基本介紹
- 中文名：膠粘劑偶聯劑
- 外文名：Adhesive coupling agent
- 偶聯劑特點：含有化學性質不同的兩個基團
- 偶聯劑分類：等矽烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑
- 膠粘劑套用：木工行業、建築行業等
- 膠粘劑分類：聚氨酯、環氧樹脂等
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偶聯劑
偶聯劑是一種重要的、套用領域日漸廣泛的處理劑，主要用作高分子複合材料的助劑。偶聯劑分子結構的最大特點是分子中含有化學性質不同的兩個基團，一個是親無機物的基團,易與無機物表面起化學反應；另一個是親有機物的基團，能與合成樹脂或其它聚合物發生化學反應或生成氫鍵溶於其中。因此偶聯劑被稱作“分子橋”，用以改善無機物與有機物之間的界面作用，從而大大提高複合材料的性能，如物理性能、電性能、熱性能、光性能等。偶聯劑用於橡膠工業中，可提高輪胎、膠板、膠管、膠鞋等產品的耐磨性和耐老化性能，並且能減小NR用量，從而降低成本。
偶聯劑種類
偶聯劑的種類繁多，主要有矽烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑、雙金屬偶聯劑、磷酸酯偶聯劑、硼酸酯偶聯劑、鉻絡合物及其它高級脂肪酸、醇、酯的偶聯劑等，套用範圍最廣的是矽烷偶聯劑和鈦酸酯偶聯劑。
矽烷偶聯劑
矽烷偶聯劑是人們研究最早、套用最早的偶聯劑。由於其獨特的性能及新產品的不斷問世,使其套用領域逐漸擴大，已成為有機矽工業的重要分支。它是近年來發展較快的一類有機矽產品，其品種繁多，結構新穎，僅已知結構的產品就有百餘種。從1959年開始陸續出現了一系列改性氨基矽烷偶聯劑；20世紀60年代初期出現的含過氧基矽烷偶聯劑和60年代末期出現的具有重氮和疊氮結構的矽烷偶聯劑，又大大豐富了矽烷偶聯劑的品種。
我國於20世紀60年代中期開始研製矽烷偶聯劑。首先由中國科學院化學研究所開始研製γ官能團矽烷偶聯劑，南京大學也同時開始研製α官能團矽烷偶聯劑。
鈦酸酯偶聯劑
鈦酸酯偶聯劑最早出現於20世紀70年代。1974年12月美國Kenrich石油化學公司報導了一類新型的偶聯劑，它對許多乾燥粉體有良好的偶聯效果。此後加有鈦酸酯偶聯劑的無機物填充聚烯烴複合材料相繼問世。鈦酸酯偶聯劑已成為複合材料不可缺少的原料之一。
鋁酸酯偶聯劑
鋁酸酯偶聯劑是一種新型偶聯劑，其結構與鈦酸酯偶聯劑類似，分子中存在兩類活性基團，一類可與無機填料表面作用；另一類可與樹脂分子纏結，由此在無機填料與基體樹脂之間產生偶聯作用。鋁酸酯偶聯劑在改善製品的物理性能，如提高衝擊強度和熱變形溫度方面，可與鈦酸酯偶聯劑相媲美；其成本較低，價格僅為鈦酸酯偶聯劑的一半，且具有色淺、無毒、使用方便等特點，熱穩定性能優於鈦酸酯偶聯劑。
雙金屬偶聯劑
雙金屬偶聯劑的特點是在兩個無機骨架上引入有機官能團，因此它具有其它偶聯劑所沒有的性能：加工溫度低，室溫和常溫下即可與填料相互作用；偶聯反應速度快；分散性好，可使改性後的無機填料與聚合物易於混合，能增大無機填料在聚合物中的填充量；價格低廉，約為矽烷偶聯劑的一半。
木質素偶聯劑
