有机金属酯类偶联剂（钛酸酯、锆酸酯和铝酸酯）是以4价（钛、锆）或3价（铝）金属为中心原子，在同一化合物分子结构中同时具有无机反应性基团和有机反应基团的一类偶联剂（架桥剂）。它们虽然与硅烷偶联剂一样在同一分子结构中都接有4个反应基团（铝酸酯除外，铝为3价金属，因此铝酸酯结构中只有3个反应基团），但有机金属酯类偶联剂中的3个官能团（铝是2个）是有机反应基团Y，而硅烷偶联剂只有1个Y基团。同时，有机金属酯类偶联剂是通过质子化反应与填料或底材表面进行反应，不需要填料表面一定要有羟基（硅烷偶联剂有此限制），也不需要预水解或填料表面需残留水份（硅烷偶联剂有此要求）。有机金属酯类偶联剂基本适用于所有类型的填料和颜料，无论它们表面是否含有羟基，对炭黑、石墨、碳酸钙、硫酸钡等硅烷偶联剂无法改性的填料也有不错的效果。

Capatue^TM有机金属酯类偶联剂与硅烷偶联剂的比较

Capatue^TM有机金属酯类偶联剂的作用机理

有机金属酯类偶联剂（钛酸酯、锆酸酯和铝酸酯）是以4价（钛、锆）或3价（铝）金属为中心原子，在同一化合物分子结构中同时具有无机反应性基团和有机反应基团的一类偶联剂（架桥剂）。它们虽然与硅烷偶联剂一样在同一分子结构中都接有4个反应基团（铝酸酯除外，铝为3价金属，因此铝酸酯结构中只有3个反应基团），但有机金属酯类偶联剂中的3个官能团（铝是2个）是有机反应基团Y，而硅烷偶联剂只有1个Y基团。同时，有机金属酯类偶联剂是通过质子化反应与填料或底材表面进行反应，不需要填料表面一定要有羟基（硅烷偶联剂有此限制），也不需要预水解或填料表面需残留水份（硅烷偶联剂有此要求）。有机金属酯类偶联剂基本适用于所有类型的填料和颜料，无论它们表面是否含有羟基，对炭黑、石墨、碳酸钙、硫酸钡等硅烷偶联剂无法改性的填料也有不错的效果。

有机金属酯类偶联剂（以钛酸酯为代表）的化学结构：

(1) RO = 可水解基团或能够与基材表面的羟基或自由质子反应的基团。有机金属酯类偶联剂主要通过配位机理与填料表面的自由质子反应，不产生副产物。不像硅烷反应那样需要水和基材表面的羟基，自由质子存在于几乎所有的三维粒子上，这使得有机金属酯类偶联剂具有更加广泛的用途。

(2) Ti, Si = 有机金属中心原子，硅、钛、锆或铝。由于Ti-O (或Zr-O、Al-O)的结合键能较低，能自由游离，这使得有机金属酯类偶联剂具有酯交换、烷基交换的反应活性和一些其它催化活性（如Repolymerization）；但Si-C 的键能较强，没有此类反应活性。

(3) X =提供粘接性、吸附性的一些基团如磷酸酰氧基、焦磷酸酰氧基、磺酰基、 羧基等，赋予膨胀、阻燃、防锈、季铵盐化、游离、电子交换控制等功能。

(4) R' = 热塑性基团，如脂肪族基团、非极性的异丙氧基、丁基、辛基、异硬脂酰基；或环烷基的、中等极性十二烷基苄基等；或芳香族基团如苯基、异丙苯基等。这一部分提供对长碳链的范德华缠绕，从而使热塑性塑料的抗冲击强度和扯断伸长率得到明显提高；为改善加工流变性能提供了良好的内润滑；提供了超塑化效应以及聚合物的相容性。

(5) Y = 具有热固性反应活性的基团，如氨基、环氧基、乙烯基、巯基、甲基丙烯酰氧基等，提供了对相应热固性树脂的反应活性。

(6) 4-n =1、2或3官能团。 杂化钛（锆）酸酯可以含有1摩尔的（功能3）羧基、（功能4）脂肪族异硬酯酸酰氧基配位体和2摩尔的（功能3）羧基、（功能5）丙烯酰氧基配位体。

