螯合型鈦酸酯偶聯劑可作為分散劑用嗎

偶聯劑有分散作用，如果偶聯劑的分散作用達到你的要求，你可以不加分散劑

　硅灰石（Wollastonite）

一、概述

硅灰石是一種天然產出的偏硅酸鈣（Ca3[Si3O9]），理論化學成分CaO48.3%、SiO251.7%。其中的Ca2+離子易被少量的Fe2+、Mn2+、Mg2+、Sr2+等離子呈類質同象形式替代。硅灰石有三種同質多象變體：兩種低溫相變體，即三斜晶系硅灰石和單斜晶系副硅灰石；一種高溫相即假硅灰石。硅灰石與假硅灰石的轉化溫度為（1120±20）℃，轉化較緩慢，隨著溫度升高，轉化時間將明顯縮短。自然界常見的硅灰石主要是低溫三斜硅灰石，其他兩種象變體很少見。

硅灰石晶體沿b軸多發育為柱狀、針狀，其長度與直徑比值即長徑比為（10～7）:1，比值高的可達（15～13）:1。硅灰石熱膨脹特點是沿b軸膨脹系數（25～800℃為6.5×10-6℃-1）低，膨脹隨溫度改變呈線性變化。假硅灰石的熱膨脹系數為11.8×10-6℃-1，明顯高于硅灰石的熱膨脹系數。因此在硅灰石質陶瓷的燒成過程中應避免硅灰石向假硅灰石的轉變。硅灰石的物理－化學性質見表3-6-1。

表3-6-1　硅灰石的主要物化性質

在高溫加熱條件下，硅灰石的化學性質活潑，可與高嶺石等礦物發生固相反應，與陶瓷工業有關的反應包括：

河南省非金屬礦產開發利用指南

河南省非金屬礦產開發利用指南

由于硅灰石具有針狀晶體、低熱膨脹系數、低吸油率、色白、絕緣性好、高溫化學性質活潑等特點，使其應用在陶瓷工業、填料工業等領域中。

二、資源概況和礦石類型

1.資源概況

硅灰石的成因類型有五種，其中有工業價值的是接觸變質類型和區域變質作用類型。接觸變質生成的硅灰石產于巖漿侵入體與碳酸鹽巖的接觸帶，由SiO2和CaCO3反應而成。區域變質作用生成的硅灰石是由含鈣質的巖層如石灰巖、大理巖經區域變質作用形成。

目前世界各國已查明的硅灰石儲量約2億噸，遠景儲量約4億噸。在20多個硅灰石產出國中，美國、印度和墨西哥三國硅灰石礦總儲量約占世界已探明總儲量（不包括中國）的三分之二。

美國紐約州阿迪龍朗克山北東側是世界硅灰石重要產地，在該州的威爾斯博羅地區有福克斯諾爾、劉易斯和狄爾赫德三個主要礦床。

墨西哥的硅灰石礦床主要產在薩卡特卡斯和恰帕斯兩個州。

印度的硅灰石主要產在拉賈斯坦邦和中央邦，其中有的礦床礦石品位高達96%～97%。

我國的硅灰石礦資源豐富，遠景儲量為0.5億～1.0億噸，探明儲量僅次于印度，居世界第二位。我國硅灰石產地比較集中，主要分布在吉林省，占全國總儲量44.7%，江西省占17%，青海占13.4%，遼寧占10.3%，其他主要分布在湖北、安徽、浙江、江蘇、云南、福建等省。我國硅灰石礦成礦條件好，礦體規模大，成分簡單，較富。吉林梨樹大頂山硅灰石礦床是我國目前規模最大的礦床。此外，吉林磐石長崴子硅灰石礦床，湖北大冶小箕鋪硅灰石礦床規模也較大。

硅灰石礦床的一般工業要求見表3-6-2，開采技術條件見表3-6-3。

表3-6-2　硅灰石礦床一般工業指標

注：①視礦石質量優、差取上、下限；②手選礦石塊度要求，暫按直徑≥4cm計。

表3-6-3　硅灰石礦床開采技術條件

2.礦石類型

硅灰石礦石類型主要有大理巖型和夕卡巖型兩大類。美國的威爾斯鮑羅、劉易斯、格爾赫德硅灰石礦，印度別爾卡巴赫硅灰石礦等是夕卡巖型。墨西哥拉布蘭卡硅灰石礦，芬蘭拉彭蘭塔硅灰石礦等是大理巖型。我國主要硅灰石礦石類型見表3-6-4。國內外部分硅灰石的化學成分分析見表3-6-5。

表3-6-4　我國主要硅灰石礦石類型

三、硅灰石的主要用途及質量標準

由于硅灰石具有許多優異的物化性質，使其被廣泛應用于陶瓷工業、化學工業、冶金工業等各工業部門（見表3-6-6）。

迄今為止，硅灰石主要應用于陶瓷工業。其中又以作釉面磚為主，以及生產特種的無線電陶瓷和低介電損耗絕緣體陶瓷等。硅灰石之所以成為陶瓷的重要原料，是由下列因素決定的。

在傳統生產陶瓷工藝中，是以鋁硅為主要體系的原料，生成的物相以莫來石為主。需采用高溫（1250～1300℃）、長周期（30h以上）的燒成工藝。在坯體中加入一定量的硅灰石，構成了以硅－鋁－鈣為主要成分的低共熔體系，生成的物相主要是鈣長石。硅灰石同時是助熔劑，降低了坯體的老化點，整個坯體的快速燒結物均勻一致。因此，硅灰石降低了陶瓷生產的燒成溫度，縮短了燒成時間。

表3-6-5　國內外部分硅灰石的化學成分分析

表3-6-6　硅灰石的主要用途

硅灰石的針狀晶體為生坯提供水分快速排出的通道，干燥速度加快，從而易壓制成型，不分層。焙燒時，硅灰石針狀體的不熔殘渣構成了阻止坯體體積變化的致密骨架，冷卻時，燒結料結晶將它們之間的針狀體牢固粘接。坯體具有多孔和網狀結構。硅灰石低的熱膨脹系數和線性膨脹的特點，有利于坯體抗熱沖擊。

美國、原蘇聯等國都已對硅灰石在釉面磚上的應用進行了大量的研究工作。美國年產硅灰石約6萬～7萬t，其中一半用于釉面磚生產。以硅灰石為主要原料的釉面磚，實現低耗能低溫快燒的新工藝，可節省燃料約30%～50%，被譽為節能原料。