木質素是一種含有羥基、羧基、甲氧基等活性基團的大分子有機物，是工業造紙廢水中的主要成分。對木質素的開發和套用，既可減少工業污染，又能增加其使用價值。木質素是在第二次世界大戰中開始被人們所注意，戰後被開發出來的。在橡膠工業中的套用主要以補強作用為主，以提高膠料的拉伸強度、撕裂強度及耐磨性；可在橡膠中大量填充，以節約生膠用量，並能在相同體積下得到質量更輕的橡膠製品。
錫偶聯劑
在工業生產溶聚丁苯橡膠（SSBR）時常採用四氯化錫偶聯活性SBR，所得SSBR稱為錫偶聯SSBR。其特點是碳-錫鍵在混煉過程中易受剪下和熱的作用而發生斷裂，導致相對分子質量下降，從而改善了膠料的加工性能；鏈末端錫原子活性高，可增強炭黑與膠料之間的相互作用，提高膠料的強度和耐磨性能，有利於降低滾動阻力和減小滯後損失。由於錫偶聯劑的獨特性能，使其越來越受到人們的關注。
矽烷偶聯劑套用
經過幾十年的不斷發展，矽烷偶聯劑的用途已從先前的玻璃纖維增強塑膠擴大到玻璃纖維增強熱塑性塑膠用的玻璃纖維表面處理劑、無機填充物的表面處理劑以及密封劑、樹脂混凝土、交聯聚乙烯、樹脂封裝材料等製品的表面處理劑。現階段矽烷偶聯劑的主要套用領域有以下幾方面：
（1）用於玻璃纖維的表面處理
矽烷偶聯劑能改善玻璃纖維和樹脂的粘合性能，大大提高玻璃纖維增強複合材料的強度、抗水、耐候等性能。在玻璃纖維中使用矽烷偶聯劑已相當普遍，用於這一方面的矽烷偶聯劑約占其消耗總量的50%，其中用得較多的品種是乙烯基矽烷、氨基矽烷、甲基丙烯酞氧基矽烷等。
（2）用於無機填料填充塑膠
矽烷偶聯劑在對無機填料及樹脂進行偶聯時，可預先對填料進行表面處理，也可直接加入樹脂中，以改善填料在樹脂中的分散性及粘合力，提高工藝性能和填充塑膠（包括橡膠）的機械、電學和耐候等性能。
（3）用作密封劑、粘接劑和塗料的增粘劑
矽烷偶聯劑能提高它們的粘接強度、耐水、耐候等性能，往往可以解決某些材料長期以來無法粘接的難題。
除上述領域之外，矽烷偶聯劑的其他方面套用還包括：將固化酶附著到玻璃基材表面；油井鑽探中防砂；使磚石表面具有疏水性；通過防吸濕作用，使螢光燈塗層具有較高的表面電阻；提高液體色譜柱中有機相對玻璃表面的吸濕性能等。
環氧樹脂膠粘劑
環氧膠粘劑是由環氧樹脂、固化劑、促進劑、改性劑等組成的液態或固態膠粘劑。由於環氧樹脂含有多種極性基團和活性很大的環氧基，因而與金屬、玻璃、水泥、木材、塑膠等多種極性材料具有很強的粘結力，同時環氧固化物的內聚強度也很大，所以膠結強度很高。環氧樹脂膠粘劑以其優異的綜合性能在工業和生活領域得到了廣泛的套用。航空、航天、電子等現代科學技術的發展對膠粘劑的耐溫性提出了更高的要求。
鑒於環氧樹脂膠粘劑諸多的性能優點，在眾多行業中都有它的套用的領域，以下就是幾個主要方面的套用：
（1）電子電器
套用於此方面的膠粘劑雖然粘接強度是很重要的要素，但在電性能方面，絕緣性、介電常數、介電損耗性能方面有很高的要求；在化學性能方面，膠的腐燭性要小、吸濕性要低；在光學性能方面，有透光率、折射率的要求；在熱性能方面，則要求溫度對粘接強度影響小、導熱性好。
（2）航天航空
在航天航空領域一般都是結構膠，用於製造蜂窩夾層結構、複合金屬結構、全膠接鈑金結構和金屬聚合物複合材料的複合結構，其在航空飛機設計中已成為組裝機身、機翼和宇航裝置部件的基礎之一。
（3）汽車機械
膠粘劑用於車身的品種和用量正在不斷地增加，其中環氧樹脂膠粘劑用量占了25%，它主要用於車門、剎車片、組裝汽車發動機罩、行李箱、驅動軸、車頂窗框和機械結構件等。在機械工業中環氧膠粘劑主要用於維修和安裝，例如修補工具機導軌、量具、鑄件砂眼等。
