什麼是矽烷偶合劑

在1個分子中同時具有與無機物鍵結之基團與和樹脂反應之基團的化合物。用於玻璃纖維的表面處理，提高界面黏著與耐水性。

日文名稱: シランカップリング剤

「矽烷偶合劑」出現在1領域的1道練習題中（複合材料等）。

這個名詞所屬的領域: 複合材料

分子兩端的作用

矽烷偶合劑一般是可寫成 Y−R−Si(OR′)₃ 的分子。Si(OR′)₃ 是具有甲氧基或乙氧基等烷氧基的部分，以水水解成矽醇（Si−OH），再與玻璃或金屬氧化物表面的羥基縮合，形成 Si−O−Si 等強鍵。另一端的 Y 是胺基、環氧基、甲基丙烯醯基、乙烯基等有機官能基，與樹脂反應或纏結。如此以共價鍵連接無機物與有機物，在化學上為界面搭起橋樑。

依樹脂選擇

偶合劑的效果，大幅取決於有機側的官能基能否與樹脂反應。環氧樹脂常用像硬化劑一樣反應的胺基系，或具有相同環氧基的環氧系矽烷；不飽和聚酯或乙烯基酯則常用能以自由基共聚合的甲基丙烯醯基系矽烷。代表性的分子有3-胺丙基三乙氧基矽烷與3-環氧丙氧丙基三甲氧基矽烷。牙科用的複合樹脂也以甲基丙烯醯基系矽烷處理填料表面，使其與樹脂鍵結。無法反應的組合則幾乎沒有效果。

有效與無效的材料

矽烷偶合劑能強力鍵結的，是表面具有許多羥基的玻璃、二氧化矽、氧化鋁與許多金屬氧化物等。對表面羥基少的碳纖維或不易氧化的金則不太有效，碳纖維會以電解氧化在表面形成官能基後再塗布上漿劑，金則使用具有硫醇基的化合物。此外，塗得太厚時，縮合的矽烷層本身會成為弱層，反而使黏著變弱。以少量把表面薄而均勻地覆蓋是很重要的。

提高耐水性的效果與應用

不以矽烷處理時，水容易進入玻璃纖維與樹脂的界面，在潮濕環境或沸水中強度會大幅下降。矽烷形成的鍵結與界面上形成的疏水層，能抑制水的侵入與界面的水解，因此潮濕狀態下的強度保持率大幅改善。這個效果除了玻璃纖維強化塑膠之外，也利用在混入無機粉末的塑膠、黏著劑或塗料的底漆、配合二氧化矽的汽車輪胎等。在輪胎中，含硫的矽烷把二氧化矽與橡膠結合起來。

練習矽烷偶合劑的題目

使用玻璃纖維補強樹脂時，以矽烷偶合劑處理纖維表面的主要目的為下列何者？

A使纖維表面平滑，減少與樹脂的摩擦，讓成型時樹脂容易流動
B與無機的玻璃及有機的樹脂兩者鍵結，強化界面黏著，使負荷容易傳遞
C降低纖維的熱導率，延緩成型時樹脂的硬化，使氣泡容易排出

查看答案與解析

正確答案：B. 與無機的玻璃及有機的樹脂兩者鍵結，強化界面黏著，使負荷容易傳遞

矽烷偶合劑是一端具有與玻璃表面羥基鍵結的烷氧基矽基，另一端具有與樹脂反應的胺基、環氧基、乙烯基等的分子。它以化學鍵連接無機的玻璃與有機的樹脂，因此界面黏著增強，負荷容易經界面剪切傳給纖維。防止水滲入界面而使黏著減弱的效果也很大，可抑制潮濕環境中強度的下降。使表面平滑以減少摩擦會減弱負荷傳遞，與目的相反。改變熱導率或樹脂的硬化速度，並不是偶合劑的目的。

常見問題

矽烷偶合劑如何使用？

有做成稀薄的水溶液或醇溶液塗在表面或浸漬，再乾燥、加熱使其鍵結的方法，以及直接混入樹脂的方法。玻璃纖維則是加在紡絲後立即塗布的上漿劑中處理。

矽烷偶合劑與上漿劑有什麼不同？

上漿劑是指塗在纖維表面之處理劑的全體，含有集束纖維的成分、潤滑劑、偶合劑等。矽烷偶合劑是其中負責界面鍵結的成分。

為什麼稱為「偶合」？

因為它以1個分子把性質完全不同的無機物與有機物連接（couple）起來。它本身不是黏著劑，而是在化學上居中連接2種材料界面的分子。

解析中的「矽烷偶合劑」

矽烷偶合劑是一端具有與玻璃表面羥基鍵結的烷氧基矽基，另一端具有與樹脂反應的胺基、環氧基、乙烯基等的分子。
使用玻璃纖維補強樹脂時，以矽烷偶合劑處理纖維表面的主要目的為下列何者？

出現「矽烷偶合劑」的題目（1題）

使用玻璃纖維補強樹脂時，以矽烷偶合劑處理纖維表面的主要目的為下列何者？