官能化填料

填料可以改善漆膜的某些性能，比如，抗黏连性、消光效果及流变性等，但对模量和强度不太有效，甚至还会有所降低。其原因主要来自填料颗粒与成膜物间的界面结合力。目前，提高界面结合力的途径大多是选用合适的颜料润湿分散剂和研磨工艺，使填料表面有良好的润湿分散和锚定效果，并与成膜物有良好的相容性，但其效果不太理想。填料表面的官能化是进一步改进的途径之一。填料表面的官能化就是在填料表面“植上”与成膜物有良好相容性或与之有反应的基团，进一步降低两者之间的界面能，甚至使界面“消失”，则界面结合力大大提高。
涂料用填料大多为金属氧化物和硅酸盐。有采用硅偶联剂将有机基团“植”在填料表面的方法。硅偶联剂的通式为R-Si（OR’）3，式中的R 为有机基团，如烷基、乙烯基、环氧基、氨基等；R’为甲基、乙基、乙酰基等。其中Si（OR’）基水解所生成的硅醇基可与金属氧化物或硅酸盐填料表面的-OH 基缩合而“植上”R 基。
硅偶联剂水解生成的硅醇基会相互缩合，减少硅醇而不利于填料的官能化。因此，促进水解的同时，应抑制缩合。水解与缩合速度与所处介质的pH 相关［1］，如图1 所示。

由图1 可见：在pH 1.5~4.5，有最快的水解速度和最慢的缩合速度。因此，硅偶联剂应在受控的条件下先行水解，然后再对填料进行表面处理。水解时间与表面处理效果的关系很大［2］。最佳的水解时间就有最高的硅醇浓度和最低的缩合物浓度，这可用电导率来测得［3］，因为硅醇比缩合物更导电。硅偶联剂大多不水溶，但可在水中缓慢水解，达到一定水解程度后就水溶。硅醇基缩合前先以氢键键合，然后脱水而缩合：

γ- 氨丙基硅偶联剂上的氨基也可与硅醇基形成氢键，且比硅醇基相互形成的更稳定［4］（一个是酸性，另一个是碱性），可用来抑制硅醇基的缩合。
将硅偶联剂水解液与填料混合成原浆，经高剪切研磨分散和反应后，再烘干。烘干工艺亦很重要，使硅醇与填料表面上的-OH 基形成氢键，得以脱水缩合。
各种填料表面所带-OH 基密度不同，所用的硅偶联剂量也不同，需进行试验而定，如可通过测定黏度而定［5］。例如，用1% 硅偶联剂Silquest A 1230 处理滑石粉后，于100 份树脂中分散135 份处理和未处理的滑石粉，Brookfield 黏度（200 r/min）分别为135 mPa·s 和4 300 mPa·s。