美信分析是专业从事材料分析服务的第三方实验室,提供材料样品剖析、成分分析、配方分析、金属分析、化工品分析等检验、有毒有害物质检测及相关测试服务,服务对象涉及塑料、橡胶、油墨、焊料、表面处理、胶粘剂、添加剂、助焊剂、涂料、及金属材料等等行业。
精细化工品分析/Fine chemical analysis

偶联剂分析

 

偶联剂分析

 
偶联剂的种类和特点及应用
偶联剂是一种重要的、应用领域日渐广泛的处理剂, 主要用作高分子复合材料的助剂。偶联剂分子结构的最大特点是分子中含有化学性质不同的两个基团, 一个是亲无机物的基团, 易与无机物表面起化学反应;另一个是亲有机物的基团, 能与合成树脂或其它聚合物发生化学反应或生成氢键溶于其中。因此偶联剂被称作“分子桥”, 用以改善无机物与有机物之间的界面作用, 从而大大提高复合材料的性能, 如物理性能、电性能、热性能、光性能等。偶联剂用于橡胶工业中, 可提高轮胎、胶板、胶管、胶鞋等产品的耐磨性和耐老化性能, 并且能减小橡胶用量比例, 从而降低成本。偶联剂的种类繁多, 主要有硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、双金属偶联剂、磷酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂、铬络合物及其它高级脂肪酸、醇、酯的偶联剂等, 目前应用范围最广的是硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂。
 
硅烷偶联剂
硅烷偶联剂是人们研究最早,应用最早的偶联剂。由于其独特的性能及新产品的不断问世,使其应用领域逐渐扩大,已成为有机硅工业的重要分支。
 
最早使用的典型结构的硅烷偶联剂,后来合成出含氨基的硅烷偶联剂,而后陆续出现了一系列改性氨基硅烷偶联剂,出现含过氧基硅烷偶联剂和具有重氮和叠氮结构的硅烷偶联剂, 又大大丰富了硅烷偶联剂的品种。近几十年来, 随着玻璃纤维增强塑料的发展, 促进了各种偶联剂的研究与开发。改性氨基硅烷偶联剂、过氧基硅烷偶联剂和叠氮基硅烷偶联剂的合成与应用就是这一时期的主要成果。
 
硅烷偶联剂的应用十分广泛, 主要有以下几方面。
 
1)用作表面处理剂。用作表面处理剂主要用于玻璃纤维的表面处理, 能改善玻璃纤维和树脂的粘接性能, 大大提高玻璃纤维增强复合材料的强度、电气、耐水、耐候等性能;即使在湿态,也能显著提高复合材料的机械性能
 
2)用于无机填料填充塑料时。可预先对填料进行表面处理, 也可直接加入基质中。能改善填料在树脂中的分散性及粘接力, 改善工艺性能和提高填充塑料(包括橡胶)的机械、电气和耐候等性能。
 
3)用作增粘剂。能提高密封剂、粘接剂和涂料的粘接强度、耐水性、耐高温、耐气候等性能。
 
4)用作粘合促进剂。用于难粘材料聚烯烃(如PE , PP)和特种橡胶,(如硅橡胶、EPR 、CR 、氟橡胶)的粘合促进剂。
 
5)用作纺织助剂。与有机硅乳液并用,可提高贸纺织品的服用性能, 试织物具有柔软、丰满、回弹性好、防皱挺刮、防水抗静电、耐洗、穿着舒适等优点。
 
6)用于生化、环保方面。硅烷偶联剂是制备硅树脂固胰酶载体的重要原料。并可使固化酶不溶于水, 未失活的固相酶经过滤后还可继续使用, 不仅提高了生物酶的利用率, 还能避免造成污染和浪费。
 
7)用于“假牙”成型。国内牙科中“假牙”一般系用改性甲基丙烯酸酯类聚合物与填料制成。为提高它们之间粘合力,以提高“假牙”的强度和刚度, 在其未固化前, 配方中加入KH -570 硅烷偶联剂。除此之外, 硅烷偶联剂还广泛用作防水剂、交联剂、金属的防腐剂、玻璃和陶瓷的保护剂、纤维和皮革的整理剂以及石油开发和运输的助剂。某些偶联剂(如-氨丙基三乙氧基硅烷、-氯丙基三乙氧基硅烷)遇明火不然, 还可作为助燃剂等。
 