在冶金工業中，硅灰石主要用作生產模鑄硅鋼保護渣和板坯連鑄保護渣。武漢鋼鐵公司鋼鐵研究所等單位研制的以硅灰石為主要原料的保護渣，可替代從日本進口的“浮光40”保護渣。以天然硅灰石為基料板坯連鑄粉狀和顆粒狀保護渣，具有化學性質十分穩定，含Al2O3很低的特征，能起到穩定連鑄操作和改善連鑄坯質量的作用。

硅灰石作為電焊條藥皮配料，在電焊工業中得到應用，特別適合用來制造高鈦型低炭鋼電焊條。硅灰石微粉和超細微粉被用于塑料、橡膠、造紙、油漆工業中作填料和涂料，不僅降低了產品成本，而且明顯改善了產品的物理－化學性能，尤其是機械力學性能。預計今后作工業填料和涂料用的硅灰石微粉和超細微粉用量將以每年10%的速度增加。

目前我國僅國家建材局于1994年頒布了硅灰石產品質量標準，標準號為JC/T535-94。一些主要的硅灰石產區或企業根據用戶要求制定了一些地方或企業標準。

陶瓷、油漆、涂料、冶金、電焊條等應用領域對硅灰石產品質量要求分別見表3-6-7～表3-6-10。

吉林梨樹硅灰石礦業公司出口硅灰石塊礦和針狀硅灰石粉質量標準見表3-6-11和表3-6-12。

表3-6-7　陶瓷工業用硅灰石產品的質量要求

注：建筑陶瓷用硅灰石，一般要求硅灰石礦物含量＞60%。

表3-6-8　油漆、涂料用硅灰石產品質量要求

表3-6-9　冶金保護渣用硅灰石產品質量要求

表3-6-10　電焊條工業對硅灰石產品質量要求

表3-6-11　吉林梨樹硅灰石礦業公司出口硅灰石塊礦質量標準

表3-6-12　H-G系列針狀硅灰石粉

吉林四平市硅灰石企業標準（吉Q/SS124-85）適用于油漆涂料、塑料、橡膠、陶瓷等行業，見表3-6-13～表3-6-15。

表3-6-13　吉林四平市硅灰石產品規格

表3-6-14　吉林四平市硅灰石的技術要求

表3-6-15　吉林四平市涂料級硅灰石粉的技術要求

注：以上產品指標，可根據用戶特殊要求，雙方協商。

湖北大冶非金屬礦公司的硅灰石產品質量標準見表3-6-16。國外硅灰石一般工業要求見表3-6-17。美國出售硅灰石的粒度要求見表3-6-18。

表3-6-16　湖北大冶非金屬礦公司硅灰石產品質量標準

表3-6-17　國外硅灰石一般工業要求

表3-6-18　美國出售硅灰石的粒度要求

四、硅灰石礦石的選礦和超細粉碎

1.硅灰石礦石的選礦提純

硅灰石屬接觸變質礦物，與其共生的主要礦物有方解石、透輝石、石榴子石、透閃石、符山石、石英、黃銅礦、斑銅礦等，硅灰石的選礦方法隨著礦石類型不同而有所不同。手選、光電揀選、磁選、浮選、重選等方法廣泛應用于硅灰石的加工工藝中。硅灰石的主要選礦方法和原則流程見表3-6-19和表3-6-20。

列舉兩個實例說明硅灰石礦石的選礦。

表3-6-19　硅灰石的主要選礦加工方法

表3-6-20　硅灰石的主要選礦工藝原則流程

例1　梨樹硅灰石礦的選礦工藝

該礦位于吉林省梨樹縣內。礦石中硅灰石含量為46.50%，方解石41.23%，透輝石3.49%，石英6.67%。在礦石中，硅灰石晶體內有透輝石和石英包體，方解石則呈不規則狀分布于硅灰石顆粒及其裂隙之間。根據原礦性質，采用單一浮選流程選別硅灰石。根據硅灰石與方解石、石英的可浮性不同，采用反浮選方法對硅灰石進行選別，選礦流程見圖3-6-1。

圖3-6-1　梨樹硅灰石礦連選試驗流程

方解石精礦含方解石95.71%，產率38.78%；硅灰石精礦含硅灰石87.20%，產率44.48%。

例2　威爾斯鮑羅硅灰石選礦廠

選礦廠位于美國紐約州威爾斯鮑羅。礦石主要礦物組成為硅灰石、鈣鐵石榴子石、透輝石、少量方解石。礦石中硅灰石含量為55%～65%，鈣鐵石榴子石和透輝石的含量為10%～20%。根據礦石性質，采用單一強磁選工藝流程使硅灰石和鈣鐵榴石及透輝石分離。工藝流程見圖3-6-2。

2.硅灰石的超細粉碎

圖3-6-2　威爾斯鮑羅硅灰石選礦流程

硅灰石作為高檔無機工業填料，必須深加工成針狀超細粉料。國外多采用氣流磨對硅灰石精礦進行超細粉碎，產品中高長徑比、高比表面的粉量增多。80年代末，吉林梨樹硅灰石礦業公司從Alpine公司引進兩臺630AFG流化床式氣流粉碎機，用于生產-10μm的硅灰石超細微粉。隨后，該公司與武漢工業大學合作，實現了這種設備國產化，研制成與630AFG性能相同的LPM-680氣流磨，并建成了年產200t的超細硅灰石粉生產線，生產線工藝流程見圖3-6-3。給料粒度325目，產量280.6kg/h,10μm通過率97.7%。

硅灰石超細粉碎產品有800、1250、2500目等。也可以根據用戶的需要加工出平均粒度為10、5、2、1μm級的產品。

五、硅灰石粉料的表面改性

圖3-6-3　超細硅灰石生產線工藝流程

1—顎式破碎機；2—傳送帶；3—顎式破碎機；4—除塵器；5—提升機；6—料倉；7—風機；8—提升機；9—料倉；10—磨機；11—旋流分級機；12一風機；13—提升機；14—料倉；15—風送系統；16—料倉；17—螺旋輸送機；18—空壓機；19—冷凝器；20—儲氣罐；21—LPM氣流磨；22—收集器；23—風機

粉體表面改性（Surface modification or Surface treatment）是指用物理、化學、機械等方法對粉體物料表面進行處理，根據應用的需要有目的地改善或完全改變物料的物理技術性能或表面物理化學性質，如表面晶體結構和官能團、表面能、表面潤濕性、表面吸附和反應特性等，以滿足現代新工藝和新技術發展對新材料的需要。粉體的表面處理改性既是一門新技術，又是一門新學科。對于非金屬礦物，表面改性能提高其使用價值和開拓應用領域，是最重要的深加工技術之一。

