Silanos Organofuncionales
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Agentes de acoplamiento de silano
Los agentes de acoplamiento de silano tienen la capacidad de formar un enlace duradero entre materiales orgánicos e inorgánicos. Los encuentros entre materiales diferentes a menudo implican al menos un miembro que es silíceo o tiene química de superficie con propiedades silíceas; silicatos, aluminatos, boratos, etc. son los componentes principales de la corteza terrestre. Interfaces la participación de dichos materiales se ha convertido en un área dinámica de la química en la que las superficies se han modificado para generar los ambientes heterogéneos deseados o para incorporar las propiedades de volumen de las diferentes fases en una estructura compuesta uniforme.Fórmula general
La fórmula general para un agente de acoplamiento de silano muestra típicamente las dos clases de funcionalidad. X es un grupo hidrolizable típicamente alcoxi, aciloxi, halógeno o amina. Siguiendo hidrólisis, se forma un grupo reactivo de silanol, que puede condensar con otros grupos de silanol, por ejemplo, aquellos en la superficie de los rellenos silíceos, para formar enlaces siloxano. Los productos de condensación estables también se forman con otros óxidos como los de aluminio, circonio, estaño, titanio y níquel. Se forman enlaces menos estables con óxidos de boro, hierro y carbono. Óxidos de metales alcalinos y los carbonatos no forman enlaces estables con Si-O-. El "R" grupo es un radical orgánico no hidrolizable que puede poseer una funcionalidad que imparte las características deseadas. El resultado final de hacer reaccionar un organosilano con un sustrato varía desde alterar las características de humectación o adhesión del sustrato, utilizando el sustrato para catalizar productos químicos transformaciones en la interfaz heterogénea, ordenando el región interfacial, y modificando sus características de partición. Significativamente, incluye la capacidad de efectuar un enlace covalente entre materiales orgánicos e inorgánicos.¿Cómo modifica un silano una superficie?
La mayoría de los organosilanos ampliamente utilizados tienen un sustituyente orgánico y tres sustituyentes hidrolizables. En la gran mayoría de la superficie aplicaciones de tratamiento, los grupos alcoxi de los trialcoxisilanos son hidrolizado para formar especies que contienen silanol. Reacción de estos los silanos implican cuatro pasos. Inicialmente, hidrólisis de los tres lábiles. grupos ocurre. Sigue la condensación a oligómeros. Los oligómeros luego enlace de hidrógeno con grupos OH del sustrato. Finalmente durante secado o curado, se forma un enlace covalente con el sustrato con pérdida concomitante de agua. Aunque se describe secuencialmente, estos las reacciones pueden ocurrir simultáneamente después del paso de hidrólisis inicial. En la interfaz, generalmente solo hay un enlace de cada silicio de el organosilano a la superficie del sustrato. Los dos silanol restantes los grupos están presentes en forma condensada o libre. El grupo R permanece disponible para reacción covalente o interacción física con otras fases los silanos pueden modificar superficies en condiciones anhidras consistentes con requisitos de deposición en fase de vapor y monocapa. Extendido los tiempos de reacción (4-12 horas) a temperaturas elevadas (50° - 120°C) son típico. De los alcoxisilanos, solo los metoxisilanos son efectivos sin catálisis para deposición de vapor. Los silanos más efectivos para vapor los depósitos de fase son azasilanos cíclicos.
Selección de un silano para modificación de superficie
Los factores que influyen en la selección de modificación de la superficie de silano incluyen:- Concentración de grupos hidroxilo superficiales.
- Dimensiones físicas del sustrato o características del sustrato
- Estabilidad hidrolítica del enlace formado
- Tipo de grupos hidroxilo superficiales
La modificación de la superficie se maximiza cuando los silanos reaccionan con el superficie del sustrato y presente el número máximo de sitios accesibles con energías superficiales apropiadas. Una consideración adicional es la propiedades físicas y químicas de la región de interfase. La interfase puede promover o restar valor a las propiedades totales del sistema dependiendo de su propiedades físicas como el módulo o propiedades químicas como contenido de agua / hidroxilo. Los sustratos que contienen hidroxilo varían ampliamente en concentración y tipo de grupos hidroxilo presentes. Sustratos recién fusionados almacenados bajo las condiciones neutras tienen un número mínimo de hidroxilos. Hidrolíticamente los óxidos derivados envejecidos en aire húmedo tienen cantidades significativas de agua adsorbida que puede interferir con el acoplamiento. Hidrógeno unido los silanoles vecinales reaccionan más fácilmente con los agentes de acoplamiento de silano, mientras que los hidroxilos aislados o libres reaccionan de mala gana.