偶聯劑是一種在無機材料和高分子材料的復合體系中能通過物理和/或化學作用把二者結合,亦或能通過物理和/或化學反應, 使二者的親和性得到改善, 從而提高復合材料綜合性能的一種物質。下面就為大家介紹一種研究最早，應用最早的偶聯劑——硅烷偶聯劑。

硅烷偶聯劑是由美國聯合碳化物公司開發的一種化學劑，主要用于玻璃纖維增強塑料。硅烷偶聯劑的分子結構式一般為Y-R-Si(OR)3(式中Y一有機官能基,SiOR一硅烷氧基)。硅烷氧基對無機物具有反應性，有機官能基對有機物具有反應性或相容性。因此,當硅烷偶聯劑介于無機和有機界面之間，可形成有機基體-硅烷偶聯劑-無機基體的結合層。典型的硅烷偶聯劑有A151(乙烯基三乙氧基硅烷)、A171(乙烯基三甲氧基硅烷).A172(乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷)，KH-550等。

表面處理

能改善玻璃纖維和樹脂的粘合性能，大大提高玻璃纖維增強復合材料的強度、電氣、抗水、抗氣候等性能，即使在濕態時，它對提高復合材料的力學性能有十分顯著的作用。在玻璃纖維中使用硅烷偶聯劑已相當普遍，用于這一方面的硅烷偶聯劑約占其消耗總量的50%，其中用得較多的品種是乙烯基硅烷、氨基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷等。

填充塑料

可預先對填料進行表面處理，也可直接加入樹脂中。能改善填料在樹脂中的分散性及粘合力，改善無機填料與樹脂之間的相容性，改善工藝性能和提高填充塑料（包括橡膠）的力學、電學和耐氣候等性能。

用作密封劑、粘接劑和涂料的增粘劑

能提高它們的粘接強度、耐水、耐氣候等性能。硅烷偶聯劑可以解決某些材料長期以來無法粘接的難題。硅烷偶聯劑作為增粘劑的作用原理在于它本身有兩種基團；一種基團可以和被粘的骨架材料結合；而另一種基團則可以與高分子材料或粘接劑結合，從而在粘接界面形成強力較高的化學鍵，大大改善了粘接強度。硅烷偶聯劑的應用一般有三種方法：一是作為骨架材料的表面處理劑；二是加入到粘接劑中，三是直接加入到高分子材料中。從充分發揮其效能和降低成本的角度出發，前兩種方法較好。

硅烷偶聯劑在膠粘劑工業的具體應用有如下幾個方面：

①在結構膠粘劑中金屬與非金屬的膠接，若使用硅烷類增粘劑，就能與金屬氧化物縮合，或跟另一個硅烷醇縮合，從而使硅原子與被膠物表面緊緊接觸。如在丁腈酚醛結構膠中加入硅烷作增粘劑，可以顯著提高膠接強度。 

②在膠接玻璃纖維方面國內外已普遍采用硅烷偶聯劑作處理劑。它能與界面發生化學反應，從而提高膠接強度。例如，氯丁膠膠接若不用硅烷偶聯劑作處理劑時，膠接剝離強度為1.07 kg/cm2，若用氨基硅烷作處理劑，則膠接的剝離強度為8.7 kg/cm2。 

③在橡膠與其它材料的膠接方面，硅烷增粘劑具有特殊的功用。它明顯地提高各種橡膠與其它材料的膠接強度。例如，玻璃與聚氨酯橡膠膠接時，若不用硅烷偶聯劑作處理劑，膠的剝離強度為0.224 kg/cm2，若加硅烷偶聯劑時，剝離強度則為7.26 kg/cm2。 

④本來無法用一般粘接劑解決的粘接問題有時可用硅烷偶聯劑解決。如鋁和聚乙烯、硅橡膠與金屬、硅橡膠與有機玻璃，都可根據化學鍵理論，選擇相應的硅烷偶聯劑，得到滿意的解決。例如，用乙烯基三過氧化叔丁基硅烷（Y一4310）可使聚乙烯與鋁箔相粘合；用丁二烯基三乙氧基硅烷可使硅橡膠與金屬的剝離強度達到21.6～22.4 kg/cm2。一般的粘接劑或樹脂配合使用偶聯劑后不僅能提高粘合強度，更主要的是增加粘合力的耐水性及耐久性。如聚氨基甲酸酯和環氧樹脂對許多材料雖然具有高的粘合力，但粘合的耐久性及耐水性不太理想；加入硅烷偶聯劑后，這方面的性能可得到顯著的改善。 

⑤在電解銅箔生產過程中可用作有機化處理。即在銅箔表面均勻噴涂硅烷偶聯劑而形成有機膜，進一步提升防氧化能力和耐焊性，還有助于提高銅箔與基材的結合力。 

硅烷偶聯劑的其它方面應用還包括：

①使固定化酶附著到玻璃基材表面;②油井鉆探中防砂;③使磚石表面具有憎水性;④通過防吸濕作用，使熒光燈涂層具有較高的表面電阻；

⑤提高液體色譜柱中有機相對玻璃表面的吸濕性能。

在硅烷偶聯劑的兩類性能互異的基團中，以 Y基團最重要，它直接決定硅烷偶聯劑的應用效果。只有當 Y 基團能和對應的基體樹脂起反應時，才能提高有機膠粘劑的粘接強度。一般要求 Y 基團能與樹脂相容并能起偶聯反應，所以對于不同的樹脂，必須選擇含適當Y基團的硅烷偶聯劑。