在塑料、橡膠、膠粘劑等高分子材料工業及復合材料領域中，無機礦物填料占有很重要的地位，不僅可以降低生產成本，而且明顯改善產品的物理化學性能，如機械力學性能、阻燃性、絕緣性等。但是由于無機礦物與基質，即有機高聚物或樹脂等具有不同的膨脹系數、表面張力、抗彎模數等性質，在二者接觸處，明顯表現出不相容性，因此接觸界面是最薄弱的部位，易發生分離。由于相容性差，無機礦物填料難以在基質中均勻分散，直接或過多地填充往往容易導致產品的某些力學性能下降以及易脆化等缺點。因此，用無機礦物作填料，除了對其粒度、粒度分布、顆粒形狀有要求外，還必須對礦物填料表面進行改性，提高其與基質，即有機高聚物或樹脂的相容性和分散性，以增強產品的機械強度和綜合性能。

用來對礦物表面進行改性的化學試劑稱為表面改性劑。表面改性劑分為無機試劑和有機試劑兩大類。無機試劑主要是一些無機顏料，如鐵、鈦、鉻等的氧化物或含氧鹽等。有機表面改性劑的種類較多，主要包括偶聯劑類、脂肪酸（或胺）類、烯烴低聚物類以及各種樹脂類等。由于礦物填料的種類不同，改性目的不同，所選用的表面改性劑亦不同。

1.礦物填料的有機表面改性劑

1）偶聯劑

又稱為架橋劑，是一種具有兩性結構的物質。它們分子中的一部分基團可與礦物填料表面的各種化學基團反應，形成強有力的化學鍵合；另一部分基團則有親有機物的性質，可與有機高分子發生化學反應或形成物理纏繞，在無機礦物與有機高分子之間形成具有特殊功能的“分子橋”，從而把兩種性質差異很大的材料牢固結合起來，形成新型的復合材料。

偶聯劑是目前應用最廣泛的表面改性劑，它適用于各種不同的有機高分子和無機礦物填料的復合材料體系。經偶聯劑進行表面處理的無機礦物填料，抑制了填充體系“相”的分離，即使增加填充量，仍可較好地均勻分散，從而改善了制品的綜合性能，特別是抗張強度、沖擊強度、柔韌性和撓曲強度等。按偶聯劑的化學結構可分為硅烷類、鈦酸酯類、鋯類和有機鉻絡合物四大類。下面簡要介紹前三類。

（1）硅烷偶聯劑　硅烷偶聯劑是研究得最早應用最廣的偶聯劑，是由美國聯合碳化物公司為發展玻璃纖維增強塑料而開發出來的，至今已有40年的歷史。

硅烷偶聯劑是一類具有特殊結構的低分子有機硅化合物。其通式為RSiX3，式中R代表與聚合物分子有親和力或反應能力的活性官能團，如氨基、巰基、乙烯基、環氧基、氰基、甲基、丙烯酰氧基等；X代表能夠水解的烷氧基（如甲氧基、乙氧基）或氯。在進行偶聯時，X基首先水解形成硅醇，然后再與礦物表面上的羥基反應，形成氫鍵并縮合成—SiO—M共價鍵（M表示無機礦物填料表面）。同時，硅烷各分子的硅醇又相互締合齊聚，形成網狀結構的膜覆蓋在填料表面，使無機填料有機化。現以甲氨基硅烷偶聯劑為例，其偶聯作用過程為：

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偶聯劑的另一端的R可與聚合物發生反應形成牢固的化學鍵合。這種化學反應取決于R基的性質和樹脂的種類。以環氧硅烷為例，與環氧樹脂反應

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硅烷偶聯劑可用于許多無機礦物填料的表面改性，其中對含硅酸成分較多的石英粉、玻璃纖維、白碳黑等的效果最好，對高嶺土、水合氧化鋁效果也較好，對不含游離酸的碳酸鈣效果欠佳。硅烷偶聯劑產品牌號和品種分類見表3-6-21。

表3-6-21　硅烷偶聯劑產品牌號和品種分類

續表

續表

（2）鈦酸酯偶聯劑　鈦酸酯偶聯劑是美國肯里奇（Kenrich）石油化學公司70年代開發成功的一類新型偶聯劑。它有獨特的結構，對熱塑性聚合物與干燥填料有良好的偶聯效能。

鈦酸酯偶聯劑的分子結構分為6個功能區，每個功能區都有其特點，在偶聯過程中發揮各自的作用。

鈦酸酯偶聯劑的通式和6個功能區：

偶聯無機相·親有機相

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式中：1≤M≤4,M+N≤6；R—短碳鏈烷烴基；R′—長碳鏈烷烴基；X—C、N、P、S等元素；Y—羥基、氨基、環氧基、雙鍵等機團。

各功能區說明如下：功能區1[（RO）M—]—與無機填、顏料偶聯作用的基團；

功能區2（Ti—O……—）—酯基轉移和交聯功能；

功能區3（X—）—聯結鈦中心帶有功能性的基團；

功能區4（R—）—長鏈的糾纏基團——適用于熱塑性樹脂；

功能區5（Y—）一固化反應基團——適用于熱固性樹脂；

功能區6（N—）—非水解基團數。

（RO）M為鈦酸酯與礦物填料進行化學鍵合的官能團，它可與礦物表面結構水和H+作用，形成包圍礦物的單分子層。Ti—O部分為鈦酸酯的有機骨架，可與聚合物的羧基之間進行相互交換，起酯基和烷基轉移和交聯作用。X部分是和分子核心鈦結合的基團，對鈦酸酯的性質有重要影響，具體可分為磷酸酯、五磷酸酯、羧基酸、磺酸基等。

鈦酸酯偶聯劑按其化學結構可分為三種類型：單烷氧基型、螯合型和配位型。

單烷氧基型　這一類品種最多，價格適中，廣泛應用于塑料、橡膠、涂料、膠粘劑工業。這類偶聯劑的典型是三異硬脂酰基鈦酸異丙酯（TTS）。除含乙醇胺基和焦磷酸酯基的單烷氧基型外，大多數品種耐水性差，適用于不含游離水，僅含化學鍵合水和物理鍵合水的干燥礦物填料體系，如碳酸鈣、水合氧化鋁等。單烷氧基鈦酸酯與無機填料的作用機理見圖3-6-4。

