当有机材料和无机材料共混时，有机硅在两种材料表面显示出亲和力。有机硅的这种双向功能，被称为硅烷分子的双向反应。硅烷通过化学作用，在有机物和无机物两种材料的缝隙间搭起了桥梁。由于硅烷的作用，两种材料形成了持久的化学粘接，因此提高了矿物复合材料的耐久性能。当有许多其它材料共混时，硅烷被称为偶联剂，是唯一具用双向反应的材料，在不同材料间搭起桥梁。 

硅烷在矿物填料中的作用最有代表的结构用RnSi(OR’’)4-n表示。有机基团R是个功能性基团，它被选来与有机高分子材料相互兼容或与聚合物材料发生反应。水解基团OR’’,可以是氯基,但通常为了处理更方便,都是带有甲氧基或乙氧基。在最常见的产品中,写在下方的n等于1,这个分子结构就成为三烷基的硅烷。从硅烷商业化开始至今，三烷基硅烷一直成为主要的工业产品。我们将在后面看到，使用双烷基或单烷基的硅烷材料也有许多优势，可以减少它们的VOC潜能。目前，不同的供应商可以提供不同要求的硅烷，参与有机反应。仅道康宁公司就有近90种产品，划分成普通材料、特种产品和开发产品三个类型。 

硅烷偶联剂的功能从几个方面进行说明。首先是化学交互作用，更准确说是化学反应，硅烷中带的有机基团和有机高分子材料的相容性是非常重要的，但对矿物填料和高分子材料的化学联结来说这并不是必需的。由于这个原因，应该对硅烷进行选择，保证选择的硅烷能提供矿物填料和高分子材料最适宜的化学粘结性能。第二，硅烷的作用可以用相互贯穿的网络理论来解释。这种被称为IPN的理论被广泛采用，用来解释有机物和无机物的粘合机理。IPN理论的实质内容是：硅烷在高分子材料中提供一个三维空间网络传播功能，促使两种不同材料接触面积的增加和缠结分子网络的增加（见示意图）。为形成这种三维空间网络，硅烷首先与填料表面发生反应，然后与其他硅烷分子反应，形成硅氧烷网络。在这个网络中，有很多有机反应点,是由烷氧基硅烷的R基团带来的。 

研究实践提供了一个用烷氧基进行表面处理的硅氧烷网络范围的估算。在矿物填料表面的分子层中有一个共有原子价的界面存在，这就是其他烷氧基硅烷网络嵌入的界面，称为化学吸收作用或化学吸附层网络，这两种术语经常被用来描述表面相邻的10到20分子层能保持优势的截面。这种观点称，自由的硅氧烷网络允许大量的分子渗透到高分子材料中。但是，化学吸附层彼此形成的化学界面是硅烷耐久层。最终，在化学吸附层表面大量的硅烷仅仅是与这些材料表面相关联，并不参与化学反应，这个被我们称为物理吸着或物理吸附层，它将从表面一直延伸到200层分子。 

这些反应的基本原理就是硅烷中能够水解的烷氧基部分与矿物填料反应的机理。一旦这些烷氧基硅烷在水解、潮湿或水相的环境中时，就会形成硅氧烷界面。这些烷氧基界面是形成大多数表面粒子的基础。幸运的是，很多天然的或合成的矿物填料具有某些硅酸盐或硅氧烷的特性，这是硅烷和这些矿物填料表面进行反应的共有反应点。同时，潮湿的矿物也有助于促进与硅烷的反应。因此，矿物表面提供的与硅烷具有一定水平的反应是很重要的因素，有助于矿物与硅烷形成网络基础，并且这些表面反应能够和硅烷分子内作用的浓缩反应进行合理的竞争，或者说硅烷将被消耗形成硅氧烷，而不是嵌入表面。