硅烷偶聯劑真的水解了嗎?
??????發布時間:2020-05-11 14:46??????瀏覽次數:

硅烷偶聯劑的特點
硅烷偶聯劑是一類在分子結構中同時含有兩種不同化學性質基團的有機硅化合物。它可用通式YnSiX4-n來表示,式中Y為不能水解的基團,如鏈烯基(乙烯基)、以及末端帶有Cl、NH2、SH、環氧、(甲基)丙烯酰氧基等基團的烴基,式中X為可以水解并生成Si-OH的基團,包括Cl、OMe、OEt等。

X與Y為兩類反應特性不同的活性基團,其中X基團更容易與無機物、礦物質、金屬等產生良好的結合力,而Y基團則更容易與有機物中的樹脂、橡膠等產生良好的結合力,正是由于硅烷偶聯劑具備同時親和有機物與親和無機物的性質,它可以作為中間媒介將這兩類不同化學結構類型、親和力相差很大的材料連接起來,如硅烷偶聯劑KH570可以增加有機涂料與金屬鐵等無機底層的結合力。

硅烷偶聯劑在轉化膜領域的應用
裸露的金屬基材在自然條件下很容易被腐蝕,在金屬基材表面涂覆一層涂料是緩解金屬基材被腐蝕最常用且最簡便的方法。但是由于金屬基材與涂料的化學性質的不同,金屬基材與涂料間的結合力非常有限,涂料容易脫落,這使金屬基材又重新暴露在腐蝕性的環境中。

工業上常用轉化膜工藝來增加金屬基材與涂料的結合力,轉化膜工藝操作簡單、性能穩定,如磷化工藝(即將工件浸泡在磷化液中形成一層多孔、均勻、致密的磷化膜,涂料會滲入到磷化膜的孔隙中增加涂料的附著力)。但市面上被廣泛應用的產品(磷化、鈍化等)通常含有重金屬、揮發性酸、磷元素等污染性物質,使用越來越受限。硅烷偶聯劑作為一款環保型有機材料具備提升涂料與金屬基材結合力的性能,應用硅烷偶聯劑來提升涂料與金屬基材結合力的環保型轉化膜產品應運而生。

 

硅烷偶聯劑水解的意義
單獨使用硅烷偶聯劑的轉化膜產品,其形成的轉化膜薄、耐腐蝕性較差,雖然能夠提升涂料與金屬基材的結合力,但是金屬基材在涂覆涂料前很容易返銹,這層轉化膜很難滿足工序間的防銹要求,所以需要添加其它的成膜物質進行復配來提升轉化膜的各方面性能,可添加成膜物質有氟鋯酸、硼酸鹽、鉬酸鹽等。由于這些物質多為水溶性的無機物,它們與硅烷偶聯劑無法直接混溶,所以需要用水作為硅烷偶聯劑與無機物共存的載體,這就需要將油溶性的硅烷偶聯劑添加到水中進行水解處理。如果不進行水解處理的話,硅烷偶聯劑會像小油珠一樣漂浮在水溶液中,無法均勻的分散到水溶液中,這將導致硅烷偶聯劑的作用大打折扣。

硅烷偶聯劑的水解方法
硅烷偶聯劑在無助劑的水中較難水解,水解周期很長,在硅烷偶聯劑水解的同時會伴隨著縮聚這個副反應,縮聚產物會沉淀在水溶液底部,影響產品使用效果。為了保證水解反應正常進行,我們通常使用以下的方法:

首先,弱酸性與弱堿性的水溶液都能促進硅烷偶聯劑的水解,一些自身具備酸性基團(KH560)或堿性基團(KH550)的硅烷偶聯劑相對容易水解,就是因為它們自身的Y基團會影響水溶液的pH值,讓硅烷偶聯劑更容易水解。自身基團對水溶液pH值影響較弱的硅烷(如A151)可以通過添加醋酸、氨水等物質來調整水溶液的pH值,讓硅烷偶聯劑更容易水解,如添加醋酸調整pH值為弱酸性后再進行硅烷偶聯劑A151的水解,其水解速度有明顯提升。

其次,在硅烷偶聯劑水解時會產生一定量的甲醇、乙醇等可以與水任意混溶的溶劑,這是硅烷結構中的X基團決定的,如果在水溶液中預先添加硅烷偶聯劑水解時會產生的溶劑,將使硅烷偶聯劑更充分地分散在水溶液中,使水解液更加穩定。如預先向水溶液中添加少量的乙醇后再進行乙烯基硅烷A151的水解,油珠狀的硅烷偶聯劑與水溶液混溶的更快,且不易縮聚析出。此外,在硅烷偶聯劑水解時需要充分地攪拌,讓硅烷偶聯劑更充分的與水接觸,減少硅烷偶聯劑分子之間因接觸發生的縮聚反應,硅烷偶聯劑一旦縮聚就很難再進行水解了。

 

硅烷偶聯劑真的水解了嗎?
硅烷偶聯劑是否水解以及水解的程度嚴重影響后面涂料的附著力,所以我們需要判斷硅烷偶聯劑是否水解以及其水解程度。我們可以參考硅烷偶聯劑的化學性質利用大型儀器輔助我們判斷硅烷偶聯劑是否水解以及確認硅烷偶聯劑水解的程度。我們常用的方法有:

①NMR核磁共振波譜儀:核磁共振波譜儀是在強磁場中,原子核發生能級分裂,當吸收外來電磁輻射時,將發生核能級的躍遷,即產生所謂NMR現象。核磁是進行有機物結構定性分析最強有力的工具之一。先將硅烷偶聯劑在水中水解,然后對水解液進行NMR測試,如果在水解液中能夠測到硅烷偶聯劑的特征峰,就可以判斷硅烷偶聯劑發生了水解,如果對其特征峰進行核磁內標定量,就可以確認硅烷偶聯劑水解的程度。

②GC-MS氣相色譜質譜聯用儀:氣相色譜質譜法聯用(GC-MS)是一種結合氣相色譜和質譜的特性在試樣中鑒別不同物質的方法。它是定性易揮發物質的重要工具。水溶液中沒有水解的硅烷偶聯劑可以用有機溶劑萃取分離,分離出來的硅烷偶聯劑在一定的溫度下會揮發,可以在GC-MS中檢測到該硅烷偶聯劑的完整單體。水解完全的硅烷偶聯劑在GCMS中不會出峰,所以如果在GC-MS測試中無法測試到硅烷偶聯劑的單體以及硅烷偶聯劑的水解產物,則說明硅烷偶聯劑已經完全水解。

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