圖3-6-4　單烷氧基鈦酸酯與無機填料的作用機理

焦磷酸型鈦酸酯偶聯劑耐水性好，適用于中等含水的無機填料，如高嶺土、滑石粉等。焦磷酸型鈦酸酯處理濕填料的吸濕機理見圖3-6-5。

圖3-6-5　焦磷酸型鈦酸酯處理濕填料的吸濕機理

螯合型　這類偶聯劑適用于高濕無機填料和含水聚合物體系，如高嶺土、滑石粉、水處理玻璃纖維、炭黑等。一般的單烷氧基型鈦酸酯水解穩定性差，在高濕體系中偶聯效果差。螯合型鈦酸酯偶聯劑具有極好的水解穩定性，適于在高濕狀態下使用。根據螯合環的不同，這類偶聯劑分為兩種基本類型：螯合100型和螯合200型。前者螯合基為氧代乙酰氧基；后者螯合基為二氧乙撐基。它們的偶聯機理見圖3-6-6和圖3-6-7。

圖3-6-6　螯合100型與填料的偶聯機理

圖3-6-7　螯合200型與填料的偶聯機理

配位體型　四價鈦酸酯在一些體系中存在副反應，如在環氧樹脂中與羥基反應，在聚酯中的酯交換反應等。配位體型鈦酸酯中的鈦原子由4價鍵轉變為6價鍵，降低了鈦酸酯的反應活性，提高了耐水性。因此，配位體型鈦酸酯偶聯劑可在溶劑型涂料或水性涂料中使用。配位體型鈦酸酯偶聯劑與填料的偶聯機理見圖3-6-8。

圖3-6-8　配位型偶聯劑與填料的作用機理

國內外鈦酸酯偶聯劑主要品種見表3-6-22。

表3-6-22　國內外鈦酸酯偶聯劑主要品種對照

（3）鋯鋁酸鹽偶聯劑　鋯類偶聯劑是美國Cavedon化學公司于80年代開發的一類新型偶聯劑，其商品名稱為“CavcoMod”，它是以水合氯化氧鋯（ZrOCl2·8H2O）、氯醇鋁（Al2OH5Cl）、丙烯醇、羧酸等為原料合成的。鋯鋁酸鹽偶聯劑分子中含有兩個無機部分和一個有機功能配位體。由于分子中無機特性部分的比重大，因此具有更多的無機反應點，使偶聯劑有良好的羥基穩定性和水解穩定性。根據分子中的金屬含量（即無機特性部分的比重）和有機配位基的性質，將已商品化的鋯鋁酸鹽偶聯劑分為7類（見表3-6-23），分別適用于聚烯烴、聚酯、環氧樹脂、尼龍、丙烯酸類樹脂、聚氨酯、合成橡膠等不同的聚合物，對于礦物填料，可用于碳酸鈣、二氧化硅、高嶺土、三水合氧化鋁、氧化鈦等的偶聯改性。鋯鋁偶聯劑性能較好，價格較便宜，在很多情況下可代替硅烷偶聯劑。

表3-6-23　鋯類偶聯劑（Cavco Mod）的品種

2）高級脂肪酸及其鹽類改性劑

（1）高級脂肪酸及其鹽類　高級脂肪酸屬于陰離子表面活性劑，其分子通式為RCOOH。分子的一端為長鏈烷基（C16～C18），這種結構與聚合物分子結構相近似，尤其是與聚烯烴分子結構相近，因而與聚合物基料有一定的相容性。分子的另一端為羧基或其金屬鹽，可與礦物填料表面發生一定的化學反應和物理吸附。因此，用高級脂肪酸及其金屬鹽處理礦物填料時，具有類似于偶聯劑的作用。

常用的高級脂肪酸及其金屬鹽類的表面改性劑有硬脂酸、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅等。高級脂肪酸的胺類、酯類與其金屬鹽類近似，亦可作表面改性劑。

（2）不飽和有機酸類　不飽和有機酸分子具有一個或多個不飽和雙鍵及一個或多個羥基，碳原子數一般在10個以上。常見的不飽和有機酸有丙烯酸、馬來酸、衣康酸、醋酸乙烯、醋酸丙烯等。帶有不飽和雙鍵的有機酸，對含堿金屬離子的礦物填料進行表面改性，具有良好的處理效果。由于分子中存在不飽和雙鍵，在和基體樹脂復合時，在殘余引發劑或熱能、機械能作用下，雙鍵打開，與基體樹脂發生“接枝”、交聯等一系列化學反應，使礦物填料與樹脂較好地結合在一起，提高了產品的物理機械性能。

3）有機低聚物

（1）聚烯烴低聚物　聚烯烴低聚物主要品種有無規聚丙烯和聚乙烯蠟。聚烯烴低聚物有較高的粘附性能，可以和無機填料較好地浸潤、粘附、包裹。同時因為基本結構和聚烯烴相似，能與聚烯烴很好地相容結合。因此，聚烯烴低聚物廣泛應用于聚烯烴類復合材料中無機填料的表面處理。

（2）聚乙二醇　用聚乙二醇包覆處理硅灰石可顯著改善聚丙烯（PP）缺口的沖擊強度和低溫性能。

2.表面改性劑的選擇及用量

目前市場上已有幾百種表面改性劑供選擇，其選擇過程是一個復雜的過程。對于同一種無機礦物填料，影響其填充效果的主要因素有顆粒的形狀、粒徑大小和粒度分布、填料表面性質等。填料的粒徑越小，其補強效果越好。如用325目和2500目碳酸鈣作半硬質PVC填料，后者比前者強度提高30%。纖維狀、片狀填料有助于提高制品的機械強度。在填料粒徑、形狀確定的情況下，考查填料表面改性效果的主要判據是填料與有機聚合物基體結合的牢固程度、填加量的多少，產品的各種物理－化學性能是否提高了等。這些與表面改性劑的選擇和表面改性工藝過程有關。表3-6-24列出了各種表面改性劑的適用范圍。

表3-6-24　表面改性劑的適用范圍

表面改性劑的用量一般為無機填料量的0.5%～3%。對于某些偶聯劑類，可通過計算得到理論加入量。以硅烷偶聯劑為例，計算公式為：

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式中：W為硅烷偶聯劑用量（g）；W1為欲改性的礦物填料重量（g）；S1為礦物填料的比表面積（m2/g），可實測獲得；S2為偶聯劑的最小包裹面積（m2/g），由生產廠家提供。

表3-6-25給出了KH系列硅烷偶聯劑的最小包覆面積。

表3-6-25　KH系列硅烷偶聯劑最小包覆面積

在生產和試驗中主要采用“活化指數”來表征表面處理的效果。無機礦物填料或顏料粉體相對密度較大，而且表面呈極性狀態，在水中自然沉降。經表面改性處理后的無機填料粉體表面由極性變為非極性，對水呈現出較強的非浸潤性，不沉降。根據上述現象，提出“活性指數”，用H表示，其含義為：

