Środki sprzęgające (promotory adhezji)

HTML
DOWNLOAD

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Środki sprzęgające (promotory adhezji)"

Nina Tomczyk
8 lat temu
Przeglądów:

1 Środki sprzęgające (promotory adhezji) (ang. coupling agents, adhesion promoters) Małocząsteczkowe związki metalolub metaloidoorganiczne posiadające zdolność tworzenia trwałego wiązania między materiałem nieorganicznym i organicznym. Działanie takich związków powoduje heterogeniczną modyfikację powierzchni lub umożliwia połączenie różnych faz w jednolitą strukturę kompozytową.. Rodzaje: a.) silanowe b.) tytanianowe c.) cyrkonianowe i glinianowe

2 Silanowe środki sprzęgające ( silany ) Charakter wiązania Si C (w por. z C C) entalpia wiązania 301 kj/mol mała polarność mała wartość energii swobodnej powierzchni generuje efekt hydrofobowy znaczna reaktywność podstawników na atomie Si

3 Ogólny wzór silanowego środka sprzęgającego X = -OCH 3, -OC 2 H 5, ( OR ) R = reaktywna funkcja organiczna ( amino-, ureido-, izocyjanianowinylo-, metakryloksy-, epoksy-, sulfido- i inne)

4 Otrzymywanie: Cl 3 SiH + CH 2 =CH CH 2 Cl Pt Cl 3 Si CH 2 CH 2 CH 2 Cl +3 R OH 3 HCl ( R O ) 3 Si CH 2 CH 2 CH 2 Cl + 2 NH 3 NH 4 Cl ( R O ) 3 Si CH 2 CH 2 CH 2 NH 2

5 Alternatywne struktury silanowych środków sprzęgających.

6 Mechanizm wiązania silanu z materiałem nieorganicznym Mechanizm hydrolityczny

7 Mechanizm niehydrolityczny

8 Wpływ rodzaju podłoża na efektywność silanu: Bardzo dobra krzemionka, kwarc, szkło, aluminium, miedź Dobra tlenek glinu, krzemiany, glinokrzemiany, mika, talk, tlenki nieorganiczne, stal Nieznaczna azbest, nikiel, kreda, gips Żadna grafit, sadza

9 Mechanizm wiązania silanu z materiałem organicznym Przykład 1. Wiązanie z żywicą epoksydową

10 a.) b.) Obraz SEM żywicy epoksydowej a.) bez silanu, b.) z silanem

11 Przykład 2. Wiązanie z żywicą akrylową

12 Przykład 3. Wiązanie z poliuretanem

13 Przykład 4. Wiązanie z żywicą fenolową

14 Przykład 5. Wiązanie z polipropylenem Brak funkcji reaktywnej w polimerze powoduje konieczność zastosowania azydosilanu Mechanizm: R-SO 2 N 3 = R-SO 2 -N: + N 2 R-SO 2 N: + H-C- = R-SO 2 -N(H)-C-

15 Przykład 6. Oddziaływanie silanów z polimerami termoplastycznymi -mechanizm wzajemnej dyfuzji i generowanie tzw. struktur IPN - (Inter-penetrating network).

16 Sposoby aplikacji silanowych środków sprzęgających. 1. Obróbka wstępna napełniacza silanem. 2. Całkowite wymieszanie silanu z układem napełniacz polimer. 3. Gruntowanie powierzchni nieorganicznej silanem (roztwory wodne lub organiczne o stężeniu silanu 0.5 5%). 4. Integralne wymieszanie silanu z polimerem Stosowane ilości silanu: ilość napełniacza[g] pow. właściwa [m 2 /g] Ilość silanu [g] = właściwa pow. zwilżania silanem [m 2 /g]

17 Wybrane zastosowania silanów. 1. Kompozyty Materiały kompozytowe są połączeniami dwóch lub więcej odrębnych i nierozpuszczających się z sobą faz, z których każda odpowiada innemu podstawowemu materiałowi inżynierskiemu. Środek sprzęgający stanowi chemiczny łącznik między tymi fazami. Wpływ silanu na wytrzymałość żywicy epoksydowej wzmacnianej włóknem szklanym.

18 2. Hydrofobizacja powierzchni

19 3. Napełniacze polimerów ( SiO 2, Al 2 O 3, szkło, glina, TiO 2, ZnO i inne ) 4. Powłoki gruntujące ( m.in. eliminacja związków chromu ) 5. Powłoki nawierzchniowe lakierów samochodowych ( clear topcoat ) 6. Powłoki polimerowe na materiałach nieorganicznych 7. Powłoki ceramiczne na polimerach (materiały optyczne ) 8. Materiały elewacyjne 9. Polimerowe wypełnienia dentystyczne 10. Mieszanki bitumiczne 11. Immobilizacja ciekłych kryształów

20 12. Jasne napełniacze w mieszankach gumowych ( green tyres ) Struktura sulfidosilanu stosowanego w mieszankach gumowych z jasnymi napełniaczami. X = 2-10

21 Mechanizm wiązania kauczuku z krzemionką przez sulfidosilan.

22 Opony Michelin ENERGY SAVER Charakterystyka: 1. Premiera Frankfurt Motor Show, wrzesień Redukcja oporów toczenia do 20% 3. Lepsza przyczepność ( 2 3m różnicy w teście hamowania ) 4. Oszczędność paliwa do 0.5 L/100 km 5. Zmniejszenie emisji CO 2 ( 4g/km ) 6. Trwałość opony : km 7. Oznakowanie Green X

23 13. Szczepienie polimerów i sieciowanie poliolefin.

