両性構造を持つ化学物質はカップリング剤である。その分子の一群は有機親和性の性質を示し、有機分子と化学的に相互作用することができるが、もう一群の分子は無機表面の化学基と反応して化学結合を形成する。非常に性質の異なる2つの物質を混ぜ合わせ、同時に反応させたり、重要な分子間接触を生じさせたりする。

充填ポリマー材料の機械的特性および性能指標は、適切なカップリング剤を選択することによって改善され、ポリマーマトリックス中の無機フィラーの分散状態を向上させることもできる。

シランカップリング剤選択の基本指針

有機ポリマーとの反応性は炭素官能基C-Yに由来するが、シランカップリング剤の加水分解率はケイ素官能基Si-Xに由来する。従って、様々な基材や加工品に適したシランカップリング剤を選択することが肝要である。

実験による事前選択は、選択の第一の方法であり、過去の知見や確立された手順に従って使用すべきである。例えば、不飽和ポリエステルは一般的にビニルシランを使用するが、エポキシ樹脂は一般的にCH2-CHCH2OやH2N-シランカップリング剤を使用し、フェノール樹脂は一般的にH2N-やH2NCONH-シランカップリング剤を使用し、硫黄加硫を行うゴムは一般的に炭化水素系シランを使用する。

濡れ性、表面エネルギー、界面層や極性吸着、酸やアルカリの影響、相互浸透ネットワーク、共有結合反応など、多くの要素が異なる材料間の接着性に影響を与えるためです。そのため、試験による事前選択だけでは不十分な場合があり、材料の組成やシランカップリング剤の反応に対する感度を注意深く考慮する必要もある。

シランカップリング剤にトリヒドロカルビルシランを添加することで、加水分解安定性を高め、改質コストを下げることができる。付着しにくい材料には、シランカップリング剤の架橋ポリマーを共用することもできる。シランカップリング剤がタッキファイヤーとして採用される場合、主にポリマーとの化学結合や水素結合を形成し、湿潤効果や表面エネルギー効果、ポリマーの結晶性の向上、酸塩基反応、相互貫入ポリマーネットワークの発達などの機能を発揮する。

すなわち、3つのシステムがビスコシフィケーションの中心である：

(1) 有機物と無機物の対比；

(2) 無機物から有機物へ；

(3) 有機物対有機物。

シランカップリング剤中のYの反応性とポリマー中に存在する官能基の反応性を優先させなければならない。したがって、シランカップリング剤は、シランカップリング剤自体およびその無機成分の親水性ポリマーに対して必要であるため、粘度を上げる際に採用されなければならない。

第二に、カップリング・エージェントの選択基準である。

• シランカップリング剤は、様々な金属の酸化物や水酸化物として採用することができ、ガラス繊維や石英、ウォラストナイトなどのケイ素含有フィラーに多く利用されているが、CaCO3には適していない。熱硬化性樹脂が樹脂の大部分を占める。
• チタネート系カップリング剤もガラス繊維に採用されることがあり、CaCO3、二酸化チタンなどのフィラーに頻繁に使用される。熱可塑性樹脂が樹脂の大部分を占める。
• 塩基性フィラーは酸性官能基を持つカップリング剤を、酸性フィラーは塩基性官能基を持つカップリング剤を選ぶべきである。
• カップリング剤の使用量チタン酸の使用量はフィラーの0.25～2%であることが多く、シランカップリング剤の使用量はフィラーの1%まで可能である。
• HStなどの特定の界面活性剤は、チタネートカップリング剤の性能に影響を与える可能性があるため、フィラー、カップリング剤、樹脂がよく結合した後に導入する必要があります。
• ほとんどのチタネート系カップリング剤では、エステル系可塑剤とのトランスエステル化反応が一般的である。そのため、この種のカップリング剤はカップリング剤の後に添加する必要がある。チタネート系カップリング剤とシラン系カップリング剤を併用すると、より相乗的に作用する。