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          偶聯劑的作用機理圖解

          我們以圖解的方式來介紹不同的偶聯劑產品在不同體系中的作用機理,和作用效果,希望通過的機理的了解能夠使我們更加方便的選擇到合適的偶聯劑。

          一、鈦酸酯偶聯劑的分類
          根據偶聯劑的不同親水親油官能團,可以將鈦酸酯偶聯劑分以下為四類:

          1.單烷氧基型
          含有異丙氧基這類產品耐水性差,主要適用于干燥的顏、填料的處理表面處理,典型代表偶聯劑TC-F

          2.單烷氧基焦磷酸酯型
          適合于含濕量較高的填充體系,如陶土、滑石等。在這些體系中,除單烷氧基與填充劑表面的羥基反應形成偶聯外,焦磷酸酯基還可以分解形成磷酸酯基,對應鈦酸酯偶聯劑TC-27,TC-114

          3.配位型
          在通常的四烷基鈦酸酯上附加了亞磷酸酯從而在改進耐水性的同時,又能產生含磷化合物的功能

          4.螫合型
          含有氧乙酸螯合基或乙二醇螯合基,這類產品耐水性好,適用于高含水量顏、填料的處理,或在水性涂料中直接使用,改類偶聯劑的典型代表為鈦酸酯偶聯劑TC-WT ;

          二、 鈦酸酯偶聯劑的類型與結構

          1. 單烷氧基型(焦磷酸酯型):
          含有異丙氧基的產品,這類產品耐水性差,主要適用于干燥的顏、填料的處理表面處理,在溶劑型涂料中使用的代表化學式如下:

          i-單烷氧脂肪酸酯型 單烷氧基脂肪酸型偶聯劑結構式
          ii-單烷氧磷酸酯型 磷酸酯型偶聯劑結構式
          iii-單烷氧焦磷酸酯型 焦磷酸酯結構式

          2. 螯合型
          有氧乙酸螯合基或乙二醇螯合基的產品,這類產品耐水性好,適用于高含水量顏、填料的處理,或在水性涂料中直接使用,代表產品化學式如下:

          氧乙酸螯合型 螯合型鈦酸酯結構式
          乙二醇螯合型 螯合型偶聯劑結構式

          3. 配位型:

          是一種在通常的四烷基鈦酸酯上附加了亞磷酸酯從而在改進耐水性的同時,又能產生含磷化合物的功能性產品。代表性產品化學式如下:

          配位型鈦酸酯偶聯劑結構式

          三、 偶聯劑的作用機理圖示

          1. 單烷氧基型:
          單烷氧基鈦酸酯在無機粉末和基體樹脂的界面上產生化學結合。一般認為只有一個異丙氧基是與無機物表面羥基偶聯的水解基團,因此可以在無機顏、填料的表面形成單分子層。在界面上不存在多分子膜

          預處理前
          處理后
          無機物
          樹脂中分散效果
          單烷氧基型偶聯劑作用機理
          圖1 單烷氧基鈦酸酯對無機物表面偶聯機理

          依然具有鈦酸酯的化學結構,在過剩的偶聯劑存在下,使表面能變化,粘度大幅度降低。在基體樹脂相由于偶聯劑的三官能基和酯基轉移反應,可使鈦酸酯分子偶聯。這就便于鈦酸酯分子的變型和填充聚合物體系的選用。見圖2、3、4、5。

          偶聯劑對無機填料作用
          圖 2 偶聯劑對無機填料作用機理
          偶聯劑在熱塑型聚合物種的作用
          圖 3 偶聯劑在熱塑型體系中的作用效果


          有機聚合物
          無機填料
          偶聯劑
          混煉
            固化
          圖 4 鈦酸酯偶聯劑在熱固性體系中的作用機理圖示

          2.單烷氧基焦磷酸酯型 :

          該類鈦酸酯適合于含濕量較高的填充體系,如陶土、滑石等。在這些體系中,除單烷氧基與填充劑表面的羥基反應形成偶聯外,焦磷酸酯基還可以分解形成磷酸酯基,結合一部份水:如下式反應

          焦磷酸酯類偶聯劑與填料表面羥基反應

          3.螯合型 :

          該類偶聯劑適用于含濕量較高的無極填料和含水樹脂體系,如濕法二氧化硅、陶土、滑石、硅酸鋁、水處理玻璃纖維、碳黑等;而且該偶聯劑在高濕體系中具有極好的水解穩定性,在此狀態下,顯示良好的偶聯效果。

          二官能度羥基羧酸的偶聯機理
          二官能度 、乙二醇醋的偶聯機理

          4.配位型 :

          該類偶聯劑可避免四價鈦酸酯在某些體系中的副反應,如在聚酯中的酯交換反應,在環氧樹脂中與羥基的反應,在聚氨酯中與聚醇或氰酸酯的反應等。該類偶聯劑在許多填充劑體系中都適用,有良好的偶聯效果,其偶聯機理與單烷氧基型類似:

          配位型鈦酸酯偶聯劑與填料作用機理圖示


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