1760-24-3/硅烷偶聯劑KH792化學名為N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺或N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷

【背景及概述】^[1][2]

偶聯劑是一種重要的、應用領域日漸廣泛的處理劑．其分子結構的最大特點是分子中含有化學性不同的2個基團。1個是親無機物的基團，易與無機物表面起化學反應；另1個是親有機物的基團，能與合成樹脂或其他聚合物發生化學反應或生成氫鍵溶于其中。因此偶聯劑被稱作分子橋，用以改善無機物與有機物之間的界面作用，如物理性能、電性能、熱性能和光性能等。偶聯劑用于橡膠工業中，可提高輪胎、膠板、膠管、膠鞋等產品的耐磨性和耐老化性能，并且能減小天然橡膠用量，從而降低成本。偶聯劑的種類繁多，主要有硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑、雙金屬偶聯劑、磷酸酯偶聯劑、硼酸酯偶聯劑、鉻絡合物及其他高級脂肪酸、醇、酯的偶聯劑等，目前應用范圍最廣的是硅烷偶聯劑和鈦酸酯偶聯劑。硅烷偶聯劑最早是由美國聯合碳化合物公司(UCC)為發展玻璃纖維增強塑料中而開發的，自20世紀中期開發至今，品種相當繁多，僅已知結構的硅烷偶聯劑就有百余種之多，成為近年來發展較快的一類有機硅產品。其最大應用領域主要是用于改善兩種性質不同的材料之間的粘接性。使之在兩界面之間形成硅烷彈性撟，從而提高制品的機械、電絕緣及抗老化等綜合性能。隨著高性能和高功能化復合材料的迅速發展，對硅烷偶聯劑的性能及其使用技術也提出了新的更 高的要求。比如為使一種偶聯劑能適應多種樹脂，需要多功能硅烷；為排除填料本身性質 (酸性、堿性等) 對復合材料的影響，需要能夠使填料表面鈍化的硅烷等等。從而促使研究工作者不斷開發多功能新 型硅烷偶聯劑，并使從單一使用硅烷偶聯劑向同時多種復合使用的方向發展。

硅烷偶聯劑KH792，化學名為N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺或N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，雙氨基型官能團硅烷，外觀為淡黃色透明液體，能溶于苯、乙醚中，與丙酮，四氯化碳，水反應 1.030，折光率nD25 1.448，閃點138℃。

【結構】^[3]

硅烷偶聯劑的分子式一般可用RnSiX ，n<4自然數，通式來表示。其特點是分子中具有兩種以上不同的反應基團，其中R基團是非水解的可與有機物反應的基團，如乙烯基、烯丙基、氫基、環氧基、琉基、丙烯酰氧丙基等。X 基團是可水解的基團，它是與無機材料反應不可缺少的基團，如甲氧基、乙氧基、酰氧基、芳氧基、叔丁過氧基、氯等，它們水解以后生成Si-OH基，而與無機材料如玻璃、白炭黑、金屬等縮合。硅烷偶聯劑KH792結構如下：

【偶聯機理】^[2]

硅烷偶聯劑包括硅烷偶聯劑KH792在提高復合材料性能方面具有顯著的效果。但迄今為止，還沒有一種理論能解釋所有的事實。常用的理論有化學鍵理論、表面浸潤理論、變形層理論、拘束層理論等。其中前兩種理論較為普遍。

1. 化學鍵理論

在硅烷偶聯劑的偶聯機理中，化學鍵理論是最主要的理論。該理論認為，硅烷偶聯劑含有反應性基團，它的一端能與無機材料表面的羥基或金屬表面的氧化物生成共價鍵或形成氫鍵，另一端與有機材料形成氫鍵或生成共價鍵；從而將無機材料和有機材料的界面有機地連接起來，提高復合材料的各項性能。此外有研究認為硅烷偶聯劑在有機材料和無機材料之間的作用，除了化學鍵和氫鍵之外，還存在色散力。

