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硅烷偶聯劑的結構影響二氧化硅與天然橡膠之間的反應

來源:創世化工作者:創世化工網址:http://www.mmpdfp.live瀏覽數:190 
文章附圖

技術前沿:硅烷偶聯劑的結構影響了其與二氧化硅與天然橡膠之間的反應。兩個硅烷,(4 -氯甲基苯基)-三甲氧基硅烷(1)和[2 -(4 -氯甲基苯基)乙基] -三甲氧基硅烷(2),如圖2所示,用來確定,硅原子和氯原子之間的烴連接結構是如何影響硅膠填充彈性體的性能的。

含有硅烷(1)和(2)的填充了二氧化硅的彈性體的流變特性,物理特性和動態特性如表2所示。在硅烷(1)當中,聯接硅原子和氯原子的是苯甲基。硅原子直接與芳香基團相聯接,它產生了空間位阻以及吸電子效應。聯接二氧化硅與硅烷(2)的氯原子的是甲基苯乙基。硅原子直接與線性烷基聯接,空間位阻以及吸電子效應較小。與硅烷(1)對比,硅烷(2)制成的二氧化硅填充彈性體有較高的強化指數。增強指數是對化學鍵聯接的一種間接標定。聯接基團的空間位阻和吸電子效應可能在橡膠加工制造過程中對硅羥基進行穩定化處理。存在于二氧化硅的水是用來水解硅烷的。由于硅羥基較穩定,他們與硅表面反應較慢。在硅烷醇進行的反應中,空間位阻比較偏愛籠狀的結構形式。這些籠狀結構與硅表面發生的反應可能較差,因為硅氧烷是在籠子內部,而有機官能團是在外部的。

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影響硅烷與天然橡膠偶聯的效率的是反應過程中形成的碳正離子中間體的穩定性。這種影響的重要性可以直接用一系列含有甲基苯乙基-,氯丙基-,氯丙烯基和氯甲基苯乙基官能團的橡膠化合物的增強指數來測量。這些硅烷的化學結構如圖3所示。


這些硅膠填充彈性體的增強指數見表3。硅烷(3)不包含氯化物基,因此其自身沒有與天然橡膠形成化學鍵。其增強指數相當低,值只有4.09。硅烷(12)的烷基上的伯碳原子上依附了一個氯原子。但是碳正離子沒有輕易地形成,這是由于伯碳原子電子吸附能力較弱。它的增強指數也相當低,值只有4.26。硅烷(12)和天然橡膠的反應程度是很低或不存在的。碳正離子不斷增加的穩定性增強了硅烷與天然橡膠化學鍵。硅烷(13)有一個氯原子與烯丙基基團聯接,硅烷(4)則與苯甲基基團相聯接。硅烷(13)及(4)的增強指數分別為5.26和7.36。