTMSE)和1,2-双三乙氧基硅基乙烷(BTESE),桥联二硅烷的分子中有六个烷氧基功能团,是普通硅烷偶联剂的双倍,能在无机材料表明产生更高的交联密度,同时该产品水解后所形成的硅醇与常规硅烷偶联剂所形成的硅醇相比酸性更强,因此能与金属、无机材料表面的羟基所形成更牢固的共价键,且不易水解能起到非常好的防潮作用。具体应用中常将这类硅烷和常规硅烷偶联剂以1:5~1:10比例混合使用效果极佳[4]。

  乙烯基硅烷的通式为(CH2=CH)SiRnX3-n(式中R为甲基、乙基等;n为0、1;X为卤素、甲氧基(A-171)、乙氧基(A-151)、β-甲氧基乙氧基(A-172)、乙酰氧基、丁酮肟基、三叔丁基过氧基(VPTS)等),是用途较广的硅烷偶联剂品种之一。乙烯基硅烷在硅氢化催化剂、有机过氧化物或光引发剂作用下易与含氢有机物发生加成反应,在加成型硅橡胶和无溶剂硅树脂等有机硅材料的合成以及有机物对高分子化合物中烯烃聚合物改性均用到这一反应,同时不饱和双键具有聚合及共聚反应性,可用于热塑性塑料及橡胶的改性,在复合材料中也多用来处理玻纤和无机填料[1]。

  覆铜板是以木浆纸或玻纤布为补强填料浸以树脂,一面或两面覆以铜箔经热压而成的板材,覆铜板中无机阻燃剂Mg(OH)2、Al(OH)3、SiO2常用乙烯基硅烷及氨基硅烷(KH-550或KH-792)来处理,其中乙烯基硅烷处理效果较好,硅烷处理可提高阻燃剂与聚合物之间的润湿性能、增强粘结性,同时形成特殊的界面层可缓和聚合物与阻燃剂之间的残余应力[7]。黄伟壮等[8]将Al(OH)3和相应的醇以质量比1:1混合后,分别加入30%~50%Al(OH)3量的A-151、KH-792、KH-560,70~90℃迅速搅拌1h后过滤处理得到表面改性的Al(OH)3,用于处理覆铜板,发现经处理后的阻燃剂与树脂的混溶性均大大改善,且改性后的阻燃剂氧指数变化不大。对比断面SEM图片发现经A-151改性后的填料明显要少,同时Al(OH)3与树脂剥离的空穴也减少,说明二者粘合力较大,A-151改性能明显提高阻燃效果。

  【作者单位】江西晨光新材料股份有限公司,江西九江332500;江西晨光新材料股份有限公司,江西九江332500;江西晨光新材料股份有限公司,江西九江332500

  [11]蔡海涛,等.高强度硅烷改性聚醚密封胶的制备及性能研究[M].2016,学术论文.

  [13]陆海旭.有机硅密封胶市场现状及发展的新趋势[J].化学工业,2016,20(3).

  [14]黄活阳,等.透明硅烷改性聚醚密封胶的研制[J].建筑密封,2014.34(4).

  目前硅烷偶联剂在玻纤中用量高达50%,玻纤用硅烷主要有氨基(如:KH-550、KH-792)、环氧基(KH-560)、甲基丙烯酰氧基(KH-570)和乙烯基(如:A-151、A-171)等。乙烯基硅烷适用于聚烯烃、聚酯、醚等树脂体系,不饱和双键参与树脂材料的交联固化,在玻纤中可提高纤维单丝和聚酯等树脂的粘结力,特别是提高复合材料在湿态下的性能,渐渐取代了氨基硅烷和环氧基硅烷在玻纤中的应用。郭文杰等[2]采用0.3~0.6%的VPTS对玻璃纤维和橡胶粉进行表面改性,通过改性玻纤的EDS能谱发现玻纤表面碳含量较高,表明填料表面接枝覆盖了一层聚合偶联剂,增加了玻纤与橡胶粉表面的活性基团数量,SEM发现改性玻纤表面较粗糙,这样的结构有助于增加玻纤与树脂的粘结力,可提高橡胶粉热解温度和表面亲水性。

  电线电缆、耐热管材、耐热软管和薄膜多用乙丙橡胶(EPM)、三元乙丙橡胶(EPDM)和煅烧高岭土(陶土)矿粉复合制备,提高电力工业的橡胶制品性能和品质。未经硅烷化处理的陶土吸水导致介电性能直线下降只能用于低压电缆,同时未经硅烷交联的聚烯烃材料耐热性、耐环境应力开裂性以及机械性能均较差,限制了其应用。乙烯基硅烷填充过氧化物交联的EPDM体系,可提高无机填料填充的EPDM、交联聚烯烃烯聚合物或树脂的机械强度和电气性能,特别是湿态性能,改善消耗因子和比电感容抗[4]。朱平平等[5]研究之后发现A-151与A-171改性高岭土的定伸应力、拉伸强度、撕裂强度都优于未改性的高岭土,特别是撕裂强度有了很大的提高,说明改性高岭土可提升EPDM的力学性能,同时二者均可作为电线电缆护套和绝缘层的阻燃剂提高抗老化、耐温性能。将A-171水解缩聚制成硅烷低聚物,可作为交联剂用于矿物填充电缆料,通过疏水性和促进附着力作用,EPDM和EVA可以被处理成高填充度的电缆料,非常适合于制造无卤素、无毒和环保的阻燃电缆料[6]。

  【摘 要】乙烯基硅烷含不饱和双键,多用于热塑性塑料、橡胶以及烯烃聚合物的改性,在橡胶、塑料、涂料、胶黏剂、密封胶、金属表面处理等领域均有应用,特别在玻纤浸润、电线电缆料护套绝缘层、覆铜板阻燃剂处理、MS胶性能优化以及改善硅橡胶与金属、聚酯、玻璃的粘接等行业具有非常明显效果.

