硅烷偶聯劑同時含有親有機的碳官能團和親無機的硅官能團，能在無機與有機界面之間形成分子架橋，從而起到化學增粘、增強、增容、改善復合材料性能的作用。硅烷偶聯劑可以用[Q-R’-Si(R)nX(3-n)]來表示，X為可水解縮合的硅官能團，Q為有機官能團(碳官能團)，R為以硅-碳鍵合的隋性烴基，R’為將硅官能團X和碳官能團Q鍵合起來的惰性連接基團。 目前硅烷偶聯劑市場的主打產品分子量均小，多屬油溶性，不能在水中均勻分散穩定存在，使用前需在酸性條件下大量醇抑水解熟化成大分子，這一過程易受環境溫度、濕度、介質酸堿度、金屬雜質等多種條件影響，應用經驗性強，難以控制，因而有一定局限。多官能度的高分子硅烷偶聯劑使用前不需水解熟化，但基本仍是油溶性，不夠環保，不能直接以水為反應介質。隨著近年來溶膠-凝膠法制備功能雜化材料技術不斷發展，對硅烷偶聯劑的反應性、反應的可控性、重復性以及操作的方便性和環保性等方面都提出了更高的要求，因而有必要將小分子硅烷偶聯劑進行高官能度化、高分子化和水溶性化。 3.2 從油溶性、小分子到水溶性、高分子 油溶型小分子硅烷偶聯劑的高分子化、多官能化與水性化是通過硅氫加成及酸性硅烷平衡反應將親水基團、多個特定的硅官能團、碳官能團以及與基材結構相似的高分子橋聯基團直接與聚硅氧烷鏈連接實現的。 小分子硅烷偶聯劑的高分子化有四種方法：(1)將多烷氧基硅基接枝在有機碳高分子鏈上;(2)將多烷氧基硅基接枝在有機硅高分子鏈上;(3)將多烷氧基硅基接枝在有機硅、有機碳的高分子嵌段共聚物鏈上;(4)以上三種所得的大分子或高分子硅烷偶聯劑再與小分子硅烷偶聯劑或改性大分子硅烷偶聯劑進行反應型改性。所得分子量一般大于10000，甚至可達30000以上。 上述過程中引入多個不同的硅官能基即可同時實現高分子化與多官能化。從D4/DMC、小分子硅烷偶聯劑、含氫硅油、含活性官能團的碳系有機單體等單體開始，通過硅氫加成、共聚/縮聚/接枝等方式，根據最終產品的應用性能，將小分子硅烷偶聯劑硅系有機高分子化、碳系有機高分子化和硅系-碳系有機雜化高分子化以及進一步的官能團修飾即可得到含兩類官能團的高分子硅烷偶聯劑。 由于硅官能基及碳官能基均具有反應活性，與水中的活潑氫接觸會發生反應，因而要得到能在水中均勻分散穩定存在的硅烷偶聯劑，必須妥善保護這些活性官能團，使其在抵達基材表面之前不會發生自身交聯或與水羥解失活。小分子硅烷偶聯劑的水性化是從單體的親水預聚開始，到親水擴鏈，再進一步酸性水分散擴鏈，逐級形成大分子、高分子的親水性共價鍵合體系，同時實現硅烷偶聯劑的多官能化、高分子化和水溶性自乳化。 水溶性高分子硅烷偶聯劑主、側鏈上的親水基團、碳官能團與硅官能團的種類、數量及分布可根據應用需求來設計，以期獲得針對不同基材表面的潤濕滲透性能優異、能常溫固化的獨特的新型環境友好功能材料。 其中，n=15～150，R1：環氧烴基或三乙氧基硅基烴基或烷烴基，R2：聚醚1烴基或環氧基烴基或三乙氧基硅基烴基或烷烴基，R3：烷烴基或聚醚1烴基，R4：三乙氧基硅基烴基或異氰酸酯烴基，R5：環氧基烴基或三甲氧基硅基烴基，R6：聚醚2烴基，R7：聚醚3烴基或三乙氧基硅基烴基，R8：聚醚4烴基，R9：多烯多胺基烴基或異氰酸酯烴基，除外，還可接含硫烴基、含氟烴基等。橋聯基團-[Bridge]-可為：聚甲基硅氧烷、丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂、環氧樹脂、聚氨基酸等。 為提高使用性能，水溶性高分子硅烷偶聯劑在合成設計時需考慮到：(1)根據需要增加硅官能團與碳官能團的品種和數目：水溶性高分子硅烷偶聯劑的硅官能團數目可達六、九、十二甚至若干，因而可用的前驅體數量巨大，偶聯交聯同時能進一步擴大前驅體網絡，使得可以雜化的不同性能材質的種類和數量幾乎無限，在溶膠-凝膠反應之后，分子表征可視為體型結構的橋聯聚倍半硅氧烷，而多個碳官能基團如羥烴基、巰烴基、氨烴基、羧烴基、烯烴基、環氧烴基、異氰酸酯烴基、氟烴基的引入則能增加硅烷偶聯劑前驅體網絡的應用適應性;(2)相應延長官能團與主鏈連接的-R臂，使官能基團盡量充分顯露在外，避免因空間位阻受到屏蔽;(3)引入與基材表面相似的基團、側鏈或大分子的橋聯結構來提高水溶性高分子硅烷偶聯劑與物料基材表面的相似性，使其容易與不同特質的基材共同形成網絡狀、體狀的聚硅氧烷溶膠-凝膠。 由于水溶性高分子硅烷偶聯劑能夠根據特定的應用場合被靈活地設計成特定的官能基團組合，因而能夠突破小分子硅烷偶聯劑官能基團單一且不溶于水的局限，將硅烷偶聯劑從現有的應用領域擴展到凡涉及有機-無機、有機-生物-無機等基材表面偶聯雜化改性、增進相似相容的領域，特別是以水為反應介質的場合如：制革、合成革、紡織整理;皮革、裘皮、毛紡制品水洗防縮水柔順護理;汽車、機械等金屬表面潤滑和防銹防腐處理;水性涂料及水性防水油墨附著力和耐水性能改善處理;納米粉體、中空玻璃珠等表面有機改性、抗水處理;石塑、木塑、塑鋼等復合材料改性;生物溶膠-凝膠雜化材料制備;LED、醫用人體植入材料、生物醫學工程等。
