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偶联剂作用机理

  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。
  四价元素是最好的分子建筑者,例如四价碳——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。

六个功能区如下图所示:

功能区① ( R O )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,其机理参见“各类型特点”。

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。
酯交换反应的活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、其它助剂和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,例如像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。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具有触变性效应。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,降低聚酯或环氧树脂中的粘度等。

功能区④ R---热塑性聚合物的长链纠缠基团。
  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,导致粘度大副度下降,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合物的相溶性。

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 ---热塑性和热固性聚合物的多功能性非水解基团。
  通过调节n 值,可以调整偶联剂与聚合物的反应性,缠绕性、阻燃性、水解稳定性及对无机物表面的柔顺化作用等。

  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,还可兼有防锈、抗氧化、阻燃等多功能,因此应用范围很广,胜过了其它偶联剂。

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