[发明专利]一种偶联剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及有机化学合成技术领域，尤其涉及一种偶联剂及其制备方法和应用。

背景技术

偶联剂是一类具有两不同性质官能团的物质，其分子结构的最大特点是分子中含有化学性质不同的两个基团，一个是亲无机物的基团，易与无机物表面起化学反应；另一个是亲有机物的基团，能与合成树脂或其它聚合物发生化学反应或生成氢键溶于其中。因此偶联剂被称作“分子桥”，用以改善无机物与有机物之间的界面作用，从而大大提高复合材料的性能，如物理性能、电性能、热性能、光性能等。

碳纤维缠绕内胆复合气瓶主要由铝内胆和外部的包覆层组成，包覆层包括由内至外依次排列的轴向碳纤维层、周向碳纤维层和玻璃纤维层，在气瓶制造完成后，需在玻璃纤维上刷涂UV固化树脂(丙烯酸类)以改善外观，传统的处理方式是直接在玻璃纤维表面进行涂刷，但湿润状况不理想，表面有凹凸纹路，并且结合力差，使用过程中容易破落而影响产品质量。

发明内容

本发明提供了一种偶联剂，该偶联剂可以提高玻璃纤维和UV固化树脂的结合力，从而提高复合气瓶外观质量。

一种偶联剂，结构式如下所示：

其中R¹为烷基或苯基；R²为氢或甲基，n为1、2或3。

该偶联剂包含了两个特征基团，一个是可与玻璃纤维结合的硅氧键、另一个是可在紫外光下与丙烯酸双键键合的不饱和键。

优选的，所述的烷基为甲基或乙基；n为1；更优选为，R¹为甲基，R²为氢。

一种上述偶联剂的制备方法，包括：

将通式为R¹_n-Si-X_4-n的有机硅烷单体溶于水中，在碱性条件下水解后与有机溶剂混合，在酸性条件下酯化反应生成所述的偶联剂；其中X为卤素，优选为Cl，m为1、2或3。

有机硅烷单体可以选用，一甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、三甲基一氯硅烷等。可以是丙烯酸、甲基丙烯酸等。

有机硅烷单体在碱性条件下，极易水解生成不稳定的硅醇，以三甲基一氯硅烷为例，其反应式如下：(CH₃)₃SiCl+H₂O→(CH₃)₃SiOH+HCl

该硅醇在酸性条件下易发生缩聚反应，形成分子链中具有键能大而稳定的硅氧键的缩聚物，因此在水解过程中，需保证pH值维持在弱碱性，一般为大于7，小于12，更优选为8～10，温度控制在105～125℃，更优选为110～120℃。

在水解过程中，可以通过蒸馏除去多余的水平，水解完全后，加入有机溶剂和丙烯酸类单体，在酸性条件下发生酯化反应，反应温度控制在30～40℃，有机溶剂优选为甲苯。

本发明还提供了一种在碳纤维缠绕内胆复合气瓶表面加工涂层的方法，包括：

先用毛刷将偶联剂刷于碳纤维缠绕内胆复合气瓶的表面，在刷涂前优选对气瓶进行打磨，挥发不小于30s后，优选30～60秒后，将UV固化丙烯酸树脂(如本安亚大生产的UV-303A)刷涂于气瓶的表面，优选流平1～2分钟后进行UV固化。

上述偶联剂可以直接加在树脂内，然后刷涂在气瓶表面，UV固化后制得涂层，因此本发明又提供了一种应用于碳纤维缠绕内胆复合气瓶表面的涂料，以重量百分比计，原料组成为：

UV固化丙烯酸树脂        30～50％

权利要求1所述的偶联剂   50～70％。

该涂料可以直接涂于复合气瓶的表面，流平后直接UV固化，但对偶联剂的用量不好掌控，易造成浪费。

本发明偶联剂可显著改善UV固化树脂对气瓶表面的湿润效果，使气瓶成品表面更加平整，外形更美观，更重要的是能够增加气瓶表面与UV固化树脂之间的结合力，气瓶表面抗冲击剥离性能大幅提高。

附图说明

图1为本发明应用的复合气瓶的结构示意图；

图2为图1所示复合气瓶A局部放大图；

图3为采用实施例1偶联剂后喷涂涂层的剥离强度测试结果图。

具体实施方式

如图1所示，一种碳纤维缠绕内胆复合气瓶，包括铝制的内胆1和依次缠绕包覆在内胆1上的轴向碳纤维层2、周向碳纤维层3和玻璃纤维层4，内胆1主体结构包括中间的筒身和两端的封头，筒身和封头为一体成型，封头大致呈球面状，其中一个封头缩口形成进出气口，另一个封头封闭，且该封头所对应包覆层有工艺顶块6。