（4）土木建築
環氧膠主要用在金屬、木材、玻璃、混凝土、熱固性塑膠的膠接，還可以修補混凝土、牆面裂縫，增強基礎結構，安裝給排水管道、地面結構、電氣設施，室內裝潢以及加固建築結構等。
聚氨酯膠粘劑
聚氨酯膠粘劑是一種中高檔膠粘劑，具有優良的柔韌性、耐衝擊性、耐化學品性、耐磨性，最重要的是它的耐低溫性。通過調節原料和配方，可以設計出適合各種材料的粘接、各種不同用途的多類型聚氨酯膠粘劑。
聚氨酯膠粘劑最早於1947年套用于軍事領域，由拜耳公司將三苯基甲烷三異氰酸酯成功地套用於金屬與橡膠的粘接，使用到坦克的履帶上，為聚氨酯膠粘劑工業奠定了基礎。日 本 於1954年 引 進 德 國 和 美 國 技 術，1960年生產聚氨酯材料， 1966年開始生產聚氨酯膠粘劑，開發成功乙烯類聚氨酯水性膠劑，並於1981年投入工業化生產。日本聚氨酯膠粘劑的研究與生產十分活躍，並與美國、西歐一起成為聚氨酯生產、出口大國。 20世紀80年代後，聚氨酯膠粘劑發展迅速，現已成為一個品種繁多、套用廣泛的行業。
聚氨酯膠粘劑套用
木工行業
隨著世界性森林資源急劇減少和我國天然林資源保護工程的實施，小木材拼大板就要求膠粘劑粘接強度和耐久、耐候等性能優於木材本身。膠粘劑用量的多少，已成為衡量木材工業技術發展水平的標誌。過去人們用的木材膠粘劑多為以甲醛為主要原料的脲醛樹脂、酚醛樹脂和三聚氰氨甲醛樹脂，但由於游離的甲醛存在，產品使用期間會逐漸向周圍散發甲醛氣體，造成環境污染。木材加工行業已開始將目光投向新型的環保膠粘劑———聚氨酯膠，以期減少對環境的污染。木工行業使用的單組分濕氣固化聚氨酯膠粘劑是液態的，在室溫下使用。通常其粘接強度高、柔韌性和耐水性好，並能和許多非木基材（如金屬、塑膠、橡膠等）粘接。單組分聚氨酯膠粘劑在測試中所表現出的乾、濕強度均要好於酚醛膠粘劑。粘接前，在粘接基材表面塗布 羥 甲 基 間 苯 二 酚（HMR）偶合劑可以提高粘接強度
製鞋行業
我國是一個製鞋大國，鞋用膠粘劑的發展經歷三代後，隨著全球性環保意識的提高，以及石油危機的加劇，促使第四代環保無溶劑型和水基型鞋用膠粘劑的出現。近年來，水性聚氨酯的製備工藝已日趨成熟。對於一些 低 極 性 鞋 材，如SBS等材質的粘接，聚氨酯膠粘劑的剝離強度達不到要求。通過添加增粘樹脂等進行改性，可開發出具有結晶度高、結晶速度快、內聚強度大和剝離強度較理想的聚氨酯鞋用膠粘劑。
建築鋪裝
聚氨酯膠粘劑除具有無毒、無污染、使用方便等優點，還具有其它膠粘劑無法比擬的優點，即優良的耐低溫、耐溶劑、耐老化、耐臭氧及耐細菌性能，在建築鋪裝材料的套用中發揮著重要作用。廣泛套用於彈性橡膠地墊、硬質橡膠地磚和鋪設塑膠跑道運動場中。
包裝業
軟包裝以其輕質方便、保鮮期長、衛生、易貯存運輸、易拆開、垃圾量少及貨架效應良好等獨特的綜合性能，現已超過硬包裝，如塑膠、玻璃瓶和罐等。聚氨酯膠粘劑由於其優異的性能，可將不同性質的薄膜材料粘接在一起得到耐寒、耐油、耐藥品、透明、耐磨等各種性能的軟包裝用複合薄膜。在國內外市場中，聚氨酯膠粘劑已經成為軟包裝用複合薄膜加工的主要膠粘劑。在國內包裝用複合薄膜製造業中，聚氨酯膠粘劑用量僅次於製鞋業，而居第二位。用於包裝的聚氨酯膠粘劑品種繁多，如水基聚氨酯膠粘劑、熱熔型聚氨酯膠粘劑、溶劑型聚氨酯膠粘劑、無溶劑型聚氨酯膠粘劑。