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由上式可見：未經表面活化處理的無機粉體，H=0，活化處理最徹底時，H=1.0,H變化范圍為0～1.0。將改性樣品放入清水中攪拌10min，然后觀察是否有沉淀和沉淀多少，如果在2天內無沉淀或沉淀很少，說明改性成功。改性劑的用量可根據“活化指數”來確定。最佳用量應是表面改性劑在顆粒表面上覆蓋單分子層的用量。大于此量，則將形成多層物理吸附的界面薄弱層，從而導致填充物的強度下降；低于最佳用量，則填料顆粒表面改性處理不完全。

液態表面改性劑使用前應稀釋，固態表面改性劑應配制成溶液。由于硅烷偶聯劑與水的作用是偶聯作用的基礎，大部分硅烷經水解后成為水溶液。因此，常用水作稀釋劑配成溶液使用。一般采用酸性溶液水解硅烷，常用的酸有鹽酸、醋酸、月桂酸等。對于水解產物易縮合的硅烷，其水溶液應在使用前臨時配制。

鈦酸酯偶聯劑用惰性溶劑，如白油、石油醚、變壓器油等稀釋，配成一定濃度的溶液。

鋯類偶聯劑的溶劑見表3-6-23。

用丙酮溶解硬脂酸制成溶液。

3.礦物填料表面改性工藝及設備

對礦物填料表面進行改性的方式有兩種。一種是礦物填料預先涂敷處理改性工藝，在填料與樹脂基料混合之前，先對礦物填料表面改性。另一種是所謂的整體處理工藝，將礦物填料和改性劑一起加入到樹脂基料中進行混合處理。

預先涂敷處理改性工藝所用的主要設備是高速混合（捏合）機（圖3-6-9）。

圖3-6-9　高速混合（捏合）機結構

1—回轉蓋；2—混合鍋；3—折流板；4—攪拌葉輪；5—排料裝置；6—驅動電機；7—機座

高速混合機工作時，高速旋轉的葉輪使物料連續地螺旋狀上、下運動，物料運動速度很快。快速運動著的顆粒之間相互碰撞、摩擦，使團塊破碎，物料溫度相應升高，使物料均勻分散和對改性劑均勻吸附。工作原理見圖3-6-10。

高速混合機的改性效果主要與葉輪的形狀和回轉速度、物料的溫度、物料在混合室內的充滿程度（即填充率）、混合時間、改性劑的加入方式和用量等因素有關。

填充率一般為0.5～0.7，對于高位式葉輪，填充率可達0.90

溫度是影響最終改性效果的重要因素之一，對于不同的礦物填料和所用的表面改性劑，加熱溫度高低也不同。

圖3-6-10　高速混合（捏合）機的工作原理

1—回轉蓋；2—外套；3—折流板；4—葉輪；5—驅動軸；6—排料口；7—排料氣缸；8—夾套

部分國產高速混合機主要技術參數見表3-6-26。

表3-6-26　部分國產高速加熱混合（捏合）機主要技術參數及生產廠家

4.硅灰石填料

重碳酸鈣、重晶石、滑石、硅灰石等被稱為白色非金屬礦物顏料、填料。其中，由于硅灰石具高長徑比和色澤白的特點，使其成為白色非金屬礦物填料的佼佼者。用經硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑表面改性的硅灰石粉料作填料，可明顯改善產品的性能。如作聚碳酸脂填料，其彈性模量是未填充時的3倍，強度大約增加15%，填充到聚乙烯、聚丙烯中，產品的拉伸強度、彎曲強度等機械力學性能明顯提高。表3-6-27和表3-6-28列出了硅灰石充填PVC硬板和尼龍1010的性能。

表3-6-27　硅灰石充填PVC硬板性能

表3-6-28　不同礦物填充尼龍1010性能對比

西北油漆廠用硅灰石粉代替部分鈦白粉或滑石粉，成功地應用到涂料中。

主要參考文獻

[1]　《非金屬礦工業手冊》編輯委員會，非金屬礦工業手冊（上、下冊），冶金工業出版社，1992。

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[5]　《礦產資源綜合利用手冊》編輯委員會，礦產資源綜合利用手冊，科學出版社，2000。

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[7]　李曉琴等，硅灰石質瓷質坯體焙燒過程物相變化研究，非金屬礦，1999.1期，P12～13。

表面改性劑

一、概 述

礦物的表面改性，主要是依靠改性劑在礦粒表面吸附、反應、活化、包覆或包膜實現的。因此，表面改性劑對于礦物的表面改性或表面處理具有決定作用。

常用于礦物表面改性的改性劑主要有各種偶聯劑、表面活性劑、有機聚合物、不飽和有機酸、有機硅、金屬氧化物及其鹽等。幾種改性劑的實用范圍和主要特點見表 4 － 1。幾種主要填料礦物的化學改性實踐見表 4 －2。

表 4 －1 幾種改性劑的實用范圍和主要特點

表 4 －2 幾種主要填料礦物的表面改性實踐

二、偶聯劑

( 一) 偶聯劑的作用機理

由于非金屬礦與塑料是兩種不同性質的物質，它們之間有很大程度上的不相容性，再加之非金屬礦與塑料等的彈性模量不一致，界面間易產生剪切應力，影響其復合材料的力學性能。偶聯劑能把兩種不同性質的物質通過化學作用或物理作用結合起來，即它能把無機填料和有機高分子基料兩種不同性質的物質緊密地結合起來。因此，偶聯劑也是無機物和有機物界面間的橋梁。

界面擴散理論認為，對作填料用的礦物進行改性處理時，所有的偶聯劑不僅親無機端應與填料表面以化學鍵結合，而且另一端還應能溶解、擴散于樹脂的界面區域，在其與樹脂大分子鏈發生糾纏或形成化學鍵，即偶聯劑的親有機端應含有較長的柔軟碳氫鏈，以使形成柔性的有利于應力松弛的界面層，提高其吸收和分散沖擊能，使復合材料具有更好的抗沖擊性。

表面能理論認為，礦物填料屬高能表面，為提高它和高聚物基體的相容性，必須借助偶聯劑的 － R 基降低其表面能。

( 二) 偶聯劑的種類

目前工業上用的礦物表面改性的偶聯劑，按其化學結構可分為三大類:

硅烷類: 適用于硅酸成分較多的無機填料: 玻璃纖維、石英粉、白碳黑、云母、粘土。

鈦酸酯類: 適用的無機填料較廣。

鋯鋁酸鹽偶聯劑。

1. 硅烷偶聯劑

( 1) 硅烷偶聯劑的結構

圖 4 －6 甲氧基及乙氧基硅烷偶聯劑的結構式

硅烷偶聯劑的通式為RSiX3。

通式中R代表與聚合物分子有親和力或反應能力的有機官能團，例:氨基—NH2，乙烯基—CH2CH，甲基—CH3，環氧基—CH—CH2，氰基—CN等，可與有機分子反應或物理纏繞。

