一種非離子型碳纖維上漿劑的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明擬針對不同型號的雙酚A型環(huán)氧樹脂各自的特點，采用聚乙二醇對環(huán)氧樹脂進行改性，得到含有聚醚鍵的改性環(huán)氧樹脂，其乳液具有很好的穩(wěn)定性且對pH的變化適應性強，可作為碳纖維上漿劑使用。本發(fā)明涉及一種非離子型碳纖維上漿劑的制備方法。本方法以聚乙二醇和環(huán)氧樹脂為原料，加入催化劑進行開環(huán)反應，通過測定生成物的環(huán)氧值來確定反應終點，得到產物為含有聚醚鍵的改性環(huán)氧樹脂。本發(fā)明制備的非離子型碳纖維上漿劑，制備方法工藝簡單，成本低，可通過調整反應物的配比來控制環(huán)氧值的范圍和水溶解程度。
【專利說明】
一種非離子型碳纖維上漿劑的制備方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及一種非離子型碳纖維上漿劑的制備方法。該上漿劑的主要成分為聚乙 二醇改性環(huán)氧樹脂。
【背景技術】
[0002] 自20世紀80年代以來，以通用及高性能工程塑料為基體樹脂的熱塑性復合材料受 到廣泛重視。碳纖維作為高性能增強纖維，具有輕質高強的特性，一直是國防軍工乃至民用 的關注熱點。近幾年來，隨著碳纖維國產化進程的不斷推進，進一步降低了碳纖維的價格， 從而使碳纖維增強熱塑性復合材料有了更廣的應用空間。由于碳纖維是由有機纖維在惰性 氣氛中經高溫碳化而成的，碳纖維表面的活性基團較少，表面呈惰性，與樹脂基體的結合性 能較差，從而影響復合材料的使用性能。為此，通常需要利用上漿劑對碳纖維表面進行改性 處理。一方面，利用上漿劑中的活性官能團促進碳纖維與樹脂基體之間的結合;另一方面， 可以減少碳纖維在加工過程中由于反復摩擦而產生的毛絲現(xiàn)象。近幾年來，以水為溶劑或 為分散劑的水性上漿劑由于對環(huán)境無污染、在生產中能耗低等優(yōu)點而日益受到了人們的重 視。其中，水性環(huán)氧樹脂類上漿劑是指環(huán)氧樹脂以微粒或液滴的形式分散在以水為連續(xù)相 的分散介質中而制得的穩(wěn)定分散體系。根據制備方法的不同，環(huán)氧樹脂水性化主要有機械 法、相反轉法和化學改性法3種方法。用化學改性法可以制得自乳化型環(huán)氧樹脂類上漿劑， 無需外加乳化劑，制得上漿劑的分散相粒子尺寸大約在幾十到幾百納米間，貯存穩(wěn)定性好； 同時可以根據需求，用不同的改性劑使環(huán)氧樹脂獲得某種獨特的性能，這是用機械法和相 反轉法制備水性環(huán)氧樹脂類上漿劑無法比擬的。如朱方等利用化學改性法將二乙醇胺使環(huán) 氧樹脂部分開環(huán)，并用聚醚多胺進行擴脂乳液，及惠云珍等用丙烯酸和苯乙烯對環(huán)氧樹脂 進行接枝反應，然后用堿中和制得陰離子型水性環(huán)氧樹脂乳液，其分散相尺寸達到納米級， 貯存穩(wěn)定性良好。但用化學改性法制備的離子型水性環(huán)氧體系對pH的變化適應性較差，對 碳纖維上漿的柔韌性及耐水性也不理想。而用化學改性法制備的非離子型環(huán)氧樹脂類上漿 劑由于只含親水性聚氧乙烯鏈段，不含陰陽離子基團，因此上漿劑對pH的變化適應性強，同 時對碳纖維上漿的柔韌性及耐水性也有較大的提升。綜上分析，我國越來越重視環(huán)氧樹脂 類上漿劑的研究，應針對不同的用途，制備環(huán)氧值不同但水乳液穩(wěn)定的非離子型環(huán)氧樹脂 類上漿劑，使非離子型環(huán)氧樹脂類上漿劑的應用與發(fā)展有進一步的突破。
【發(fā)明內容】
[0003] 本發(fā)明擬針對不同型號的雙酚A型環(huán)氧樹脂各自的特點，采用分子量不同的聚乙 二醇對環(huán)氧樹脂進行水性化改性。
[0004] 本發(fā)明涉及一種非離子型碳纖維上漿劑的合成方法，通過這種方法制備的碳纖維 上漿劑具有很好的穩(wěn)定性且對pH的變化適應性強。
