CN115110318A - 一种环氧基硅烷偶联剂水解液及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种环氧基硅烷偶联剂水解液及其制备方法和应用。本发明的环氧基硅烷偶联剂水解液的制备方法，包括如下步骤：S1：将环氧基硅烷偶联剂与水混合进行水解反应，得到预水解液；S2：对预水解液进行预冷，随后向预水解液中滴加pH调节剂进行酸化反应，得到环氧基硅烷偶联剂水解液。本发明的环氧基硅烷偶联剂水解液能够提高玻璃纤维布及树脂基复合材料的机械强度，树脂涂层的粘接强度和耐水性优异，在湿态下具有较高的强度保留率，从而有利于提高环氧树脂型集成电子材料和印刷电路板的湿态电气性能。
Description
技术领域
本发明涉及偶联剂技术领域，尤其是涉及一种环氧基硅烷偶联剂水解液及其制备方法和应用。
背景技术
硅烷偶联剂是一类具有特殊结构的低分子有机硅化合物，同时具有可与无机材料和有机材料相结合的反应基团，可在界面之间架起分子桥，将两种性质不同的材料偶联在一起，提高了界面层的黏接强度。因此，可以通过用硅烷偶联剂预处理填料、玻纤或直接将硅烷偶联剂掺杂到树脂、填料、纤维中来提高复合材料的力学性能和耐水解性能。
环氧基硅烷偶联剂因含有环氧基，使其表现出优异的理化性能。环氧基硅烷偶联剂能够提高玻璃纤维复合材料的机械强度，改善无机填料与树脂之间的相容性和黏接性，提高树脂对各类基材(如玻璃、混凝土、石料、合金等)的干、湿态黏接力，此外还能有效提升涂料的附着力、防污力及防氧化黄变等。然而，现有的环氧基硅烷偶联剂对复合材料机械强度的提高幅度有限，特别是在湿态下的强度保留率较高，从而不利于实际应用。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环氧基硅烷偶联剂水解液及其制备方法和应用，该环氧基硅烷偶联剂水解液能够显著提高复合材料的机械强度，此外在湿态下具有较高的强度保留率。
本发明提供一种环氧基硅烷偶联剂水解液的制备方法，包括如下步骤：
S1：将环氧基硅烷偶联剂与水混合进行水解反应，得到预水解液；
S2：对预水解液进行预冷，随后向预水解液中滴加pH调节剂进行酸化反应，得到环氧基硅烷偶联剂水解液。
研究发现：在对环氧基硅烷偶联剂进行预水解后，通过对预水解液进行预冷，可以使水解和缩聚达到平衡的状态，在此基础上进行酸化二次水解，能够大大提高复合材料的机械强度，特别是在湿态下具有较高的强度保留率；该环氧基硅烷偶联剂水解液的分子结构中含有环氧基官能团和三个可水解的甲氧基，从而能够提高有机树脂对无机表面的粘合性能以及树脂基复合材料的力学性能，此外还能提高树脂涂层的粘接强度和耐水性等性能。
在本发明中，环氧基硅烷偶联剂与水的质量比可以为100：(15-25)。
在本发明中，可以在搅拌条件下进行水解反应，搅拌速度可以为300-400r/min；此外，水解反应温度可以为5-15℃，水解反应时间可以为40-80min。
在本发明中，对预水解液进行预冷时的预冷温度可以≤5℃，预冷温度例如0-5℃，预冷时间可以为24-48h。
在本发明中，滴加pH调节剂使水解反应液的pH值为3-4；pH调节剂可以为乙酸；环氧基硅烷偶联剂、水和乙酸之间的质量比可以为100：(15-25)：(4-6)。
在本发明中，可以在搅拌条件下进行酸化反应，搅拌速度可以为300-400r/min；此外，酸化反应温度可以为20-25℃，酸化反应时间可以为40-80min。
本发明还提供一种环氧基硅烷偶联剂水解液，按照上述制备方法制得。
本发明还提供上述环氧基硅烷偶联剂水解液在制备玻璃纤维布中的应用。
本发明的实施，至少具有以下优势：
1、利用本发明环氧基硅烷偶联剂水解液制备的玻璃纤维布在拉伸强度等方面明显优于现有常规硅烷偶联剂制备的玻璃纤维布，该环氧基硅烷偶联剂水解液提高了玻璃纤维布增强复合材料的机械强度，在湿态下具有较高的强度保留率；
2、本发明的环氧基硅烷偶联剂水解液能够提高有机树脂对无机表面的粘合性能以及树脂基复合材料的力学性能，此外还能提高树脂涂层的粘接强度和耐水性等性能；
3、本发明的环氧基硅烷偶联剂水解液能够提高树脂与底材、无机填料的粘合力，进而提高环氧树脂型的集成电子材料和印刷电路板的湿态电气性能。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例采用的原料如下：
环氧基硅烷偶联剂(原液)：购自陶氏化学(上海)有限公司。
实施例1
本实施例的环氧基硅烷偶联剂水解液的制备方法如下：
1、水解反应
将环氧基硅烷偶联剂与去离子水按质量比100：20混合后投入反应装置中，在搅拌条件下进行水解反应，搅拌速度为350r/min，水解反应温度为10℃，水解反应时间为60min，得到预水解液。
2、酸化反应
将预水解液在0℃下放置24h进行预冷，随后将乙酸滴加进预水解液中，中和至预水解液的pH值为3左右，再在搅拌条件下进行酸化反应，搅拌速度为350r/min，酸化反应温度为20℃，酸化反应时间为60min，得到环氧基硅烷偶联剂水解液。
实施例2