X代表水解性基團，能為水解的烷氧基，例:甲氧基—OCH3，乙氧基—OC2H5等。硅烷偶聯劑的結構式如圖4－6所示。

X基團水解后，在一定的條件下能與無機物表面的化學基團(OH—)起反應，形成牢固的化學鍵。這種具有兩性結構的物質能把兩種性質的物質結合起來。

進行偶聯時，首先X基水解形成硅醇，然后再與無機填料表面上的羥基反應，形成氫鍵并縮合成—SiOM共價鍵(M表示無機填料表面)。同時，硅烷各分子的硅酸又相互締合形成網狀結構的膜覆蓋在填料表面，使無機填料有機化。

( 2) 硅烷偶聯劑的作用機理

經硅烷偶聯劑處理的填料或增強材料 ( 如玻纖) 在提高復合材料性能方面的顯著效果，早已得到確認，偶聯劑的作用機理目前有很多理論，其中化學鍵理論是最老但仍然是最著名的理論。該理論認為: 硅烷偶聯劑含有化學官能團，它的一端與硅質填料 ( 如玻璃) 表面的硅醇基團反應生成共價鍵; 另一端又能與樹脂生成共價鍵。并提出了簡單的偶聯機理模型，見圖 4 －7。

圖 4 －7 硅烷偶聯劑的作用機理模型圖( 據吳森紀等，1990)

硅烷偶聯劑的疏水基性質也符合“相似相親”的原則。有機官能團R為乙烯基和甲基丙烯酰基時，對不飽和的聚酯和丙烯酸樹脂特別有效;當R為環氧基團時，對環氧樹脂效果特好，同時也適用于不飽和樹脂。含氨基的硅烷能和環氧樹脂、聚氨酯發生化學反應，對酚醛樹脂和三聚氰胺樹脂的固體也有催化作用，故適用于環氧、酚醛、三聚氰胺、聚氨酯等樹酯;含巰基的硅烷對硫化橡膠的偶聯效果最佳，故含巰基的硅烷偶聯劑是橡膠工業應用最廣的品種。

親水基，也稱水解性基團，該基團遇水可分解變成活性基團硅醇(≡Si—OH)。通過硅醇和無機礦物表面反應，形成牢固的化學結合或吸附于礦物表面。當X為—OCH3和—OC2H5時，水解速度緩慢，且水解產物醇為中性物質，因此可用水為介質進行表面改性。因乙氧基的體積比甲氧基的大，乙氧基硅烷在水中的溶解度較小，所以，目前趨向采用含乙氧基類硅烷偶聯劑。除此以外，還以—OC2H4OCH3作X基團，不僅保留其水解性，而且還能提高水溶性、親水性，應用時更為方便。應用硅烷偶聯劑的方法有兩種:一是將硅烷配成水溶液，用它處理無機填料或顏料后，再與有機高聚物或樹脂混合，即預處理法;另一種方法是將硅烷與填料及有機高聚物基料混合(即遷移法)。前一種方法處理效果較好，而后一種工藝較簡單。

硅烷偶聯劑的用量與偶聯劑的品種及填料的比表面積等有關，可按下式計算:

偶聯劑的用量=填料量(g)×填料比表面積(m2/g)/單位質量偶聯劑的最小包覆面積(m2/g)。常見硅烷偶聯劑的名稱、化學結構及最小包覆面積見表4－3。

表4－3常見硅烷偶聯劑的名稱、化學結構及最小包覆面積

(據鄭水林，1995;吳森紀等，1990;略有改動)

硅烷偶聯劑可用于許多無機礦物填料或顏料的表面處理，其中對含硅酸成分較多的石英粉、玻璃纖維、白炭黑等的效果最好。

2.鈦酸酯偶聯劑

鈦酸酯偶聯劑是美國Kenrich石油化學公司在20世紀70年代開發的一類新型偶聯劑，至今已有幾十個品種，是無機填料和顏料等廣泛應用的表面改性劑。

鈦酸酯偶聯劑可用通式(RO)mTi—(OX—R’—Y)n表示。

式中:1≤m≤4，m+n≤6;其中:

RO是可水解的短鏈烷氧基，能與無機物表面羥基起反應，從而達到化學偶聯的目的。m是該基團數。

Ti是偶聯劑分子的核心，—TiO—為酯基和烷基轉移和交換功能基團，是鈦酸酯的有機骨架，和聚合物羥基間進行交換，起酯基和烷基轉移反應。鈦和氧的結合松弛，體系中的有機酸容易游離出來作催化或緩效劑影響反應。

OX可以是羧基、烷氧基、磺酸基、磷基等，這些基團很重要，決定鈦酸酯所具有的特殊功能，如磺酸基賦予有機物一定的觸變性;焦磷酰氧基有阻燃、防銹和增強黏結的性能;亞磷酰氧基可提供抗氧、耐燃性能等，因此通過OX的選擇，可以使鈦酸酯兼具偶聯和其他特殊性能。

R’是長碳鏈烷基，碳數常為12～18。它和聚合物的鏈發生纏繞作用，借助分子間的力結合在一起，從而可傳遞應力，提高沖擊強度、剪切強度和伸長率。此外，長鏈烴還可改變礦物的表面能，降低體系黏度，使高充填聚合物也能顯示出較好的熔融流動性，所以這種偶聯劑特別適用于聚烯烴之類的熱塑性樹脂。

Y為羥基、氨基、環氧基或末端氫原子等，這些活性基團連接在鈦的有機骨架上，能使偶聯劑和有機聚合物進行化學反應，通過偶聯劑使礦物和有機基體相結合。

n為官能團數目，當n2時，為多官能團的鈦酸酯，但m+n6。

根據分子結構及其偶聯機理，鈦酸酯偶聯劑分四種類型:單烷氧基型，單烷氧基焦磷酸酯型，螯合型和配位型。

(1)單烷氧基型鈦酸酯偶聯劑

適合于不含游離水，只含化學鍵合水或物理鍵合水的干燥填料如碳酸鈣，以及水合氧化鋁等。單烷氧基型鈦酸酯偶聯劑除含三乙醇胺基(既屬單烷氧基型又屬螫合型)、焦磷酸酯基兩類外，大多耐水性差，只能在有機溶劑中溶解和包覆粉體物料。操作方法一般如下:先將單烷氧基型鈦酸酯偶聯劑溶解在少量甲苯、二甲苯等烴類溶劑中，然后和粉體物料在室溫下攪拌均勻，適當升溫，在90℃左右繼續攪拌混合半小時以上，保證鈦酸酯偶聯劑與粉體表面偶聯作用。如果沒有條件加溫，偶聯作用在室溫下也能進行，只是比較緩慢，最好在室溫下攪拌2小時然后放置過夜后再使用。一般講，溶劑用量大，對粉體的包覆效果較好，但多余的溶劑必須除去。鈦酸酯偶聯劑用溶劑稀釋十分重要，它能使偶聯劑均勻包覆在粉體的表面。在實際生產中，根據具體情況，適量加入稀釋劑，才能達到均勻包覆的目的。

