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硅烷偶聯(lián)劑KH550（APTES），化學(xué)名為γ-氨丙基三乙氧基硅烷，是硅烷化過程經(jīng)常使用的一種氨基硅烷，以烷氧基硅烷分子將表面官能化。在國內(nèi)有機硅產(chǎn)品中，硅烷偶聯(lián)劑KH550是實現(xiàn)工業(yè)化較早的一個品種，然而由于現(xiàn)行工業(yè)產(chǎn)品收率不高。反應(yīng)期間生成的副產(chǎn)物對設(shè)備腐蝕嚴重，對環(huán)境造成了污染，因而近些年人們一直在尋求一條更為合理、有效的生產(chǎn)路線。

【結(jié)構(gòu)】[3]

硅烷偶聯(lián)劑的分子式一般可用RnSiX ，n<4自然數(shù)，通式來表示。其特點是分子中具有兩種以上不同的反應(yīng)基團，其中R基團是非水解的可與有機物反應(yīng)的基團，如乙烯基、烯丙基、氫基、環(huán)氧基、琉基、丙烯酰氧丙基等。X 基團是可水解的基團，它是與無機材料反應(yīng)不可缺少的基團，如甲氧基、乙氧基、酰氧基、芳氧基、叔丁過氧基、氯等，它們水解以后生成Si-OH基，而與無機材料如玻璃、白炭黑、金屬等縮合。硅烷偶聯(lián)劑KH550結(jié)構(gòu)如下：

【偶聯(lián)機理】[2]

硅烷偶聯(lián)劑包括硅烷偶聯(lián)劑KH550在提高復(fù)合材料性能方面具有顯著的效果。但迄今為止，還沒有一種理論能解釋所有的事實。常用的理論有化學(xué)鍵理論、表面浸潤理論、變形層理論、拘束層理論等。其中前兩種理論較為普遍。

1.化學(xué)鍵理論

在硅烷偶聯(lián)劑的偶聯(lián)機理中，化學(xué)鍵理論是*主要的理論。該理論認為，硅烷偶聯(lián)劑含有反應(yīng)性基團，它的一端能與無機材料表面的羥基或金屬表面的氧化物生成共價鍵或形成氫鍵，另一端與有機材料形成氫鍵或生成共價鍵；從而將無機材料和有機材料的界面有機地連接起來，提高復(fù)合材料的各項性能。此外有研究認為硅烷偶聯(lián)劑在有機材料和無機材料之間的作用，除了化學(xué)鍵和氫鍵之外，還存在色散力。

2.表面浸潤理論

硅烷偶聯(lián)劑的表面能較低，潤濕能力較高，能均勻地分布在被處理表面，從而提高異種材料間的相容性和分散性。硅烷偶聯(lián)劑的作用在于改善了有機材料對增強材料的潤濕能力。實際上，硅烷偶聯(lián)劑在不同材料界面的偶聯(lián)過程是一個復(fù)雜的液固表面物理化學(xué)過程。首先，硅烷偶聯(lián)劑的粘度及表面張力低、潤濕能力較高，對玻璃、陶瓷及金屬表面的接觸角很小，可在其表面迅速鋪展開，使無機材料表面被硅烷偶聯(lián)劑濕潤；其次，一旦硅烷偶聯(lián)劑在其表面鋪展開，材料表面被浸潤，硅烷偶聯(lián)劑分子上的兩種基團便分別向極性相近的表面擴散，由于大氣中的材料表面總吸附著薄薄的水層，一端的烷氧基便水解生成硅羥基，取向于無機材料表面，同時與材料表面的羥基發(fā)生水解縮聚反應(yīng)；有機基團則取向于有機材料表面，在交聯(lián)固化中，二者發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而完成了異種材料間的偶聯(lián)過程。