2.表面浸潤理論

硅烷偶聯劑的表面能較低，潤濕能力較高，能均勻地分布在被處理表面，從而提高異種材料間的相容性和分散性。硅烷偶聯劑的作用在于改善了有機材料對增強材料的潤濕能力。實際上，硅烷偶聯劑在不同材料界面的偶聯過程是一個復雜的液固表面物理化學過程。首先，硅烷偶聯劑的粘度及表面張力低、潤濕能力較高，對玻璃、陶瓷及金屬表面的接觸角很小，可在其表面迅速鋪展開，使無機材料表面被硅烷偶聯劑濕潤；其次，一旦硅烷偶聯劑在其表面鋪展開，材料表面被浸潤，硅烷偶聯劑分子上的兩種基團便分別向極性相近的表面擴散，由于大氣中的材料表面總吸附著薄薄的水層，一端的烷氧基便水解生成硅羥基，取向于無機材料表面，同時與材料表面的羥基發生水解縮聚反應；有機基團則取向于有機材料表面，在交聯固化中，二者發生化學反應，從而完成了異種材料間的偶聯過程。

【選用原則】^[2]

在硅烷偶聯劑分子包括硅烷偶聯劑KH792中，既有親有機材料的有機基團，又有親無機材料的可水解基團。其中有機基團對制品的性能影響很大。只有當有機基團能與相應的有機材料反應時，才能提高復合材料的性能。當硅烷偶聯劑中的有機基團為非反應性的烷基或芳基時，對極性有機材料不起作用；但可用于非極性材料中。在選擇硅烷偶聯劑作復合材料的助劑時。除需考慮硅烷偶聯劑有機基團的反應性之外。還應考慮硅烷偶聯劑與有機材料的相容性以及對膠料貯存穩定性的影響。有時，采用復合硅烷偶聯劑或硅烷偶聯劑與多種化合物的反應產物效果會更好。

【應用】^[2][4]

硅烷偶聯劑KH792可用作聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、環氧樹脂、酚醛樹脂、三聚氰胺樹脂等聚合物體系復合材料的偶聯劑。硅烷偶聯劑KH792作為酚醛和環氧模塑料的添加劑可減少模塑復合材料對水的吸收。因此，硅烷偶聯劑KH792可改善特別是低頻下制品的濕態電氣性能。高溫下的強度也得到改善。硅烷偶聯劑KH792用做硅烷基化聚氨酯聚合體時，運用SPURSM技術，該硅烷能顯著提高對一系列塑膠的粘接力。加入單、雙組分多硫密封劑，為多種基材提供了較好的黏接力，包括玻璃、鋁和鋼。硅烷偶聯劑KH792一般用量為密封劑重量的 5%～10%。該產品分散性很好且可得到內聚脫裂而不是界面脫裂。適用于環氧樹脂、酚醛樹脂、聚酰胺、聚氨酯、尼龍、聚烯烴等。用硅烷偶聯劑KH792處理玻璃纖維后，可改善其與樹脂的潤濕性，提高制品的物理機械性能、透明性及電性能等。也用作聚氨酯橡膠、丁苯橡膠、乙丙橡膠等的偶聯劑，用于制造光敏抗蝕劑。

【合成】^[4]

方法1：以氨丙基三氯硅烷為原料，經甲醇解生成氯丙基三甲氧基硅烷，再經胺解生成產物N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，即硅烷偶聯劑KH792，反應方程式如下：

方法2：三氯氫硅與氯丙烯在氯鉑酸催化下進行加成反應，再與乙二胺進行氨基化反應，然后經甲醇醇解得到產物硅烷偶聯劑KH792。

方法3：采用氯丙基三氯硅烷為原料，經甲醇解生成氯丙基三甲氧基硅烷，再經胺解生成產物N-β-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷即硅烷偶聯劑KH792。其中胺解采用汽液反應較為合適，胺解反應的優化條件是：原料硅烷與乙二胺的配比為1∶3.0；回流時間為3h。

【主要參考資料】

[1] 鄔繼榮; 陳利民; 許文東. 新型硅烷偶聯劑研究進展.化工生產與技術, 2009, 16.4: 48-50.

[2] 陳世容; 瞿晚星; 徐卡秋. 硅烷偶聯劑的應用進展.有機硅材料, 2003, 17.5: 28-31.

[3] 楊育珍； 何勝剛. 有機硅烷偶聯劑及其應用.化學工程師， 1994， 5： 40-42.

[4] 滕雅娣; 王克欽. N-β-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷的合成.沈陽化工學院學報, 1994, 8.4: 277-282.