(2)單烷氧基焦磷酸酯基型偶聯劑

該類偶聯劑比一般單烷氧基型鈦酸酯耐水性好，適合于含濕量較高的礦物，如陶土、滑石粉等。在單烷氧基焦磷酸酯基型鈦酸酯偶聯劑中，除單烷氧基于礦物表面的烴基反應形成偶聯劑外，焦磷酸酯基還可分解形成磷酸，結合一部分水。

(3)螯合型

螯合型鈦酸酯偶聯劑具有極好的水解穩定性，適用于高含濕量填料和含水聚合物體系，且可在高溫狀態下使用。

螯合型鈦酸酯偶聯劑耐水性好，它可以溶解在有機溶劑中包覆粉體物料，也可以在水相中包覆粉體物料。但是，螯合型鈦酸酯偶聯劑大多不溶于水。一般可以采取3種方法使它分散在水相中:a.用高速分散器使之分散于水;b.使用表面活性劑使它分散于水;c.含有磷酸基、焦磷酸基及磺酸基的螯合型鈦酸酯可用膠類試劑使之季胺鹽化后溶解于水。

(4)配位型

配位體型鈦酸酯偶聯劑是為避免四價鈦酸酯在某些體系中的副反應，如在聚酯中的脂交換反應，在環氧樹酯中與烴基反應，在氨酯中與聚醇或異氰酸酯反應等而研制的。可見它適用多種礦物和聚合物，它對礦物的作用類似單烷氧基型鈦酸酯偶聯劑。

配位型鈦酸酯耐水性好。既可溶于有機溶劑后再包覆粉體物料，也可在水相中包覆粉體物料。配位型鈦酸酯大多數不溶解于水，通常使用表面活性劑、水性助溶劑使之溶解于水，或高速攪拌使其乳化分散在水中。

鈦酸酯偶聯劑的用量是要使鈦酸酯偶聯劑分子中的全部異丙氧基與無機填料或顏料表面所提供的羥基或質子發生反應，過量是沒有必要的。鈦酸酯偶聯劑的大致用量為填料或顏料用量的0.1%～3.0%左右。被處理填料或顏料的粒度越細，比表面積越大，鈦酸酯偶聯劑的用量就越大。最適當的用量可以用黏度測定法求得:高熔點的聚合物通常用低分子量的液體，如礦物油代替做模型試驗，鈦酸酯用量從填料重量的0.25%，0.5%，0.75%，1.0%，1.5%，2.0%及3.0%等做試驗，黏度下降最大點，就是較合適的鈦酸酯用量。

鈦酸酯偶聯劑在使用過程中應特別注意以下幾個問題:

1)嚴格控制使用溫度，防止鈦酸酯分解。

2)盡量避免與具有表面活性的助劑并用，因為它們會干擾鈦酸酯偶聯劑界面處的偶聯反應。如果必須使用這些助劑時，應在填料、偶聯劑和聚合物充分混合作用后再加入這些助劑。

3)加料順序應注意避免首先與酯類增塑劑接觸，以免發生酯交換反應而失效。

4)注意分散均勻。因鈦酸酯偶聯劑一般用量為0.5%～3%，不易與大量填料均勻混合，可采用適量稀釋劑及噴霧方法使其均勻分散混合。

5)注意技術結合，提高偶聯效果，如鈦酸酯與硅烷偶聯劑并用能產生協同效應。

三、表面活性劑

1.高級脂肪酸及其鹽

高級脂肪酸屬于陰離子表面活性劑，其分子通式為RCOOH。分子一端為長鏈烷基(C16～C18)，其結構和聚合物相似，因而與聚合物有一定的相容性;分子一端為核基，可與無機填料或顏料表面發生物理、化學吸附作用。因此，用高級脂肪酸及其鹽，如硬脂酸處理無機填料或顏料類似偶聯劑的作用，有一定的表面處理效果，可改善無機填料或顏料與高聚物基料的親和性，提高其在高聚物基料中的分散度。此外，由于高級脂肪酸及其鹽類本身具有潤滑作用，還可使復合體系內摩擦力減小，改善復合體系的流動性能。

無機填料或顏料常用的高級脂肪酸及其金屬鹽類表面處理劑有:硬脂酸、硬脂酸鈣、硬脂酸鋅等，用量約為填料或顏料重量的0.5%～3%，使用時可直接與無機填料、顏料混合分散均勻，也可將硬脂酸稀釋后噴灑在無機填、顏料表面，攪拌均勻后再烘干，除去水分。

2.高級胺鹽

屬于陽離子表面活性劑，其分子通式為RNH(伯胺)、R2NH(仲胺)、R3NH(叔胺)等。高級胺鹽的烷烴基與聚合物的分子結構相近，因此與高聚物基料有一定的相容性，分子另一端的氨基可與無機填料或顏料等粉體表面發生吸附作用。

非離子型表面活性劑對填充(或復合)體系的作用機理與各類偶聯劑相似。親水基因和親油基因分別與填料和高聚物基料發生相互作用，加強二者的聯系，從而提高體系的相容性和均勻性。二極性基團之間的柔性碳鏈起增塑潤滑作用，賦予體系韌性和流動性，使體系黏度下降，改善加工性能。如用高級脂肪酸聚氧乙烯醚類作處理劑對硅灰石粉進行的表面改性結果表明，改性后大大提高了硅灰石在PVC電纜中的填充性能。

除了上述表面活性劑外，磷酸酯也可用于無機粉體的表面處理，如單脂型磷酸酯用于滑石的表面包覆處理，可改進滑石粉填料與高聚物(如聚丙烯)的界面親和性，改善其在有機高聚物基料中的分散狀態，并提高高聚物基料對填料的潤濕能力。

四、不飽和有機酸

不飽和有機酸作為無機填料的表面改性劑帶有一個或多個不飽和雙鍵及一個或多個羥基，碳原子數一般在10個以下。常見的不飽和有機酸是:丙烯酸、甲基丙烯酸、丁烯酸、肉桂酸、山梨酸、2－氯丙烯酸、馬來酸、醋酸乙烯、醋酸丙烯等。一般來說，酸性越強，越容易形成離子鍵，故多選用丙烯酸和甲基丙烯酸。各種有機酸可以單獨作用，也可以混合使用。

