为了提高水解稳定性和降低改性成本，可以在硅烷偶联剂中加入三烷基硅烷。对于非粘性材料，也可以常用硅烷偶联剂交联的聚合物。硅烷偶联剂作为增粘剂时，主要与聚合物形成化学键和氢键。和润湿表面能效应；提高聚合物结晶度、酸碱反应和互穿聚合物网络的形成。

一、选择硅烷偶联剂的一般原则

众所周知，硅烷偶联剂的水解速率取硅能量基团Si-X，而与有机聚合物的反应性取碳官能团C-Y，因此，针对不同的基材或处理对象选择合适的硅烷偶联剂非常重要。选择方法主要是通过实验预选，应在已有经验或规则的基础上进行。例如，一般来说，含有CH2=CMeCOO，Vi和CH2-CHOCH2O-的硅烷偶联剂常用于不饱和聚酯。环氧树脂大多选自含CH2-CHCH2O和H2N-硅烷的偶联剂；酚醛树脂大多使用含H2N-和H2NCONH-的硅烷偶联剂；选择聚烯烃乙烯基硅烷；用硫磺硫化的橡胶多为烃基硅烷等。异种材料之间的结合程度受润湿、表面能、界面层和极性吸附、酸碱相互作用、互穿网络和共价键反应等一系列因素的影响。因此，仅靠试验预选是不够准确的，需要综合考虑材料的组成及其对硅烷偶联剂反应的敏感性。

为了提高水解稳定性和降低改性成本，可以在硅烷偶联剂中加入三烷基硅烷。对于非粘性材料，也可以常用硅烷偶联剂交联的聚合物。硅烷偶联剂作为增粘剂时，主要与聚合物形成化学键和氢键。和润湿表面能效应；提高聚合物结晶度、酸碱反应和互穿聚合物网络的形成。粘附主要围绕三个系统:(1)无机材料对有机材料；(2)无机材料对无机材料；(3)有机材料对有机材料。对于第一种键合，通常要求将无机材料键合到聚合物上，因此需要优先考虑硅烷偶联剂中Y与聚合物中所含官能团的反应性；后两者属于同类型材料之间的粘接，所以硅烷偶联剂本身的抗亲水性聚合物和无机材料需要增粘时选择的硅烷偶联剂。

二、使用方法

如上所述，硅烷偶联剂的主要应用领域之一是用于处理有机聚合物的无机填料。后者经硅烷偶联剂处理后，其亲水表面可转化为有机友好表面，既可避免体系中粒子聚集和聚合物快速增稠，又可提高有机聚合物对增强填料的润湿性，增强填料可通过碳功能化硅烷与聚合物牢固结合。但硅烷偶联剂的使用效果还与硅烷偶联剂的种类和用量、基材的特性、树脂或聚合物的性质、应用场合、方法和条件有关。本节重点介绍硅烷偶联剂的两种使用方法，即表面处理法和整体共混法。第一种方法是用硅烷偶联剂的稀溶液处理基底表面；之后将硅烷偶联剂的原液或溶液直接加入到聚合物和填料制成的混合物中，因此特别适用于需要搅拌混合的物料体系。

1.硅烷偶联剂用量的计算

基底(基材)每单位比表面积的反应位点的数量和被硅烷偶联剂覆盖的表面厚度是决定基底表面硅烷化所需偶联剂用量的关键因素。为了获得单层覆盖，应首先测量基体的Si-OH含量。已知大多数硅质基质的Si-OH含量为4-12/μ；㎡，所以均匀分布时，1mol的硅烷偶联剂可以覆盖约7500m2的基体。具有许多可水解基团的硅烷偶联剂，由于其自身的缩合反应，会在一定程度上影响计算的准确性。如果用Y3SiX处理基底，单层覆盖率与计算值一致。但Y3SiX价格高，抗水解能力差，没有实用价值。

此外，衬底表面的Si-OH数也随加热条件而变化。例如，在正常条件下，Si-OH值为5.3/μ；㎡硅质基体经400℃或800℃加热后，Si-OH值可降至2.6/μ；㎡或< 1/& mu；相反，用湿热的盐酸处理衬底可以获得高的Si-OH含量。用碱性洗涤剂处理基底表面可以形成硅烷醇阴离子。硅烷偶联剂的润湿面积(WS)是指1g硅烷偶联剂溶液能覆盖基材的面积(㎡/g)。如果与含硅基体的表面积值(㎡/g)有关，就可以计算出单层覆盖所需的硅烷偶联剂用量。以填料的处理为例，在填料表面形成单层覆盖所需的硅烷偶联剂W(g)与表面积S(㎡/g)及其质量成正比，而与可润湿面积WS(㎡/g)成反比，见表1。据此，硅烷偶联剂用量的计算公式如下:硅烷用量(g)=表面(s)一些常见填料的数值如表1所示。

表1常见填料的比表面积

另外，用硅烷偶联剂处理填料时，需要确定填料的含水量是否能满足硅烷偶联剂水解反应的需要。表2列出了一些硅烷偶联剂水解反应所需的最小水量。

表2硅烷水解反应所需的最小水量

如果不知道填料的比表面积，可以先用1%(质量分数)浓度的硅烷偶联剂溶液处理填料，同时改变浓度进行比较，确定合适的浓度。

表3常用硅烷偶联剂

4环硅烷偶联剂溶液的稳定性

2.表面处理方法

在这种方法中，无机和聚合物界面通过硅烷偶联剂连接在一起，以获得最佳的润湿值和分散性。在表面处理方法中，硅烷偶联剂应酸化成稀溶液，以便与待处理表面充分接触。所用溶剂多为水、醇或水和醇的混合物，优选不含氟离子的水、廉价无毒的乙醇和异丙醇。在由除氨基烷基硅烷之外的其它硅烷制备的溶液中，使用乙酸作为水解催化剂，并将pH值调节至3.5-5.5。长链烷基和苯基硅烷不适合水溶液，因为它们稳定性差。氯硅烷和乙酰氧基硅烷在水解过程中会发生严重的缩合反应，不宜制成水溶液或水-醇溶液。对于水溶性差的硅烷偶联剂，可先加入0.1%-0.2%(质量分数)的非离子表面活性剂，再加水加工成水乳液备用。