當Y為無反應性的烷基或芳基時，對極性樹脂是不起作用的，但可用于非極性樹脂，如硅橡膠、聚苯乙烯等的粘接中。當Y含反應性官能基，要注意它與所用樹脂的反應性及相容性。當Y含氨基時，是屬于催化性的，能在酚醛、脲醛、三聚氰胺甲醛的聚合中作催化劑，也可作為環氧和聚氨酯樹脂的固化劑，這時偶聯劑完全參與反應，形成新鍵。氨基硅烷類的偶聯劑是屬于通用型的,幾乎能與各種樹脂起偶聯作用，但聚酯樹脂例外。x 基團的種類對偶聯效果沒有影響。因此，根據Y基團中反應基的種類，硅烷偶聯劑也分別稱為乙烯基硅烷、氨基硅烷、環氧基硅烷、巰基硅烷和甲基丙烯酰氧基硅烷等，這幾種有機官能團硅烷是最常用的硅烷偶聯劑。

表面預處理法

將硅烷偶聯劑配成 0.5%～1%濃度的稀溶液，使用時只需在清潔的被粘表面涂上薄薄的一層，干燥后即可上膠。所用溶劑多為水、醇（甲氧基硅烷選擇甲醇，乙氧基硅烷選擇乙醇）、或水醇混合物，并以不含氟離子的水及價廉無毒的乙醇、異丙醇為宜。除氨烴基硅烷外，由其它硅烷偶聯劑配制的溶液均需加入乙酸作水解催化劑，并將pH值調至3.5～5.5。長鏈烷基及苯基硅烷由于穩定性較差，不宜配成水溶液使用。氯硅烷及乙氧基硅烷水解過程中伴隨有嚴重的縮合反應，也不宜配成水溶液或水醇溶液使用，而多配成醇溶液使用。水溶性較差的硅烷偶聯劑，可先加入 質量分數為0.1%～0.2%的非離子型表面活性劑，然后再加水加工成水乳液使用。

遷移法

將硅烷偶聯劑直接加入到膠粘劑組分中，一般加入量為基體樹脂量的 1%～5%。涂膠后依靠分子的擴散作用，偶聯劑分子遷移到粘接界面處產生偶聯作用。對于需要固化的膠粘劑，涂膠后需放置一段時間再進行固化，以使偶聯劑完成遷移過程，方能獲得較好的效果。

實際使用時，偶聯劑常常在表面形成一個沉積層，但真正起作用的只是單分子層，因此，偶聯劑用量不必過多。

硅烷偶聯劑的使用方法主要有表面預處理法和直接加入法，前者是用稀釋的偶聯劑處理填料表面，后者是在樹脂和填料預混時，加入偶聯劑的原液。

硅烷偶聯劑配成溶液，有利于硅烷偶聯劑在材料表面的分散，溶劑是水和醇配制成的溶液，溶液一般為硅烷（20%）、醇（72%）、水（8%），醇一般為乙醇（對乙氧基硅烷）甲醇（對甲氧基硅烷）及異丙醇（對不易溶于乙醇、甲醇的硅烷）因硅烷水解速度與PH值有關，中性最慢，偏酸、偏堿都較快，因此一般需調節溶液的PH值，除氨基硅烷外，其他硅烷可加入少量乙酸，調節pH值至4～5，氨基硅烷因具堿性，不必調節。因硅烷水解后，不能久存，最好現配現用，最好在一小時內用完。

預處理填料法

將填料放入固體攪拌機[高速固體攪拌機（亨舍爾）或V型固體攪拌機等]，并將上述硅烷溶液直接噴灑在填料上并攪拌，轉速越高，分散效果越好。一般攪拌在10～30 min（速度越慢，時間越長），填料處理后應在120℃烘干2 h。

水溶液

玻纖表面處理劑：玻纖表面處理劑常含有：成膜劑、抗靜電劑、表面活性劑、偶聯劑、水。偶聯劑用量一般為玻纖表面處理劑總量的0.3%～2%，將5倍水溶液首先用有機酸或鹽將pH值調至一定值，在充分攪拌下，加入硅烷直到透明，然后加入其余組份，對于難溶的硅烷，可用異丙醇助溶。在拉絲過程中將玻纖表面處理劑噴灑在玻纖上干燥，除去溶劑及水分即可。

底面法

將5%～20%的硅烷偶聯劑的溶液同上面所述，通過涂、刷、噴，浸漬處理基材表面，取出室溫晾干24 h，最好在120℃下烘烤15 min。

直接加入法

硅烷亦可直接加入填料/樹脂的混合物中，在樹脂及填料混合時，硅烷可直接噴灑在混料中。偶聯劑的用量一般為填料用量的0.1%～2%，（根據填料直徑尺寸決定）。然后將加過硅烷的樹脂/填料進行模塑（擠出、壓塑、涂覆等）。

常用的硅烷偶聯劑為三烷氧基型，但三烷氧基型偶聯劑有可能降低基體樹脂的穩定性，因而二烷氧基型偶聯劑的研究和應用得到重視。

合成帶有活性硅烷基的高分子也是硅烷偶聯劑的發展方向之一，這種偶聯劑對膠粘劑中的樹脂具有更好的相容性，可在被粘物表面形成一個均一面，因而具有更好的粘接效果。

過氧基硅烷也是開始研究的一種偶聯劑，它的特點是在熱的作用下，偶聯劑分解生成自由基，可以與烯類聚合物發生交聯，從而促進烯類聚合物的粘接。

硅烷偶聯劑開發的一項重要應用是用于生產水交聯聚乙烯，這項工藝是美國道康寧公司開發的，已商業化,已被國內在用有機硅乳液處理毛紡織物的試驗中，發現用硅烷偶聯劑與有機硅乳液并用，可以提高毛紡織物的服用性能。