  乙烯基硅烷用于长玻纤增强热塑性聚丙烯塑料(LFT-PP)能解决玻纤复合材料的外观问题,硅烷中的乙烯基官能团参与聚丙烯交联反应,改善复合材料拉伸和弯曲性能,可以以塑代钢作为汽车涂装、配件中的新材料使用,同时乙烯基硅烷也满足大功率风能用叶片以及高压管道对偶联剂抗疲劳、抗冲击、耐候的要求[3]。

  含有过氧基团的VTPS无论是直接混入胶料中还是作为表面处理剂使用,均能明显提高硅橡胶与不锈钢、镍、铝、铜等金属的粘合,同时A-172能明显提高硅橡胶在聚酯或玻璃表面的粘结力,此粘结力在运输胶带、排气胶管等高温应用上非常非常重要[2]。

  乙烯基硅烷除了用于聚乙烯交联制造电线、电缆绝缘和护层涂料,用于聚乙烯交联制造耐热棺材、软管及薄膜,用于浸渍处理玻璃纤维及无机含硅填料,用于促进硅橡胶与金属、织物等的粘接促进剂外还可作为不饱和烯烃共聚物的交联剂,用于制作特种涂料及生产特殊用途的改性高聚物,应用前景十分可观。

  [4]张先亮,等.硅烷偶联剂-原理、合成与应用[M].化学工业出版社,2012,330-352.

  [5]朱平平.煅烧高岭土改性及其在EPDM中的应用[J].非金属矿,2010,33(1).

  [6]南京曙光化工基团有限公司.一种新型硅烷乙烯基三甲氧基硅烷低聚物[J].2005,塑料助剂生产与应用技术信息交流会.

  [7]赵家旭.硅烷偶联剂在覆铜板中应用[J].第十四届覆铜板技术研讨会.

  [8]黄伟壮,等.硅烷偶联剂表面处理氢氧化铝在覆铜板中的应用[J].印制电路信息,2011.

  [9]温振华,等.有机硅氧烷改性丙烯酸乳液合成及性能研究[J].涂料工业,2011,41(8).

  覆铜板中无机阻燃剂的消耗量慢慢的变大,其表面处理的研究显得很重要,因此硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂对无机阻燃剂填料改性相当重要。

  乙烯基硅烷因其不饱和双键的特殊反应性,用于涂料、胶粘剂、密封胶行业达到粘接促进、表面改性、补强、交联、干燥除湿、聚合物改性的效果。乙烯基硅烷与丙烯酸乳液或涂料聚合物中单体共聚和接枝,生产的室温交联的水性或溶剂型涂料拥有非常良好的耐候性和耐化学腐蚀性。同时,乙烯基硅烷在胶粘剂中作为附着力促进剂,提高印刷油墨、胶浆和涂料在玻璃、陶瓷、或金属表面的粘结力,可用于标签胶、压敏胶中的添加剂[9]。

  [1]沈玺,等.硅烷偶联剂的研究与应用[J].上海生物医学工程,2006,26(1):15-16.

  [2]郭文杰,等.玻璃纤维与橡胶粉表面改性及其在砌块中的应用研究[M].新型建筑材料,2014.

  [3]张志坚,等.硅烷偶联剂在玻纤增强复合材料领域中的应用[J].浸润剂工艺,2015.

  MS密封胶是以聚醚为主链,两端用硅氧烷封端的高性能环保型密封胶,是继聚硫较、硅酮胶、聚氨酯之后发展起来的新型建筑密封胶,因其良好的耐候耐久、粘结性、表面可涂饰性、较高的抗形变位移能力及无污染、低VOC含量、易施工、储存稳定性等优点受到关注[12],大范围的应用于建筑、汽车、住宅、桥梁、室内装饰等领域,作为接缝、门窗、建筑屋顶、装饰面板、空调系统、保温材料等的密封[13]。制备MS胶是乙烯基硅烷用于聚合物改性的一种常见方式,A-171制备的透明MS密封胶,相较于氨丙基三乙氧基硅烷封端的MS胶具有更高的透光率和更优的力学性能[14],制备的防霉MS密封胶可广泛用作厨房、卫浴、地下室等室内装修及收边密封[15],除此之外A-171还能大大改善仲胺基硅烷、双氨基硅烷等封端聚醚密封胶的储存稳定性[10]。用A-151、A-172等系列乙烯基硅烷处理阻燃剂可制备阻燃性能优越的阻燃MS密封胶,再者,用乙烯基硅烷改性水性聚氨酯密封胶,可显著提升聚氨酯的疏水性、耐溶剂性和断裂强度[16]。