硅烷偶联剂KH792化学名为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]

偶联剂是一种重要的、应用领域日渐广泛的处理剂．其分子结构的特点是分子中含有化学性不同的2个基团。1个是亲无机物的基团，易与无机物表面起化学反应；另1个是亲有机物的基团，能与合成树脂或其他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，如物理性能、电性能、热性能和光性能等。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，并且能减小天然橡胶用量，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、铬络合物及其他高级脂肪酸、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。硅烷偶联剂最早是由美国联合碳化合物公司(UCC)为发展玻璃纤维增强塑料中而开发的，自20世纪中期开发至今，品种相当繁多，仅已知结构的硅烷偶联剂就有百余种之多，成为近年来发展较快的一类有机硅产品。其应用领域主要是用于改善两种性质不同的材料之间的粘接性。使之在两界面之间形成硅烷弹性挢，从而提高制品的机械、电绝缘及抗老化等综合性能。随着高性能和高功能化复合材料的迅速发展，对硅烷偶联剂的性能及其使用技术也提出了新的更 高的要求。比如为使一种偶联剂能适应多种树脂，需要多功能硅烷；为排除填料本身性质 (酸性、碱性等) 对复合材料的影响，需要能够使填料表面钝化的硅烷等等。从而促使研究工作者不断开发多功能新 型硅烷偶联剂，并使从单一使用硅烷偶联剂向同时多种复合使用的方向发展。

硅烷偶联剂KH792，化学名为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，双氨基型官能团硅烷，外观为淡黄色透明液体，能溶于苯、乙醚中，与丙酮，四氯化碳，水反应 1.030，折光率nD25 1.448，闪点138℃。

【结构】^[3]

硅烷偶联剂的分子式一般可用RnSiX ，n<4自然数，通式来表示。其特点是分子中具有两种以上不同的反应基团，其中R基团是非水解的可与有机物反应的基团，如乙烯基、烯丙基、氢基、环氧基、琉基、丙烯酰氧丙基等。X 基团是可水解的基团，它是与无机材料反应不可缺少的基团，如甲氧基、乙氧基、酰氧基、芳氧基、叔丁过氧基、氯等，它们水解以后生成Si-OH基，而与无机材料如玻璃、白炭黑、金属等缩合。硅烷偶联剂KH792结构如下：

【偶联机理】^[2]

硅烷偶联剂包括硅烷偶联剂KH792在提高复合材料性能方面具有显著的效果。但迄今为止，还没有一种理论能解释所有的事实。常用的理论有化学键理论、表面浸润理论、变形层理论、拘束层理论等。其中前两种理论较为普遍。

1. 化学键理论

在硅烷偶联剂的偶联机理中，化学键理论是最主要的理论。该理论认为，硅烷偶联剂含有反应性基团，它的一端能与无机材料表面的羟基或金属表面的氧化物生成共价键或形成氢键，另一端与有机材料形成氢键或生成共价键；从而将无机材料和有机材料的界面有机地连接起来，提高复合材料的各项性能。此外有研究认为硅烷偶联剂在有机材料和无机材料之间的作用，除了化学键和氢键之外，还存在色散力。

2.表面浸润理论

硅烷偶联剂的表面能较低，润湿能力较高，能均匀地分布在被处理表面，从而提高异种材料间的相容性和分散性。硅烷偶联剂的作用在于改善了有机材料对增强材料的润湿能力。实际上，硅烷偶联剂在不同材料界面的偶联过程是一个复杂的液固表面物理化学过程。首先，硅烷偶联剂的粘度及表面张力低、润湿能力较高，对玻璃、陶瓷及金属表面的接触角很小，可在其表面迅速铺展开，使无机材料表面被硅烷偶联剂湿润；其次，一旦硅烷偶联剂在其表面铺展开，材料表面被浸润，硅烷偶联剂分子上的两种基团便分别向极性相近的表面扩散，由于大气中的材料表面总吸附着薄薄的水层，一端的烷氧基便水解生成硅羟基，取向于无机材料表面，同时与材料表面的羟基发生水解缩聚反应；有机基团则取向于有机材料表面，在交联固化中，二者发生化学反应，从而完成了异种材料间的偶联过程。

【选用原则】^[2]

在硅烷偶联剂分子包括硅烷偶联剂KH792中，既有亲有机材料的有机基团，又有亲无机材料的可水解基团。其中有机基团对制品的性能影响很大。只有当有机基团能与相应的有机材料反应时，才能提高复合材料的性能。当硅烷偶联剂中的有机基团为非反应性的烷基或芳基时，对极性有机材料不起作用；但可用于非极性材料中。在选择硅烷偶联剂作复合材料的助剂时。除需考虑硅烷偶联剂有机基团的反应性之外。还应考虑硅烷偶联剂与有机材料的相容性以及对胶料贮存稳定性的影响。有时，采用复合硅烷偶联剂或硅烷偶联剂与多种化合物的反应产物效果会更好。

【应用】^[2][4]

硅烷偶联剂KH792可用作聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、环氧树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂等聚合物体系复合材料的偶联剂。硅烷偶联剂KH792作为酚醛和环氧模塑料的添加剂可减少模塑复合材料对水的吸收。因此，硅烷偶联剂KH792可改善特别是低频下制品的湿态电气性能。高温下的强度也得到改善。硅烷偶联剂KH792用做硅烷基化聚氨酯聚合体时，运用SPURSM技术，该硅烷能显著提高对一系列塑胶的粘接力。加入单、双组分多硫密封剂，为多种基材提供了较好的黏接力，包括玻璃、铝和钢。硅烷偶联剂KH792一般用量为密封剂重量的 5%～10%。该产品分散性很好且可得到内聚脱裂而不是界面脱裂。适用于环氧树脂、酚醛树脂、聚酰胺、聚氨酯、尼龙、聚烯烃等。用硅烷偶联剂KH792处理玻璃纤维后，可改善其与树脂的润湿性，提高制品的物理机械性能、透明性及电性能等。也用作聚氨酯橡胶、丁苯橡胶、乙丙橡胶等的偶联剂，用于制造光敏抗蚀剂。

【合成】^[4]

方法1：以氨丙基三氯硅烷为原料，经甲醇解生成氯丙基三甲氧基硅烷，再经胺解生成产物N-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，即硅烷偶联剂KH792，反应方程式如下：

方法2：三氯氢硅与氯丙烯在氯铂酸催化下进行加成反应，再与乙二胺进行氨基化反应，然后经甲醇醇解得到产物硅烷偶联剂KH792。

方法3：采用氯丙基三氯硅烷为原料，经甲醇解生成氯丙基三甲氧基硅烷，再经胺解生成产物N-β-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷即硅烷偶联剂KH792。其中胺解采用汽液反应较为合适，胺解反应的优化条件是：原料硅烷与乙二胺的配比为1∶3.0；回流时间为3h。

【主要参考资料】

[1] 邬继荣; 陈利民; 许文东. 新型硅烷偶联剂研究进展. 化工生產與技術, 2009, 16.4: 48-50.

[2] 陈世容; 瞿晚星; 徐卡秋. 硅烷偶联剂的应用进展. 有机硅材料, 2003, 17.5: 28-31.

[3] 杨育珍； 何胜刚. 有机硅烷偶联剂及其应用. 化学工程师， 1994， 5： 40-42.

[4] 滕雅娣; 王克钦. N-β-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷的合成. 沈阳化工学院学报, 1994, 8.4: 277-282.