偶联剂的作用机理

了解钛酸酯结构和性能的关系，可以帮助你正确选用各类品种。下面小编就给大家介绍一下偶联剂的作用机理，感兴趣的各位进来看看吧。
四价元素是最好的分子建筑者，例如四价钛碳---构成了生命的基础。同样钛化学表明，四价钛可以使化学家们合成出各种分子类型的钛酸酯作为偶联剂，它们除了能为不同的填充剂和聚合物体系提供良好的偶联作用外，还显示其它各种功能。

钛酸酯偶联剂的分子可以划分为六个功能区，它们在偶联机制中分别发挥各自的作用。 六个功能区如表1所示：功能区① （RO)m -起无机物与钛偶联。
钛酸酯偶联剂通过它的烷氧基直接和填料或颜料表面所吸附的微量羧基或羟基进行化学作用而偶联。
由于功能区①基团的差异开发了不同类型偶联剂，每种类型对填料表面的含水量有选择性，各类型特点：
1、单烷氧基型；
单烷氧基钛酸酯在无机粉末和基体树脂的界面上产生化学结合，它所具有的极其独特的性能是在无机粉末的表面形成单分子膜，而在界面上不存在多分子膜。
因为依然具有钛酸酯的化学结构，所以在过剩的偶联剂存在下，使表面能变化，粘度大幅度降低，在基体树脂相由于偶联剂的三官能基和酯基转移反应，可使钛酸酯分子偶联，这就便于钛酸酯分子的变型和填充聚合物体系的选用。
该类偶联剂（除焦磷酸型外）特别适合于不含游离水，只含化学键合水或物理键合水的干燥填充剂体系，如碳酸钙、水合氧化铝等。
2、单烷氧基焦磷酸酯型：
该类钛酸酯适合于含湿量较高的填充剂体系，如陶土、滑石粉等，在这些体系中，除单烷氧基与填充剂表面的羟基反应形成偶联外，焦磷酸酯基还可以分解形成磷酸酯基，结合一部份水。
3、配位型：
可以避免四价钛酸酯在某些体系中的副反应。如在聚酯中的酯交换反应，在环氧树脂中与羟基的反应，在聚氨酯中与聚醇或异氰酸酯的反应等。该类偶联剂在许多填充剂体系中都适用，有良好的偶联效果，其偶联机理和单烷氧基型类似。
4、螫合型：
该类偶联剂适用于高湿填充剂和含水聚合物体系，如湿法二氧化硅、陶土、滑石粉、硅酸铝、水处理玻璃纤维、灯黑等，在高湿体系中，一般的单烷氧基型钛酸酯由于水解稳定性较差，偶联效果不高，而该型具有极好的水解稳定性，在此状态下，显示良好的偶联效果。
功能区② -（--O……）--具有酯基转移和交联功能。
该区可与带羧基的聚合物发生酯交换反应，或与环氧树脂中的羧基进行酯化反应，使填充剂、钛酸酯和聚合物三者交联。
酯交换反应性受以下几个因素支配：
1、钛酸酯分子与无机物偶联部份的化学结构；
2、功能区③上的OX基团的化学结构；
3、有机聚合物的化学结构；
4、其它助剂如酯类增塑剂的化学性质。
钛酸酯在聚烯烃之类的热塑性聚合物中不发生酯交换反应，但在聚酯，环氧树脂中或者在加有酯类增塑剂的软质聚氯乙烯塑料中，酯交换反应却有很大影响。酯交换反应的活性太高会造成不良后果，例如象KR-9S那样的钛酸酯，当加入到聚合物中后，能迅速发生酯交换反应，初期粘度急剧升高，使填充量大大下降，而象KR-12那样的钛酸酯、酯交换反应的活性低，没有初期粘度效应，但酯交换反应可随着时间逐渐进行，这样不但初期的分散性良好，而且填充量可大为增加。
在涂料中可利用钛酸酯偶联剂的酯交换机制来交联固化饱和聚酯和醇酸树脂，从而可得到一种不泛黄的材料（因为不含不饱和结构），由于酯交换作用可以表现触变性，因此有较高酯交换活力的KR-9S具有触变性效果，TTS也有一定程度的酯交换能力。
功能区③ OX--连接钛中心的基团。
这一部位的OX基团随基结构不同，对钛酸酯的性能有不同影响，例如羧基可增加与半极性材料的相溶性，磺酸基具有触变性，砜基可增加酯交换活性，磷酸酯基可提高阻燃性，聚氯乙烯的软化性；焦磷酸酯基可吸收水份，改进硬质聚氯乙烯的冲击强度，亚磷酸酯基可提高抗氧性，降低聚酯或环氧树酯中的粘度等。
功能区④ R---热塑性聚合物的长链纠缠基团，钛酸酯分子中的有机骨架。
由于存在大量长链的碳原子数提高了和高分子体系的相溶性，引起无机物界面上表面能的变化，具有柔韧性及应力转移的功能，产生自润滑作用，导致粘度大幅度下降，改善加工工艺，增加制品的延伸率和撕裂强度，提高冲击性能，如果R为芳香基，可提高钛酸酯与芳烃聚物的相溶性。
功能区⑤ Y---热固性聚合物的反应基团。
当它们连接在钛的有机骨架上，就能使偶联剂和有机材料进行化学反应而连接起来，例如双键能和不饱和材料进行交联固化，氨基能和环氧树脂交联等。
功能区⑥ )n 它代表钛酸酯的官能度，n可以为1-3，因而能根据需要调节，使它对有机物产生多种不同的效果，在这一点上灵活性要比象硅烷那样的三烷氧基单官能偶联剂大。
从上述六个功能区的作用，可以看出钛酸酯偶联剂具有很大的灵活性和多功能性，它本身既是偶联剂,也可以是分散剂、湿润剂、粘合剂、交联剂、催化剂等、还可以兼有防锈、抗氧化、阻燃等多功能，因此应用范围很广，胜过其它偶联剂。