钛酸酯偶联剂
钛酸酯偶联剂最早出现于20世纪70年代。1974年12月美国Kenrich 石油化学公司报道了一类新型的偶联剂, 它对许多干燥粉体有良好的偶联效果。此后加有钛酸酯偶联剂的无机物填充聚烯烃复合材料相继问世。目前钛酸酯偶联剂已成为复合材料不可缺少的原料之一。
 
钛酸酯偶联剂按其化学结构可分为4类:单烷氧基脂肪酸型、磷酸酯型、螯合型和配位体型。钛酸酯偶联剂的分子式通常可以表示为:R—O—Ti (O—X—R′—Y)n。钛酸酯偶联剂能在无机物界面与自由质子(H+)反应, 形成有机单分子层。由于界面不形成多分子层及钛酸酯偶联剂的特殊化学结构, 生成的较低表面能使粘度大大降低。用钛酸酯偶联剂处理过的无机物是亲水和亲有机物的。将钛酸酯偶联剂加入聚合物中可提高材料的冲击强度, 填料添加量可达50%以上, 且不会发生相分离。以上是单分子层理论, 还有化学键理论、浸润效应和表面能理论、可变形层理论、约束层理论、酸-碱反应理论等。钛酸酯偶联剂的作用机理较为复杂, 到目前为止人们已进行了相当多的研究,提出了多种理论, 但至今尚无完整统一的认识。
 
1)单烷氧基型。在国内外偶联剂市场上,目前倍受人们重视的是单烷氧基钛酸酯。此类偶联剂能在无机粉末和基体树脂的界面上产生化学结合,但它含异丙氧基,耐水性差,只适用于含化学键态及物理键态水的干燥填充剂体系,如碳酸钙、水合氧化铝等无机填料填充的聚合物体系。代表品种:KR-TTS。
 
2)单烷基焦磷酸酯型。该类钛酸酯耐水性好,适用于中等含水量的填充剂体系,如颜料、滑石粉等表面处理,在这些体系中,除单烷氧基与填充剂表面的羟基发生水解形成偶联外,焦磷酸酯基还可以分解形成磷酸酯基,再结合一部分水。代表品种:TTOPP-38S。
 
3)配位型。该类偶联剂是在四烷基钛酸酯上附加了亚磷酸酯,在改善其耐水解性的同时,还可增加产品的功能,如由于含有磷,使得配位型偶联剂具有阻燃功能。另外,此类偶联剂的耐水性好,多数不溶于水,可在溶剂型涂料或水性涂料中直接使用,不会发生酯交换反应,具有良好的偶联效果。代表品种:TL-411-B。
 
4)为螫合型。该类偶联剂包括乙酸螯合基(螯合100型)和乙二醇螯合基(螯合200型)两个系统。100型的水解稳定性比200型好,200型的体系黏度比100型下降更快。代表品种:CTDOPP-138S(100 型),TM-200S(200型)。
 
小结

除上述介绍的偶联剂外, 还有锆偶联剂、磷酸酯偶联剂、稀土偶联剂等。随着复合材料的不断发展, 对无机物的改性要求越来越多, 偶联剂由于独特的表面改性效果而受到人们的广泛重视,今后的研究重点将放在适用范围广、一剂多能、改性效果更好、成本更低廉的新型偶联剂和相应的偶联技术上。

 

常用仪器

分析手段 分析作用及分析范围 参考标准
红外光谱
FTIR
对化合物进行初步定性,适用于几乎全部有机物及部分无机物 GB/T 32199-2015
气相色谱质谱联用
GC-MS
测试易挥发,热不易分解,分子量在1000以下的物质 JIS K0123-2006
裂解气相色谱质谱联用
PY-GC-MS
测定高聚物的组分,结构,添加剂成分,主要用于塑料橡胶 ASTM D3452-2006(2012)
GB/T 7131-1996
高效液相色谱
HPLC
高沸点化合物;难挥发及热不稳定化合物;离子型化合物及高聚物等 JY/T 024-1996
凝胶渗透色谱
GPC
测定化合物的分子量;有机物的分离 SH/T 1759-2007
ISO 11344-2004/COR.1-2008
核磁共振
NMR
主要用于固体高分子材料的结构分析,定量分析 JY/T 006-1996
JY/T 007-1996
JY/T 005-1996

 

业务流程介绍

偶联剂分析

 

点击咨询费用和周期