シランカップリング剤知識②

シランカップリング剤の知識

第二に、シランカップリング剤の作用機構

シランカップリング剤の役割および効果は知られており、確認されているが、なぜ界面上の非常に少量のカップリング剤が複合材料の性能にそのような著しい効果をもたらし、説明するための完全なカップリングメカニズムがない。 ２つの異なる材料間の界面におけるカップリング剤の作用機序について多くの研究がなされており、そして化学結合および物理的収着などの説明が提案されている。 それらの中で、化学結合の理論は、今日まで比較的成功した理論であると考えられてきた最も古いものです。

化学コンビネーション理論

理論は、カップリング剤が、シラノール基の表面またはガラス繊維の表面上の他の無機充填剤と共有結合を形成することができる化学官能基を含むことを支持する。 加えて、カップリング剤はまた異なる官能基を含み、ポリマー分子は良好な界面結合を得るために結合され、そしてカップリング剤は無機相を有機相に連結する架橋として作用する。

化学結合理論は、シランカップリング剤を例として以下に説明される。 例えば、アミノプロピルトリエトキシシランは、それが最初に無機充填剤（例えばガラス繊維など）で処理されると、最初にシラノールに加水分解され、続いてシラノール基と無機充填剤の表面との間の脱水反応、化学結合が行われる。反応式は以下の通りである。

シラン中の基の加水分解 - 加水分解後にヒドロキシル基が無機充填剤と反応する - 充填剤を充填した無機材料で処理して複合体を調製し、そしてカップリング剤中のＹ基が有機ポリマーと相互作用するであろう。 最後に、無機フィラーと有機物の間の橋渡しができます。

シランカップリング剤には様々な種類があり、カップリング剤に適したポリマーの種類は式中のＹ基によって異なる。 これは、基Ｙが、例えばビニルおよびネイルを含むポリマーの反応に対して選択的であるためである。 アクリロイルオキシ基含有シランカップリング剤は、不飽和ポリエステル樹脂、アクリル樹脂に特に有効である。 これは、カップリング剤中の不飽和二重結合と樹脂中の不飽和二重結合が、開始剤と促進剤の作用により化学的に反応するためである。 しかしながら、これら２つの基を有するカップリング剤をエポキシ樹脂とフェノール樹脂に用いた場合、カップリング剤中の二重結合がエポキシ樹脂とフェノール樹脂の硬化反応に関与しないため、その効果は顕著ではない。 しかし、エポキシ基のシランカップリング剤はエポキシ樹脂に特に有効であり、エポキシ基は不飽和ポリエステル中の水酸基と反応することができるので、エポキシ基含有シランも不飽和ポリエステルに適している。 アミン系シランカップリング剤は、エポキシ、フェノール、メラミン、ポリウレタンなどの樹脂に有効である。 −ＳＨを含有するシランカップリング剤は、ゴム工業において広く使用されている種類である。

上記２つの反応により、シランカップリング剤は、化学結合により複合材料中の高分子と無機充填剤との間の接着性を向上させ、その性能は大幅に向上するので、カップリング剤の処理効果は？ それは理論的接着力の計算によって特徴付けることができる。

界面化学の結合理論によれば、接着剤と被着体との間の単位面積当たりの二次結合結合強度は主に分散力を考慮する。

濡れ効果と表面エネルギー理論

1963年に、接着に関連した表面化学と表面エネルギーの既知の側面を検討するとき、ZISMANは複合材料の製造において、液体樹脂による被着体の良好な濡れが最も重要であると結論を下しました。 完全な浸透が得られると、高エネルギー表面への樹脂の物理的吸着は有機樹脂の凝集力よりも高い接着力を提供するであろう。

変形可能層理論

複合材料の冷却中の樹脂と充填剤との間の熱収縮の差によって引き起こされる界面応力を軽減するために、処理された無機材料に隣接する樹脂界面が柔軟な変形可能な相であることが望ましい。合成最大値 カップリング剤で処理された無機剤の表面は樹脂中の特定の配合剤を優先的に吸収し、そして相間領域の不均衡な固化はポリマーと充填剤との間のカップリング剤よりもはるかに厚い多分子層をもたらし得る。 。 フレキシブル樹脂層 この層は変形可能層と呼ばれ、これは界面応力を緩和し、界面亀裂の拡大を防ぎ、それによって界面の結合強度を改善し、複合材料の機械的性質を改善する。

拘束層理論

変形可能層の理論とは対照的に、拘束層理論は、無機充填剤領域の樹脂は無機充填剤とマトリックス樹脂との間にある程度のモジュラスを有するべきであり、カップリング剤の機能はポリマー構造を「引き締める」ことである。 。 中間相領域。強化複合材料の特性の観点から、最大の接着性および耐加水分解性を得るために、界面に拘束層を有することが必要である。

チタネートカップリング剤に関しては、熱可塑性系中の有機ポリマーおよびフィラー含有熱硬化性複合材料との組み合わせは、相互相溶性および絡み合いにおける長鎖アルキル基から主に構成され、そして無機フィラーと共通を形成する。 価格キー 上記の仮定はすべて、異なる理論的観点からカップリング剤のカップリングメカニズムを反映している。 実際のプロセスでは、それは多くの場合、いくつかのメカニズムが連携して機能していることが原因です。