五、有機硅

有機硅是以硅氧烷鏈為憎水基，聚氧乙烯鏈、氨基、酮基或其他極性基團為親水基的一類特殊類型的表面活性劑，俗稱硅油或硅樹脂。其主要品種有聚二甲基硅氧烷、有機基改性硅氧烷及有機硅與有機化合物的共聚物等。

六、無機表面改性劑

氧化鈦、氧化鉻、氧化鐵、氧化鋁等金屬氧化物常用作沉淀法(包膜)制備云母珠光顏料的表面改性劑;Al2O3、SiO2等常用做無機顏料的表面處理，以提高顏料的保光性、耐候性、改善著色力和遮蓋力等，如用SiO2包覆鈦白粉等。沉淀法表面包膜工藝常用無機表面改性劑，其改性的物料(基質)一般也是無機物。

例1:云母鐵

水解:FeCl3+3H20→Fe(OH)3+3H+

覆蓋:Fe(OH)3覆蓋在云母的表面

焙燒:Fe(OH)3→Fe2O3+3H2O→云母鐵

例2:云母鈦

工業生產中常用TiOSO4，TiOSO4在水解過程中，要產生一種偏鈦酸H2TiO3的物質，沉淀覆蓋在云母鱗片上，形成一層H2TiO3均勻的薄膜，再將覆蓋有H2TiO3薄膜的云母進行焙燒后，結晶出的TiO2晶體(金紅石型或銳鈦礦型)薄膜，形成云母鈦珠光顏料。其反應過程為:

水解:TiOSO4+H2O(水解)→TiO2·XH2O+H2SO4

覆蓋:TiO2·XH2O(水合TiO2)覆蓋在云母的表面

焙燒:TiO2·XH2O→TiO2結晶→云母鈦

工藝流程見圖4－8。

圖4－8 水解涂鈦法生產珠藝云母粉的工藝流程

七、覆膜用樹脂涂層劑

這是利用高聚物或樹脂等對粉體表面進行“覆膜”而達到表面改性的方法。如用酚醛樹脂或呋喃樹脂等涂敷石英砂以提高精細鑄造砂的黏結性能。這種涂敷后的鑄造砂既能獲得高的熔模鑄造速度，又能保持模具和模芯生產中得到高抗卷殼和抗開裂性能;用呋喃樹脂涂敷的石英砂用于油井鉆探可提高油井產量。

涂敷改性是一種對粉體表面進行簡單處理的方法。精密鑄造用的型砂可以用樹脂對原砂表面進行覆膜改性處理。根據覆膜工藝可分為冷法和熱法兩種。

1.冷法覆膜

冷法覆膜是在室溫下進行。其方法是:先將粉狀樹脂與石英砂混勻，然后加入溶劑(如工業酒精、丙酮或糠醛)，溶劑加入量根據混砂機是否封閉而定。對于封閉式混砂機，酒精用量為樹脂量的40%～50%;若混砂機不能封閉，則為70%～80%。加入溶劑后繼續混合到溶劑揮發完畢，將涂覆了樹脂膜的砂經干燥后，破碎和過篩即得覆膜砂產品。這種方法的有機溶劑耗量大，僅用于小規模生產。

2.熱法覆膜

是將砂子加熱后進行的包敷。方法是先將石英砂加熱到140～160℃，而后與樹脂在混砂機中混勻，其中樹脂用量為石英砂用量的2%～5%。這時樹脂被熱砂熔化，包覆在砂粒表面，隨溫度降低而變粘。此時加入烏洛托品水溶劑，使烏洛托品分布在砂粒表面，并使砂急冷(烏洛托品作為催化劑可在殼模形成時使樹脂固化)，再加硬脂酸鈣(防止結塊)混數秒鐘后出砂，然后粉碎、過篩、冷卻后即得覆膜砂產品。此法效果較好，適合大規模生產，但工藝控制較為復雜，并需用專門的混砂設備。精密鑄造中用作殼芯的樹脂覆膜砂配方實例見表4－4。

表4－4精密鑄造中用作殼芯的樹脂覆膜砂配方實例

鈦酸酯偶聯劑作用是什么？

鈦酸酯偶聯劑是70年代后期由美國肯利奇石油化學公司開發的一種偶聯劑。對于熱塑型聚合物和干燥的填料，有良好的偶聯效果；這類偶聯劑可用通式：ROO(4-n)Ti(OX-R’Y)n (n=2,3)表示；其中RO-是可水解的短鏈烷氧基，能與無機物表面羥基起反應，從而達到化學偶聯的目的；OX-可以是羧基、烷氧基、磺酸基、磷基等，這些基團很重要，決定鈦酸酯所具有的特殊功能，如磺酸基賦予有機物一定的觸變性；焦磷酰氧基有阻燃，防銹，和增強粘接的性能；亞磷酰氧基可提供抗氧、耐燃性能等，因此通過OX-的選擇，可以使鈦酸酯兼具偶聯和其他特殊性能；R’-是長碳鍵烷烴基，它比較柔軟，能和有機聚合物進行彎曲纏結，使有機物和無機物的相容性得到改善，提高材料的抗沖擊強度;Y是羥基、氨基、環氧基或含雙鍵的基團等，這些基團連接在鈦酸酯分子的末端，可以與有機物進行化學反應而結合在一起。應用在塑料行業，可使填料得到活化處理，從而提高填充量，減少樹脂用量，降低制品成本，同時改善加工性能，增加了制品光澤，提高了質量。

應用在橡膠行業，對填料改性可起補強作用，可減少橡膠用量和防老劑用量，提高制品耐磨強度和抗老化能力，其光澤也得到顯著提高。

應用在涂料行業，可增大顏料填料量，分散性能提高，具有防沉效果，可防發花，漆膜強度得到提高，色澤鮮艷，還具有催干特性，對烘漆還可以降低烘烤溫度和縮短烘烤時間。

應用在顏料行業，可使顏料分散性得到顯著改善。可縮短研磨分散時間、使制品色澤鮮艷。

應用在造紙行業，使碳酸鈣或滑石粉分散性得到提高，流失損耗大為減少，并提高其填充量，增強紙張強度，改善紙張印刷性能等。

應用在油田行業，可提高壓裂液的成膠性能，耐熱溫度及井下深度和滲透性能，對提高石油采收率效果顯著。

應用在磁材料工業，使磁粉分散性得到顯著改善，與帶基或載體的親和性增強，從而提高了其充填量，使磁密度增大，磁信號得到顯著提高。