南京新型硅烷偶联剂

硅烷还有一潜在应用是制造陶瓷发动机零件尤其是使用硅烷制造硅化物( Si3N4 , SiC等) 微粉技术越来越受重视。美、日等国正在花成亿美元开发用硅、氮化硅和碳化硅微粉制造耐高温、高强度、高化学稳定性陶瓷。国内用于金属表面处理的主要方法是磷化法，由于磷化法高能耗、高污染、高成本，逐步被硅烷表面处理技术取代，硅烷处理技术正在不断地被研发、成熟完善和应用。使用硅烷气相反应的方法制备的微粉纯度较高, 粒度细而匀, 可使陶瓷零部件性能大大提高。新型硅烷偶联剂其应用领域极广, 例如汽车发动机的阀门和透平增压器转子已实用化, 高速轴承和刀具已商品化, 用于内燃机可使工作温度高达1400℃ , 大大提高热机效率, 新型硅烷偶联剂适用多种燃料, 延长使用寿命; 此外还可作为火箭的隔热瓦和隐身保护层。

我国主要的三类新型硅烷偶联剂

一是含硫硅烷，2013年含硫硅烷产量约为6.5万吨（折纯），占总产量的46.4%。在水性木器涂料中有机硅的应用主要包括有机硅与树脂的物理混合和化学改性。该类新型硅烷偶联剂产品主要用于汽车轮胎制造，国内产品近年来技术水平不断提高，已通过世界主要轮胎公司的各类认证，在国外市场开拓方面已经不存在技术壁垒，加之国外生产成本较高，因此国内产品出口量连续增长；

二是交联剂产品，2013年产量约为3.95万吨，约占总产量的28.2%。主要产品包括肟基，三乙酰氧基，硅酸酯和三乙氧基等几大类。新型硅烷偶联剂表面改性设备的选择是硅微粉表面改性至关重要的一个环节，在选择表面改性设备时应考虑满足以下几点要求：一是表面改性设备能将硅微粉在动态状况下加热并保温，保温时间能够自动控制。我国是世界上较大的有机硅室温胶消费国，近年来我国有机硅室温胶产销增长较快；加之有机硅单体和多晶硅生产迅速增加，为交联剂行业提供了大量廉价原料，湖北新蓝天等民营企业抓住机遇，扩大生产，国内硅烷交联剂生产规模因此放大，目前也开始大量出口；

三是其他功能性硅烷产品，2013年我国氨基、环氧基、乙烯基和酰氧基硅烷及其他功能性硅烷产量合计3.57万吨，约占总产量的25.2%。第3步是低聚硅氧烷的Si-OH与硅微粉表面上的OH反应，形成氢键。由于国内生产技术不断提高，常规硅烷产品价格下滑，在实现一体化的基础上，下大力气开发功能性硅烷产品，使得我国硅烷品种进一步丰富，产量连续提高。

现阶段我国实际可生产的硅烷约有300种，新型硅烷偶联剂根据官能团不同，主要分为含硫、交联剂、氨基、环氧基、乙烯基、酰氧基等大类，其余如饱和烷烃、α硅烷以及硅烷二次加工产品也有很多种类，但产量均不大。2013年硅烷产品品种结构（按产量）。

新型硅烷偶联剂与硅微粉的作用机理

硅烷偶联剂比较成熟的作用机理是化学键结合理论：硅烷偶联剂中含有两类不同的化学官能团，新型硅烷偶联剂它的一端能与无机材料OH反应，形成氢键，并在一定的条件下缩合、脱水和固化，形成共价键；另一端又能与有机高分材料结合，从而使有机高分子材料-硅烷偶联剂-无机材料之间产生一种良好的界面结合，将两种性质差异较大的材料牢固的结合在一起。硅烷品种众多，其用途主要根据官能团品种及结构决定，新型硅烷偶联剂主要应用领域包括橡胶、复合材料、塑料、粘合剂等领域，跨度非常广。

新型硅烷偶联剂该反应过程分为四步：

步是硅烷偶联剂中与Si相连的3个水解基团与水反应，生成硅醇；

第2步是硅醇之间脱水，缩合成Si-OH的低聚硅氧烷；

第3步是低聚硅氧烷的Si-OH与硅微粉表面上的OH反应，形成氢键；

第4步是在加热的过程中产生缩合、脱水及固化反应，达到与硅微粉形成牢固的共价键结合。剩下的两个Si-OH或者与其它硅烷偶联剂中的Si-OH缩合，或者保持游离状态。

（作者： 来源：）