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有机硅烷偶联剂与橡胶之间的反应


硅烷偶联剂的结构影响了其与二氧化硅与天然橡胶之间的反应。两个硅烷,(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),如图2所示,用来确定,硅原子和氯原子之间的烃连接结构是如何影响硅胶填充弹性体的性能的。
含有硅烷(1)和(2)的填充了二氧化硅的弹性体的流变特性,物理特性和动态特性如表2所示。在硅烷(1)当中,联接硅原子和氯原子的是苯甲基。硅原子直接与芳香基团相联接,它产生了空间位阻以及吸电子效应。联接二氧化硅与硅烷(2)的氯原子的是甲基苯乙基。硅原子直接与线性烷基联接,空间位阻以及吸电子效应较小。与硅烷(1)对比,硅烷(2)制成的二氧化硅填充弹性体有较高的强化指数。增强指数是对化学键联接的一种间接标定。联接基团的空间位阻和吸电子效应可能在橡胶加工制造过程中对硅羟基进行稳定化处理。存在于二氧化硅的水是用来水解硅烷的。由于硅羟基较稳定,他们与硅表面反应较慢。在硅烷醇进行的反应中,空间位阻比较偏爱笼状的结构形式。这些笼状结构与硅表面发生的反应可能较差,因为硅氧烷是在笼子内部,而有机官能团是在外部的。
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影响硅烷与天然橡胶偶联的效率的是反应过程中形成的碳正离子中间体的稳定性。这种影响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团的橡胶化合物的增强指数来测量。这些硅烷的化学结构如图3所示。

这些硅胶填充弹性体的增强指数见表3。硅烷(3)不包含氯化物基,因此其自身没有与天然橡胶形成化学键。其增强指数相当低,值只有4.09。硅烷(12)的烷基上的伯碳原子上依附了一个氯原子。但是碳正离子没有轻易地形成,这是由于伯碳原子电子吸附能力较弱。它的增强指数也相当低,值只有4.26。硅烷(12)和天然橡胶的反应程度是很低或不存在的。碳正离子不断增加的稳定性增强了硅烷与天然橡胶化学键。硅烷(13)有一个氯原子与烯丙基基团联接,硅烷(4)则与苯甲基基团相联接。硅烷(13)及(4)的增强指数分别为5.26和7.36。

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