Capatue^TM有机金属酯类偶联剂（以钛酸酯为代表）的类型及特性

Capatue^TM有机金属酯类偶联剂的4种主要功能

一、偶联架桥和附着力促进

有机金属酯类偶联剂通过偶联、架桥作用来活化填料、颜料，改善其在树脂中的分散，提高填料填充的塑料制品的抗冲击、扯断伸长率等力学指标和加工流变性。同时钛（锆、铝）酸酯也可用作油漆、涂料、油墨、胶粘剂、密封胶的附着力促进剂，用以提高涂层与金属、塑料（需预处理）、玻璃和其它一些底材的粘接力。它通知在树脂涂层与底材之间进行架桥而实现上述功能。

二、交联作用

钛（锆、铝）酸酯可用作交联剂，用以提高油漆、涂料、油墨、胶粘剂、密封胶及其它聚合物的物性。它甚至可以用于油田压裂液中瓜尔胶的交联。

三、催化作用

钛（锆、铝）酸酯是一种高效的催化剂，可用途多种反应的催化：酯化、酯交换、缩合和加成反应等。

四、表面改性

钛（锆、铝）酸酯可用于无机材料和有机材料的表面改性，既可单独使用，也可与其它材料一起用水解（溶胶-凝胶）或热解工艺在材料表面形成相应的金属氧化物涂层，以达到表面性的作用。有机钛（锆、铝）酸酯因此也可作为一种氧化钛（锆、铝）颜料或纳米级粉体的一种合成原料。

Capatue^TM有机金属酯类偶联剂的用途与功效

 Capatue^TM有机金属酯类偶联剂的作用举例 

Capatue^TM有机金属酯类偶联剂的推荐用量

有机金属酯类偶联剂的理论最佳用量是使偶联剂分子中的全部烷氧基与颜、填料所提供的羟基或质子发生反应而形成有机单分子层，这个用量可以通过偶联剂的摩尔质量、单位摩尔质量的包覆面积和填料的比表面积计算而得。但实际工程应用中，这种包覆不可能达到单分子层和100%，实际存在的情况是有可能有多分子层的包覆。工程应用中的一些经验规律如下，谨供参考：

1. 高填充量的情况下，或超细粉体粒径≤10µm、比重≤2.5的无机颜、填料，在用预处理方法进行改性时其用量一般用是颜、填料0.4~1.2%（重量比）。

2. 低填充量的情况下，偶联剂用量一般是树脂的0.25~0.5%或无机颜、填料的0.5~1%，取两者的较大值。

3. 在不填充的树脂中使用，偶联剂用量一般是树脂重量的0.25~0.5%。

4. 表面积小的粗颗粒及纤维等，偶联剂用量一般是无机物重量的0.1~0.3%。

5. 超细且有较大孔隙的细颗粒如碳黑以及某些二氧化硅等，偶联剂用量一般是填料的1%。

6. 最合适的用量可以用粘度测定法测定，即将大量的欲处理的粉体与矿物油或其它有机溶剂共混，测定不同用量偶联剂条件下各粉体/矿物油体系的粘度，能使体系粘度最低者的偶联剂用量就是这种粉体的最适宜偶联剂用量。

7. 总则：A. 有机金属酯类偶联剂的用途较广，使用方法各异，各配方工程师对产品的性能和成本要求不一，因此用户应在上述推荐用量基础上进行实验，以确定最优性价比条件下的最佳用量。B. 有机金属酯类偶联剂的添加量在一般的合理范围内（0.1~2.0%）随着用量的增加而性能越好，但用量超过合理范围可能适得其反。C. 颜、填料的粒度愈细，孔隙越多，表面积愈大，偶联剂的用量就愈多。

Capatue^TM有机金属酯类偶联剂的使用方法

一、粉体预处理法（干法）

本方法是利用高速搅拌、混合设备对干粉施以剪切力等外力带动其高速运动，干粉在三维空间上高速运动的过程中相互碰撞、摩擦，从而将少量的有机金属酯类偶联剂分散均匀，包膜完全。偶联剂（低粘度品种）或其溶液（高粘度品种）以喷洒（可采用无空气喷枪）或滴加方式加入，避免一次性集中加入。搅拌时间10~15分钟,适当升温（100~120℃）可加速偶联反应的发生并使并使之反应彻底。

注意事项：

1.如配方中还有硬酯酸、硬酯酸盐、硅油或其它表面活性剂、润滑剂，应最先加入偶联剂，待活化完成后再加入其它助剂，以免其它助剂与偶联剂争夺填料的表面、影响偶联效果。

2.单烷氧型钛酸酯偶联剂（TCA-K9S、K12、KTTT、KTTO、K38S、K44等）对于水十分敏感，易水解而失效，因此需要在添加前先将填料烘干或在高搅机中搅拌几分钟以升温除去过多的不分，然后再加入，以防止偶联剂过早加入而与填料上过多的水分反应水解而失效或降低其效果。

