一、硅烷偶聯(lián)劑的作用機(jī)理有哪些

硅烷偶聯(lián)劑是一類具有特殊結(jié)構(gòu)的低分子有機(jī)硅化合物，它在表面處理，填充塑料，用作密封劑、粘接劑和涂料的增粘劑等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但對(duì)于它的作用機(jī)理，人們尚無(wú)完整統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，目前研究的理論主要有以下四種：

1、化學(xué)鍵理論

該理論認(rèn)為，硅烷中X基團(tuán)能與無(wú)機(jī)材料表面的羥基起反應(yīng)形成化學(xué)鍵，Y基團(tuán)能與樹(shù)脂起反應(yīng)形成化學(xué)鍵。這兩種化學(xué)性質(zhì)差別很大的材料以化學(xué)鍵“偶聯(lián)”起來(lái)，獲得良好的聯(lián)接，這也是這類化合物被稱為偶聯(lián)劑的原因?；瘜W(xué)鍵理論一直比較廣泛被用來(lái)解釋偶聯(lián)劑的作用，特別是如何選擇偶聯(lián)劑有一定的實(shí)際意義。

2、浸濕效應(yīng)和表面效應(yīng)

在復(fù)合材料的制造中，液態(tài)樹(shù)脂與被粘物的良好浸潤(rùn)是頭等重要的。如果能獲得完全全的浸潤(rùn)，那么樹(shù)脂對(duì)高能表面的物理吸的粘接強(qiáng)度將遠(yuǎn)高于有機(jī)樹(shù)脂內(nèi)聚強(qiáng)度。用合適的硅烷偶聯(lián)劑處理玻璃纖維（或其它無(wú)機(jī)材料）表面，會(huì)提高其表面張力，從而促使有機(jī)樹(shù)脂能在無(wú)機(jī)物表面的浸潤(rùn)與展開(kāi)。

3、形態(tài)理論

無(wú)機(jī)材料上的硅烷處理劑會(huì)以某種方式改變鄰近有機(jī)聚合物的形態(tài)，從而改進(jìn)粘接效果。可變形層理論認(rèn)為，可產(chǎn)生一個(gè)撓性樹(shù)脂層以緩和界面應(yīng)力；而約束層理論認(rèn)為，硅烷可將聚合物結(jié)構(gòu)“緊束”在相間區(qū)域中。

4、其它理論

界面上的的偶聯(lián)劑可能起著多種別的功能，如可能產(chǎn)生一種潤(rùn)滑作用，借以保護(hù)無(wú)機(jī)材料免遭水的應(yīng)力腐蝕。此外，還有酸堿反應(yīng)理論，可逆水解鍵理論、可逆水解機(jī)理等。

二、影響硅烷偶聯(lián)劑作用的因素有哪些

硅烷偶聯(lián)劑起到的作用受到多方面因素的影響，具體包括：

1、硅烷的水解

（1）離去基團(tuán)（水解基團(tuán)）

Si-NR2>Si-Cl>Si-NH-Si>Si-O(O=C)CH3>Si-OCH3>Si-OCH2CH3

（2）pH

弱酸性條件下有利于硅烷的水解，不利于縮合反應(yīng)。

（3）化學(xué)結(jié)構(gòu)（有機(jī)基團(tuán)）

如果有多重取代基（苯或叔丁基），增加位阻效應(yīng)，有利于行成穩(wěn)定的硅醇鍵。

2、硅烷的縮合

（1）?pH

弱堿性條件有利于縮合反應(yīng)，不利于水解的穩(wěn)定性。

（2）化學(xué)結(jié)構(gòu)（有機(jī)基團(tuán)）

有機(jī)部分取代基越少，越有利于脫水縮合。

（3）溫度

表面共價(jià)鍵的形成具有一定的可逆性。當(dāng)水被除去時(shí)，通常通過(guò)加熱到120℃，30-90分鐘或真空2-6小時(shí)，鍵可能形成、斷裂和重組，以緩解內(nèi)應(yīng)力。

（4）硅烷濃度

硅烷加入水中且溶解度低，則有利于高聚合度，聚硅氧烷層的厚度也由硅氧烷溶液的濃度決定。雖然通常需要單層吸附，但通常使用的溶液會(huì)產(chǎn)生多層吸附。據(jù)計(jì)算，從0.25%的硅烷溶液沉積到玻璃上可以產(chǎn)生3到8個(gè)分子層。

3、有機(jī)材料的方面

不同的化學(xué)結(jié)構(gòu)，反應(yīng)的條件和難易程度有很大差異。

4、無(wú)機(jī)材料方面

（1）表面羥基的濃度

（2）表面羥基的類型

（3）所形成鍵的水解穩(wěn)定性

（4）基材的物理尺寸或基材的特性

含羥基的無(wú)機(jī)材料，羥基的種類和含量有很大差異。中性條件下，剛?cè)廴谛谐傻臒o(wú)機(jī)物表面羥基含量較低；基材表面含有大量的吸附水，影響硅烷偶聯(lián)劑與基材的耦合反應(yīng)；含有氫鍵的鄰硅烷醇與硅烷偶聯(lián)劑反應(yīng)更容易，而孤立的或游離的羥基反應(yīng)不太容易。

5、表面張力

臨界表面張力與固體的潤(rùn)濕性或釋放特性有關(guān)。它可以更好地預(yù)測(cè)固體與一系列液體的行為。表面張力低于基材臨界表面張力（γc）的液體會(huì)潤(rùn)濕表面，即顯示接觸角為0（cosθe=1）。臨界表面張力對(duì)于任何固體都是唯一的，并且通過(guò)繪制不同表面張力的液體的接觸角的余弦圖并外推到1來(lái)確定。

γsv–γsl=γlv?cosθ???楊氏模量方程

γSL=臨界面表面張力，γLV=液體表面張力

臨界表面張力大于45達(dá)因/厘米的表面通常會(huì)觀察到親水行為。隨著臨界表面張力的增加，接觸角的預(yù)期下降伴隨著更強(qiáng)的吸附行為和增加的放熱。臨界表面張力小于35達(dá)因/厘米的表面通常會(huì)觀察到疏水行為。首先，臨界表面張力的降低與親油行為有關(guān)，即烷烴油對(duì)表面的潤(rùn)濕。當(dāng)臨界表面張力降低到20達(dá)因/厘米以下時(shí)，表面會(huì)抵抗烷烴油的潤(rùn)濕，并且被認(rèn)為是疏油和疏水的。