钛和锆酸盐的原因可能比硅烷在于更好的附着力促进剂的内在多功能化学有机金属钛和锆硅相比在nano-interface满足不同材料(图1)。

比较钛/锆酸与硅烷根据他们的功能

图1”比较钛/锆酸与硅烷根据他们的功能。

如果你看周期表根据原子序数,Si之间似乎有什么共同点,钛、锆(图2)。但如果你看看根据价元素周期表,由詹姆斯·富兰克林·海德,四价硅之间有许多共同之处、钛、锆(图2 b)。海德曾被称为“硅树脂之父”,推出了有机硅行业在1930年代。

比较的钛/锆酸与硅烷根据他们的原子序数

图2一个»比较的钛/锆酸与硅烷根据他们的原子序数。

比较钛/锆酸与硅烷根据他们的价

图2 b»比较钛/锆酸与硅烷根据他们的价。

所以,C,四价硅、钛、锆。谁在乎呢?赢创建立的现代艺术,使涂层和复合材料在成千上万的证明应用程序。我们更在乎下一代nanocoatings和复合材料达到他们的潜能。例如,为什么没有碳基纳米材料如碳纳米管和石墨烯交付他们的潜力?

石墨烯的问题也许是不公平的,因为硅烷不函数1“夫妇”碳接口——或碳酸盐,碳化物、硫酸盐、硫化物、硝酸盐、氮化物、木质素、有机物或其他nonhydroxyl-bearing材料如spiropyrans和spirooxazines用于所谓的聪明的涂料。

函数1“耦合”Ti和Si的区别

直到1991年去世,享年75岁,埃德温·p·Plueddemann博士被认为是世界上最重要的硅烷偶联剂的专家。1982年,埃德写了这本书,“硅烷偶联剂”,并表示,“表面显示很少或没有明显的硅烷偶联剂的反应包括碳酸钙、石墨和硼。”注意:没有列出有机基质。

1976年2月,我第一次遇到,他主持会议的接口SPI增强塑料/复合材料研究所Shoreham美国酒店在华盛顿特区我唯一nonsilane技术论文”理论和使用有机钛酸耦合剂。“当我结束,Ed对我说,“有趣的演示蒙特先生,但我的经验是,钛使可怜的耦合剂,因为它们缺乏水解稳定性。“当然,他指的是第一代四烷基钛TIPT等TiO沉淀2在与水接触。但是,Kenrich讨论新一代的1.5纳米monoalkoxy,螯合,协调和neoalkoxy杂原子有机金属化合物刚刚开始出现的巴约讷,新泽西,实验室。1985年2月,我们有我们的第一个226页的“Ken-React的印刷®参考手册”,中华民国蒙特增至340页第三印刷于1993年,和80000年pre-electronic-era副本分布。

1985年参考手册开始声称,“耦合剂分子桥在两个基板之间的接口,通常但不限于一个无机填充剂和有机聚合物基质。Titanium-derived耦合剂是独一无二的,他们的反应与自由质子无机界面导致的形成有机无机表面单分子层。没有多分子的层界面,加上钛的化学结构,创造新颖的衬底表面能修改和聚合物相交互,常常导致粘度降低空,以及填充聚合物复合材料。通常,titanate-treated无机物疏水(见图1),亲有机物质的和organofunctional。纳入聚合物系统时他们经常促进粘附;催化(见图2);改善色散和流变学;提高强度;创建脆化(没有看见吗图3);提高机械性能;使无机载荷50%以上的(见图4);防止相分离;抑制腐蚀(见图5);等反应性等不同基质CaCO是可能的3,贝索4、炭黑、偶氮二甲酰胺,硝酸盐,水合物,纤维素制品,phthalo湖颜料,过氧化物,芳纶和碳纤维,有机物和聚合物,以及古典矿物和金属oxide-derived无机物。”(编者注:图1到图5在上面的报价中没有复制在这里。)

空间限制为每提供一个参考reactable接口声明上面,图3是来自我31日专利EP 2 614 040 B1在欧盟4月12日,2017年,增加了钛酸水和分散,其次是花了钻井泥浆(贝索4饱和烃油),然后波特兰水泥混做一个有用的成分。ASTM C150-Type我波特兰水泥由以下nonsilane活性界面:

  • 55.0% (C3硫化-环丙烷
  • 19.0% (C2S) -二硫化碳
  • 10.0% (C3)- - -铝酸三钙
  • 7.0% (C4房颤)-铝钙氧化物
  • 2.8%(分别)——氧化镁
  • 2.9%(所以3)——三氧化硫
  • (曹)-氧化钙1.0%
使用钛酸原位compatibilize油、水、BaSO4和I型硅酸盐水泥。版权Kenrich石化有限公司

图3»使用钛酸原位compatibilize油、水、BaSO4和I型硅酸盐水泥。版权Kenrich石化有限公司

玻璃纤维界面- Si和锆

实际商业使用耦合剂1953年开始使用silane-sized玻璃纤维不饱和聚酯Corvette汽车部件。让我们重温玻璃纤维硅烷被证明表演者和讨论函数1玻璃界面耦合。玻璃纤维羟基已高达16%。硅烷偶联程度依赖的百分比(哦)组,虽然neoalkoxy钛和锆酸盐与更丰富的表面反应质子(H) +,它提供了更大程度的联系,从而提供一个性能优势在长期老化维护原始功能性质的界面相比获得恶化数据使用硅烷等测试240小时10%盐水煮高级复合材料协议测试中使用。1表1显示了氨基硅烷保持65%,年龄岁氨基锆酸盐93%的原始属性。年老的氨基硅烷2.6更好的和年老的锆酸氨基6.1 x比长纤维抗拉强度的控制。

评估各种耦合剂在玻璃纤维增强环氧树脂复合材料(原始/年龄属性)。

表1”评估各种耦合剂在玻璃纤维增强环氧树脂复合材料(原始/年龄属性)。

玻璃纤维硅烷分级(e玻璃)销售。这些各个复杂商业秘密耦合agent-containing涂料用于玻璃和碳纤维增援(图4)。

左边的控制显示了e玻璃(硅烷大小)通过anhydride-cured环氧玻璃纤维绕组投影墙,而Ken-React®新西兰®97 -包含样本在右边,拥有相同的类型和程度的玻璃纤维加固,显示没有明显的玻璃纤维由于几乎完整的界面粘附的环氧玻璃纤维。版权Kenrich石化有限公司

图4»左边的控制显示了e玻璃(硅烷大小)通过anhydride-cured环氧玻璃纤维绕组投影墙,而Ken-React®新西兰®97 -包含样本在右边,拥有相同的类型和程度的玻璃纤维加固,显示没有明显的玻璃纤维由于几乎完整的界面粘附的环氧玻璃纤维。版权Kenrich石化有限公司

r·克劳斯等人说,2“ETFE矩阵是乙烯的共聚物(38.5%)和四氟乙烯(61.5%)较低分数(0.4%)的perfluoropropylvinylether (PPVE)由赫斯特。

玻璃纤维玻璃纤维(E)和平均直径10µm和平均长度L = 60µm。纤维的一个分数与偶联剂治疗新西兰44(新戊基(己二烯)oxytri (N-ethylenediamino) ethylzirconate)改善fiber-matrix接口。标本是由融化的混合矩阵和10%的纤维的重量分数的压力下(p = 25条)在295°C的温度,其次是RT冷却(冷却率K ~ 3分钟1)。

fiber-matrix接口上的偶联剂的影响,研究了通过打破低温复合材料(T = -190°C,液氮)并通过扫描电镜分析断裂表面。电子显微图(图5和6)显示,在没有偶联剂,制成的复合纤维矩阵从纤维中移除。在纤维制成的复合偶联剂处理新西兰44岁的大部分纤维聚合物覆盖矩阵。这表明fiber-matrix界面偶联剂改善。

与纤维ETFE (e玻璃)偶联剂处理

图5»与纤维ETFE (e玻璃)偶联剂处理。

与纤维处理ETFE新西兰44

图6»与纤维处理ETFE新西兰44。

函数二催化

钛和zirconium-based有机金属化合物催化剂,而硅烷催化剂。钛或锆催化功能工作空缺聚合物3和改变聚合物的形态的nano-interface填充聚合物,导致聚合物抗拉强度略高(F / a)和更高的伸长(e / l),生产更强硬(定义为块应力与应变下的面积)聚合物,导致较高的涂料反向冲击强度和更大的芯棒的灵活性。