为了提高产品水解稳定性的经济效益，硅烷偶联剂中还可以加入一定比例的非碳官能硅烷。处理难粘材料时，可使用混合硅烷偶联剂或碳官能硅氧烷。处理液配制好之后，可以通过浸涂、喷涂或刷涂的方式进行处理。一般来说，块状材料、颗粒状材料、玻璃纤维多采用浸渍处理；粉末多采用喷涂处理；如果基材表面需要整体涂装，则采用刷涂。下面是一些具体的处理方法。

(1)用硅烷偶联剂进行醇-水溶液处理

这种方法简单方便。首先将95%的乙醇和5%的H2O配成醇水溶液，加入AcOH使pH为4.5-5.5。在搅拌下，加入硅偶联剂使浓度达到2%，水解5min，生成含Si-OH的水解产物。用于处理玻璃板时，可在轻微搅拌下浸泡1-2分钟，取出后用乙醇冲洗两次。干燥后，可将其移入110℃的烘箱中5-10分钟，或在室温和相对湿度下干燥

(2)用硅烷偶联剂的水溶液处理

这种方法在工业上多用于处理玻璃纤维。具体地，该方法包括将烷氧基硅烷偶联剂溶解在水中，并配制成0.5%-2.0%的溶液。对于溶解性差的硅烷，可以预先在水中加入0.1%的非离子表面活性剂，然后加入AcOH调节pH值至5.5，制成水乳剂。然后，通过喷涂或浸渍处理玻璃纤维。取出后在110-120℃下熟化；c反应20-30分钟，得到产品。因为硅烷偶联剂水溶液的稳定性差别很大，如简单的烷基烷氧基硅烷水溶液只能稳定几个小时，而氨基硅烷水溶液可以稳定几个星期。因为长链烷基和芳基硅烷的水溶液只能稳定几个小时，氨基烃硅的水溶液可以稳定几个星期。由于长链烷基和亚硅烷基的低溶解度参数，这种方法不能使用。配制硅烷水溶液时，不需要去离子水，但不能使用含氟离子的水。

(3)用硅烷偶联剂和有机溶剂配制的溶液处理

用硅烷偶联剂溶液处理基材时，一般采用喷涂法。在处理之前，有必要了解硅烷的用量和填料的含水量。首先将偶联剂配制成25%的乙醇溶液，然后将填料放入高速混合机中，在搅拌下泵入细雾状的硅烷偶联剂溶液，硅烷偶联剂的用量约为填料质量的0.2%-1.5%，20min后即可完成加工，然后采用动态干燥法对填料进行干燥。除醇类外，酮类、酯类和烃类也可作为溶剂，其浓度为1%-5%(质量分数)。为了水解或部分水解硅烷偶联剂，需要在溶剂中加入少量的水，甚至可以加入少量的HOAc作为水解催化剂。然后在搅拌下将待处理材料加入到溶液中，过滤，在80-120℃下干燥固化几分钟，得到产品。粉末填料采用喷雾法处理，也可采用硅烷偶联剂原液或其水解液。处理金属、玻璃、陶瓷时，宜使用浓度为0.5%-2.0%(质量分数)的硅烷偶联剂乙醇溶液，采用浸涂、喷涂、刷涂等方式处理。根据基材的形状和性质，可立即干燥固化或在80-180℃保温1-5min，以达到干燥固化的目的。

(4)用硅烷偶联剂水解物处理

也就是说，通过受控水解将硅烷制备成水解产物，以用作表面处理剂。这种方法可以获得比纯硅烷溶液更好的处理效果。它可以被干燥和固化而无需进一步水解。

3.整体混合法

整个共混方法是在加入填料之前，先将硅烷偶联剂的原液混入树脂或聚合物中。因此，要求树脂或聚合物不应过早与硅烷偶联剂反应，以免降低其增粘效果。另外，在固化之前，硅烷偶联剂必须从聚合物中迁移到填料表面，然后完成水解缩合反应。因此，可以加入金属羧酸盐作为催化剂来加速水解和缩合反应。这种方法对于需要用硅烷偶联剂进行表面处理的填料，或者对于成型前需要将树脂和填料混合搅拌均匀的体系特别方便有效，同时也可以克服填料表面处理方法的一些缺点。

有人用各种树脂来比较共混法和表面处理法的优缺点。认为在大多数情况下，共混法的效果不如表面处理法。共混法的作用过程是硅烷偶联剂从树脂中迁移到纤维或填料表面，然后作用于填料表面。因此，在树脂中加入硅烷偶联剂后，必须放置一段时间，完成迁移过程，然后固化，才能获得更好的效果。从理论上推测，硅烷偶联剂分子迁移到填料表面的机理只相当于填料表面形成单层的量，所以硅烷偶联剂的用量只需要树脂质量的0.5%-1.0%。还需要指出的是，在复合材料的配方中，使用表面相容性好、摩尔质量低的添加剂时，要特别注意加料顺序，即先加入硅烷偶联剂，再加入添加剂，这样可以获得更好的效果。