3.含水量较高的填料改性可采用耐水性较好的单烷氧焦磷酸基偶联剂TCA-K38S或螯合型偶联剂TCA-K238S 等。

4.低粘度的偶联剂可以不经稀释直接使用，高粘度的可采用乙醇、异丙醇等无水溶剂等挥发型溶剂或白油、液体石蜡、增塑剂DOP等不挥发性液体进行稀释，稀释比较不易过大，1：1的比例较为常用。如填料是最终用于塑料、橡胶等固体产品，低沸点的溶剂会在挤出、炼胶、硫化等过程中挥发出来而形成气孔，因此必须彻底清除，有必要的情况下可延长高速搅拌的时间或单独进行烘烤。

5. 良好的搅拌和混合效果对偶联剂的均匀分散至关重量，建议转速在800转/分钟以上，并适当的延长搅拌时间。提高转速、延长搅拌时间、使用溶剂稀释、增加偶联剂用量等都可以改善偶联剂的分散和最终的使用效果，但过度使用这些方法会带来电力能耗的增加或材料成本的增加，客户应进行综合平衡。

6. 偶联剂活化后的填料性质稳定，可以长期储存，但也应保持干燥、避免受潮。

二、粉体预处理法（湿法、泥浆法）

对于一些在水体中进行加工与合成的粉体材料如轻质碳酸钙、沉淀法白碳黑、化学合成法氢氧化镁等，可将水性的有机金属酯类偶联剂直接加入到泥浆或经压滤后形成的滤饼中进行混合、分散。水性偶联剂在水相中可实现最均匀的分散，最后在干燥、受热的条件下实现很好的偶联。这一方法能实现最佳的分散效果，并能结合工厂现有的工艺条件，不增加设备投资。

注意事项：

1. 采用本工艺时，只能选用水性偶联剂，易水解的单烷基钛酸酯不能使用。

2. 若偶联剂在压滤前添加，在压滤过程中可能会有相当部分的偶联剂会流失，在确定其用量时要将此因素考虑在内，予以适当提高。如有可能，尽量在加滤后添加。

三、简单共混法（用于塑料、橡胶等行业）

本方法是将偶联剂直接与树脂和填料一起共混，不进行填料的预处理。先按比例（通常树脂与填料之比70:30到30:70之间，偶联剂对填料的比例为0.8-1.2%之间）将树脂、填料和偶联剂（必要时可加入一定量的稀释剂）进行混合搅拌，充分均匀后再加入其它助剂进行混合。此种方法的优点是工艺简单，无需增加设备投资，特别是当偶联剂为粉体时效果更好；缺点也很明显——偶联剂的分散效果和改性效果比之预处理法要稍差，但在有一些情况下还是可行和可以接受的。

四、内添加法（用于涂料、油墨行业）

有机金属酯类偶联剂通常作为后添加剂用于涂料和油墨中，一般在最后工续阶段添加即可，可将偶联剂用少量溶剂（对于水性偶联剂用于水性涂料就直接采用水作溶剂）如异丙醇、甲苯等稀释后加入体系中，并辅之以必要的搅拌。若在砂磨阶段加入，效果更好，能实现对颜、填料更好包覆。

二乙酰丙酮基有机金属酯类偶联剂（如TCA-AA75、TCA-PI2等）用于涂料和油墨中时，应在生产的最后工续添加，添加时的体系温度最好不要超过40℃。低表面能的底材(如PE、PP等)，需要经过必要的表面处理以使表面能达到40达因以上为宜。同时，油墨/涂料涂装后要经60℃/10分钟以上烘烤，以使本品的偶联/架桥作用能充分发挥作用。

五、打底法（用于涂装、粘接）

有机金属酯类偶联剂本身不是胶粘剂，大部分情况下是作为一种附着力添加剂用于胶粘剂中，但有时候也可提高一些聚合物（如聚烯烃、PET、橡胶等）对金属、玻璃、陶瓷等材料的附着力。可以用醇、苯等有机溶剂将偶联剂稀释至5~10%，再将些溶液涂刷至需要处理的基材上，基材最好经过120℃烘烤5~10分钟。最好将处理的基材涂上胶粘剂进行粘接，或直接与聚合物进行热复合。在此种应用中可以在配方中添加一些有机功能硅烷（即硅烷偶联剂），可取得更好的偶联和促进附着的效果。