图7显示了使用钛酸neoalkoxy:锆酸1:2皮疹混合(QB®012)有一个函数3 nanohetero-atom pyrophosphato集团提高了芯棒一个空缺世行丙烯酸(Joncryl的灵活性®RC 537)涂层从1英寸¼英寸弯曲,提高耐蚀性。意识到胺用于分成四份,否则水不溶性钛/锆混合可能造成一定程度的亲水性,这是决定cosolvate整洁neoalkoxy焦磷酸锆酸盐(新西兰®与Texanol 38)®在文士,导致提高防腐性能。

1英寸¼英寸芯棒的灵活性和防腐使用neoalkoxy pyrophosphato锆酸盐在一个空WB丙烯酸。版权Kenrich石化有限公司

图7»1英寸¼英寸芯棒的灵活性和防腐使用neoalkoxy pyrophosphato锆酸盐在一个空WB丙烯酸。版权Kenrich石化有限公司

1.5纳米钛/锆纳米技术

有时“纳米”的意义丢失数值定义,如“一纳米等于1 e-09米”或“一米的1000000000”。在有机碳的条件,一个纳米的长度是10个碳原子。大多数主题杂原子钛和锆酸作者发明的长度约15个碳——因此,1.5纳米。我喜欢用更直观的描述长度的纳米说,“看看你的缩略图。它生长在1秒的长度是一个纳米。”

这个缩略图可视化应该注册在你的思想,你不能看到的增长或运动1纳米。当事情在纳米尺度,如病毒(30 - 50海里),DNA(2.5海里)、问(~ 1 nm直径)这个小,你看不到你的眼睛。光学显微镜和分析SPM(扫描探针显微镜)方法如STM(扫描隧道显微镜)和AFM(原子力显微镜)。AFM技术包括接触AFM、无触点AFM、动态联系AFM,利用AFM和AFM-IR。第一个商用原子力显微镜是在1989年被引进的。AFM的最重要的工具之一是成像,测量和操纵物质在纳米尺度上。

第一个商用仪器扫描电镜照片是由剑桥科学仪器公司为1965年的“立体扫描”。常规扫描电镜下需要成像样品真空。流程涉及相变,如干燥粘合剂或融化的合金,液体运输、化学反应和solid-air-gas系统一般不能观察到的。事实上,SEM可以只显示效果,而不是实际的“偶联剂”本身。所以(repetitio est板牙studiorum),我们必须重新思考“完全耦合”如果我们要实现最优性能的材料用于复合材料和涂料。

总结

钛和锆酸盐比硅烷可能更好的附着力促进剂,因为他们的六个功能化学是不同的:

  • 没有羟基(OH)组或H2需要与硅烷。
  • 不需要pH敏感性−特殊预处理条件,直接添加到有机或水阶段。
  • 质子(氢离子)活性有机/无机基质的类型。
  • 直接添加到混合原位耦合和聚合物催化repolymerization和共聚增容不同的聚合物。4
  • 表格1.5纳米原子层完整的附着力。
  • 抵抗衰老和提供nanophosphorus nano-interface防腐。

引用

1Int, SAMPE科技。相依(1988),20(板牙。流程:拦截点),423 - 37代码数字系统:ISTCEF;ISSN: 0892 - 2624:增强粘结纤维增强热固性树脂,通用动力公司/ Kenrich石化有限公司

2克劳斯,r;答:付款人;Wilke, w .声发射分析和小角X -射线散射在微裂隙变形的膜复合材料。材料科学杂志》28(1993)4047 - 4052年,Abteilung Experimentelle物理学,Universitit乌尔姆阿尔伯特- Einstein-Allee 11, 7900乌尔姆,德国。

34657988年美国专利,Repolymerization。

4PIA全球塑料峰会2015年,芝加哥,2015:10月28日,新钛混合金属催化剂Multi-Polymer Compatibilization和消费后回收(PCR),中华民国蒙特。

欲了解更多信息,请访问www.4kenrich.com。

其他阅读材料

1。http://www.gelest.com/wp-content/uploads/Goods-PDF-brochures-couplingagents.pdf

2。http://www.compositesworld.com/articles/sizing-up-fiber-sizings

3所示。http://www.compositesworld.com/articles/advances-in-sizings-and-surface-treatments-for-carbon-fibers