[0005] 本方法以聚乙二醇如聚乙二醇4000、環(huán)氧樹脂如E51環(huán)氧樹脂為原料，加入催化劑 進行開環(huán)反應，反應結束后得到產物為含有聚醚鍵的改性環(huán)氧樹脂。通過測定生成物的環(huán) 氧值來確定反應終點。
[0006] 以聚乙二醇4000改性E51環(huán)氧樹脂為例，反應機理如下：
[0007]
[0008] 本發(fā)明中所述的聚乙二醇為分子量1000-15000的聚乙二醇，如聚乙二醇4000、聚 乙二醇6000和聚乙二醇10000等;環(huán)氧樹脂為雙酚A型環(huán)氧樹脂，如E51、E44等;催化劑為叔 胺、季銨鹽和有機金屬絡合物，如乙酰丙酮鉻、四丁基溴化銨和三乙胺等。
[0009] 本發(fā)明中環(huán)氧樹脂與聚乙二醇的摩爾比為1:0.3-0.9,根據對產物水溶解性的不 同要求確定反應配比；反應溫度為100 °C-150°C;反應時間為2-4小時;催化劑用量為反應物 總質量的〇.1%_〇.5%。
[0010] 本發(fā)明在反應結束后，采用鹽酸-丙酮法測定產物的環(huán)氧值，以此確定反應終點。
【具體實施方式】
[0011] 下面介紹本發(fā)明的具體實施例，但本發(fā)明不受實施例的限制。
[0012] 實施例1.聚乙二醇2000改性E51環(huán)氧樹脂的制備方法
[0013] 稱取10g E51環(huán)氧樹脂加入裝有溫度計的三口燒瓶中，然后加入35.71g聚乙二醇 2000和0.16g四丁基溴化銨，開啟攪拌并緩慢加熱以3°C/min升溫至130°C，保持溫度不變反 應2h后，停止反應，開始降溫。取樣品測試其環(huán)氧值確定反應終點。產品環(huán)氧值為 0.052mmol/g。此時得到聚乙二醇2000改性E51環(huán)氧樹脂類上漿劑。
[0014]實施例2.聚乙二醇4000改性E44環(huán)氧樹脂的制備方法
[0015]稱取lOg E44環(huán)氧樹脂加入裝有溫度計的三口燒瓶中，然后加入66.08g聚乙二醇 4000和0.17g四丁基溴化銨，開啟攪拌并緩慢加熱以3°C/min升溫至130°C，保持溫度不變反 應2h后。停止反應，開始降溫。取樣品測試其環(huán)氧值確定反應終點。產品的環(huán)氧值為 0.048mmo Ι/g。此時得到聚乙二醇4000改性E44環(huán)氧樹脂類上漿劑。
[0016]實施例3.聚乙二醇4000環(huán)氧樹脂E51的制備方法
[0017] 稱取10g E51環(huán)氧樹脂加入裝有溫度計的三口燒瓶中，然后加入71.42g聚乙二醇 4000和0.17g四丁基溴化銨，開啟攪拌并緩慢加熱以3°C/min升溫至130°C，保持溫度不變反 應2h后。停止反應，開始降溫。取樣品測試其環(huán)氧值確定反應終點。產品的環(huán)氧值為 0.045mmo Ι/g。此時得到聚乙二醇4000改性E51環(huán)氧樹脂類上衆(zhòng)劑。
【主權項】
1. 一種非離子型碳纖維上漿劑的制備方法，其原理如下：2. 權利1中所述，聚乙二醇為分子量1000-15000的聚乙二醇，如聚乙二醇4000、聚乙二 醇6000和聚乙二醇10000等;環(huán)氧樹脂為雙酪A型環(huán)氧樹脂，如E51，E44等。3. 權利1中所述，催化劑為叔胺、季錠鹽和有機金屬絡合物，如乙酷丙酬銘、四下基漠化 錠和Ξ乙胺等。4. 權利1中所述，環(huán)氧樹脂與聚乙二醇的摩爾比為1:0.3-0.9,根據對產物水溶解性的 不同要求確定反應配比。5. 權利1中所述，反應溫度為100 °C -150°C。6. 權利1中所述，反應時間為2-4小時。7. 權利1中所述，催化劑用量為反應物總質量的0.1 %-0.5%。
【文檔編號】C08G81/00GK106084240SQ201610547298
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月12日
【發(fā)明人】鄭幗, 朱佳文, 劉會兵, 周存, 徐進云, 劉燕軍, 孫玉, 吳波, 王彩林, 賈輝
【申請人】天津工業(yè)大學