24 Sieciowanie PE w obecności wilgoci

25 14. Zastosowania w procedurach chemicznych. SiO 2 O Si (CH 2 ) 3 NH (CH 2 ) 2 NH 2 Anionit słabo zasadowy SiO 2 O Si (CH 2 ) 3 (CH 2 ) 3 N(CH 3 ) 3+ Cl - Anionit silnie zasadowy SiO 2 O Si (CH 2 ) 3 (CH 2 ) 3 SO 3 - H + Kationit silnie kwasowy Jonity otrzymywane przez silanizację materiału nieorganicznego halogenosilanami i nukleofilowe podstawienie aminami lub jonem siarczanowym (IV).

26 (RO) 3 Si (CH 2 ) 3 Hal + SiO 2 +L SiO 2 O Si (CH 2 ) 3 Hal (RO) 3 Si (CH 2 ) 3 L +L + SiO 2 + M SiO 2 O Si (CH 2 ) 3 L (RO) 3 Si (CH 2 ) 3 L M + M + SiO 2 SiO 2 O Si (CH 2 ) 3 L M Zastosowanie silanów do immobilizacji metalicznego kompleksu (katalizatora) na nieorganicznym nośniku tlenkowym.

27 SiO 2 O Si (CH 2 ) 3 l + H 2 N E SiO 2 O Si (CH 2 ) 3 NH E - HI utlenianie SiO 2 O Si (CH 2 ) 3 SH + HS E SiO 2 O Si (CH 2 ) 3 S S - H2 E SiO 2 O Si (CH 2 ) 3 NH 2 + HO 2 C E SiO 2 O Si (CH 2 ) 3 - H 2 O NH CO E Metody immobilizacji enzymów na nośniku krzemionkowym

28 Tytanianowe promotory adhezji (R O) m Ti (- - -OX - - -R Y ) n Funkcja 1 : (RO) m wiązanie substancji nieorganicznej z czynnikiem wiążącym Funkcja 2 : transestryfikacja i sieciowanie Funkcja 3 : OX grupa związana z centralnym atomem tytanu, determinuje wszystkie funkcje tytanianu Funkcja 4 : R dlugolańcuchowa, rozbudowana grupa; aktywna w polimerach termoplastycznych Funkcja 5 : Y grupa reaktywna w procesach wulkanizacji polimerów termoutwardzalnych m + n = 4 zwykle m = 1, n = 3

29 Mechanizm działania tytanianowego środka sprzęgającego. Aktywny również wobec materiałów nieorganicznych bez granicznych grup hydroksylowych ( sadza, grafit, gips, kreda i inne ).

30 Zastosowania Wiązanie z gliną

31 Sprzęganie gliny aktywowanej tytanianem z kauczukiem.

33 Wiązanie aktywowanej sadzy z matrycą organiczną

34 Tytaniany stosowane w kompozytach biomedycznych ( HDPE + HA ).

35 Obraz SEM kompozytu tkanki kostnej bez tytanianu i po jego zastosowaniu

36 LICA 44 L I C A 4 4 Modyfikacja polimeru w celu zwiększenia jego niepalności. Mechanizm: PP szczepiony bezwodnikiem organicznym (SMA) + aktywacja tytanianem + wiązanie z napełniaczem nieorganicznym ( Mg(OH) 2, Sb 2 O 3 )

37 Cyrkonianowe i cyrkonianowo-glinianowe środki sprzęgające. A. Cyrkonianowe Cyrkoniany stanowią wymienną w stosunku do tytanianów klasę promotorów adhezji o zbliżonej strukturze i podobnych zastosowaniach.

38 B. Cyrkonianowo-glinianowe HO OH OH Al Zr CL O C O OH R Ogólna struktura środka sprzęgającego Zr-Al. Stosowanie szczególnie skuteczne wobec podłoży metalicznych z jednoczesnym zwiększeniem odporności na korozję.

Podobne dokumenty

PL B1. Sposób wytwarzania ceramizujących kompozytów silikonowych na osłony przewodów elektrycznych

PL B1. Sposób wytwarzania ceramizujących kompozytów silikonowych na osłony przewodów elektrycznych PL 224058 B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 224058 (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: 397997 (22) Data zgłoszenia: 03.02.2012 (51) Int.Cl.