偶聯劑

　　在塑膠配混中，改善合成樹脂與無機填充劑或增強材料的介面性能的一種塑膠添加劑。又稱表面改性劑。它在塑膠加工過程中可降低合成樹脂熔體的粘度，改善填充劑的分散度以提高加工性能，進而使製品獲得良好的表面品質及機械、熱和電性能。其用量一般為填充劑用量的0.5～2％。偶聯劑一般由兩部分組成：一部分是親無機基團，可與無機填充劑或增強材料作用；另一部分是親有機基團，可與合成樹脂作用。

　　種類　按化化學組成分為矽烷、鈦酸酯、有機鉻絡合物和鋯化合物等4大類。常用品種多屬前兩類。

　　矽烷類　研究最早，應用最廣，已有30多年的歷史。其結構的一端有能與環氧、酚醛、聚酯等類合成樹脂分子反應的活性基團，如氨基、乙烯基等。另一端是與矽相連的烷氧基（如甲氧基、乙氧基等）或氯原子，這些基團在水溶液或空氣中水分的存在下，水解生成可與玻璃、礦物質、無機填充劑表面的羥基反應，生成反應性矽醇。因此，矽烷類偶聯劑常用於矽酸鹽類填充的環氧、酚醛、聚酯樹脂等體系。另外，還可用於玻璃鋼生產，以提高其機械強度及對潮濕環境的抵抗能力。矽烷偶聯劑的有機基團對合成樹脂的反應具有選擇性，一般，這些有機基團與聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等合成樹脂缺乏足夠的反應性，因而偶聯效果差。近年來，已開發瞭對聚烯烴有較好偶聯作用的新品種矽烷偶聯劑，但限於成本和其他性能，應用尚不普遍。

　　鈦酸酯類　美國肯裡奇石油化學公司於1975年開發。其結構的一端可與無機填充劑界面上的自由質子反應，在無機物表面形成一有機單分子層，該分子層在壓力作用下可以自由伸展和收縮，從而提高塑料的拉伸和抗沖擊強度。另一端是可與合成樹脂分子相互纏繞，使無機相和有機相緊密結合的長鏈烴基。這類偶聯劑特別適用於碳酸鈣、硫酸鋇等非矽無機填充劑填充的聚烯烴體系。

　　有機鉻絡合物類　開發於20世紀50年代初。是由不飽和有機酸與三價鉻原子形成的金屬絡合物，在玻璃纖維增強塑料中，其偶聯效果良好。主要品種有甲基丙烯酸氯化鉻絡合物，商品名沃蘭。它一端有活潑的不飽和基團，可以與合成樹脂反應；另一端依靠鉻原子與玻璃纖維表面的矽氧鍵結全。這種偶聯劑的制造和應用技術比較成熟，成本低，但品種單一，適用范圍和偶聯效果不及前述兩類。

　　鋯化合物類　1983年由美國卡維東化學公司開發的新偶聯劑。是含有鋁酸鋯的低分子量無機聚合物。在其分子的主鏈上有兩種有機配位基團：一種可賦予偶聯劑以良好的羥基穩定性和水解穩定性，另一種可賦予偶聯劑與有機物良好的反應性。鋯化合物類偶聯劑不僅可促進無機物與有機物的結合，還可改善填充體系的性能，特別是能顯著降低填充體系的粘度，價格低廉。目前，已商品化的有7個品種，均為液體，適用於聚烯烴、聚酯、環氧、聚酰胺、聚丙烯酸、聚氨酯等。在碳酸鈣、二氧化矽、陶土、三水合氧化鋁、二氧化鈦等填充體系中，都有偶聯和改性作用。

　　應用　偶聯劑對不同的塑料和填充劑體系的偶聯效果差異較大。例如，通常使用的三異硬脂酰基鈦酸異丙酯，在用於碳酸鈣填充聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯時能較大地提高耐沖擊性，而對玻璃纖維增強的聚酯或環氧樹脂，則需選用 γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基矽烷，才能較大地提高機械強度。因此，應全面考慮樹脂、填充體系及主要用途，才能選定最佳的偶聯劑。為瞭發揮已選定的偶聯劑的最佳效果，還應按一定的操作條件進行填充劑的處理。通常，根據偶聯劑的溶解性和穩定性，將其配制成水溶液或甲醇、乙醇、丙酮等的溶液，在適當的溫度下與無機填充劑混合，再陸續加入其他添加劑，才能保證偶聯劑在填充劑表面的均勻分佈，避免添加劑之間發生幹擾。鈦酸酯類偶聯劑應盡量避免與具有表面活性的塑料添加劑並用，以免幹擾偶聯反應。同時，多數鈦酸酯都可不同程度地與酯類增塑劑發生酯交換反應，因此，酯類增塑劑應在偶聯劑與合成樹脂及填充劑充分混合並產生偶聯效果後才能加入。鈦酸酯類偶聯劑與矽烷偶聯劑並用時，可產生協同效應。