本实施例的环氧基硅烷偶联剂水解液的制备方法如下：
1、水解反应
将环氧基硅烷偶联剂与去离子水按质量比100：15混合后投入反应装置中，在搅拌条件下进行水解反应，搅拌速度为300r/min，水解反应温度为15℃，水解反应时间为80min，得到预水解液。
2、酸化反应
将预水解液在4℃下放置48h进行预冷，随后将乙酸滴加进预水解液中，中和至预水解液的pH值为4左右，再在搅拌条件下进行酸化反应，搅拌速度为300r/min，酸化反应温度为25℃，酸化反应时间为40min，得到环氧基硅烷偶联剂水解液。
实施例3
本实施例的环氧基硅烷偶联剂水解液的制备方法如下：
1、水解反应
将环氧基硅烷偶联剂与去离子水按质量比100：25混合后投入反应装置中，在搅拌条件下进行水解反应，搅拌速度为400r/min，水解反应温度为5℃，水解反应时间为40min，得到预水解液。
2、酸化反应
将预水解液在5℃下放置36h进行预冷，随后将乙酸滴加进预水解液中，中和至预水解液的pH值为3.5左右，再在搅拌条件下进行酸化反应，搅拌速度为400r/min，酸化反应温度为20℃，酸化反应时间为80min，得到环氧基硅烷偶联剂水解液。
对照例1
本对照例以实施例1的环氧基硅烷偶联剂原液作为对照。
对照例2
本对照例以实施例1制备的预水解液作为对照。
对照例3
本对照例的环氧基硅烷偶联剂水解液的制备方法如下：
1、水解反应
将环氧基硅烷偶联剂与去离子水按质量比100：20混合后投入反应装置中，在搅拌条件下进行水解反应，搅拌速度为350r/min，水解反应温度为10℃，水解反应时间为60min，得到预水解液。
2、酸化反应
将乙酸滴加进上述制备的预水解液中，中和至预水解液的pH值为3左右，再在搅拌条件下进行酸化反应，搅拌速度为350r/min，酸化反应温度为20℃，酸化反应时间为60min，得到环氧基硅烷偶联剂水解液。
试验例1
按常规方式采用各实施例和对照例的环氧基硅烷偶联剂制备玻璃纤维布，采用如下方法对玻璃纤维布进行检测：
A、厚度：
使用厚度仪进行厚度检测；操作前按归零键将厚度仪归零，随后将玻璃纤维布样品放置在厚度仪转动轴中间，读取液晶显示屏上的读数，即为玻璃纤维布的厚度。
B、AP值：
采用透气度机进行AP值检测；将玻璃纤维布平整地放在透气度机的透气测试区，按下手柄后的显示值即为透气度值(AP值)；透气度测试要求：测试幅宽方向左、中、右三个点距离布边10cm位置，测试结果以三点中最高值判定。
C、拉力强度；
将玻璃纤维布裁切成长×宽为Xcm×Ycm的备用样品待测；将备用样品夹于拉力机的夹头上测量经向拉力强度和纬向拉力强度。
D、含浸性：
从玻璃纤维布上取样切取左、中、右三块布样(布样尺寸为X1cm×Y1cm)；将苯甲醇倒入托盘，再将取好的布样轻轻平放入托盘使其完全浸没于液面以下，同时按下秒表开始计时；待苯甲醇中布面完全消失时，取出布样，同时按下秒表记下显示时间；含浸性为左、中、右三块布样时间的平均值。
玻璃纤维布的质量参数检测结果见表1。
表1各玻璃纤维布的质量参数检测结果
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种环氧基硅烷偶联剂水解液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将环氧基硅烷偶联剂与水混合进行水解反应，得到预水解液；
S2：对预水解液进行预冷，随后向预水解液中滴加pH调节剂进行酸化反应，得到环氧基硅烷偶联剂水解液。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，环氧基硅烷偶联剂与水的质量比为100：(15-25)。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，水解反应温度为5-15℃，水解反应时间为40-80min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，预冷温度≤5℃，预冷时间为24-48h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，滴加pH调节剂使水解反应液的pH值为3-4。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，pH调节剂为乙酸。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，酸化反应温度为20-25℃，酸化反应时间为40-80min。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在搅拌条件下进行水解反应和酸化反应，搅拌速度为300-400r/min。
9.一种环氧基硅烷偶联剂水解液，其特征在于，按照权利要求1-8任一所述的制备方法制得。
10.权利要求9所述的环氧基硅烷偶联剂水解液在制备玻璃纤维布中的应用。
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