CN106633086A - 一种聚酰胺改性环氧树脂乳液的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种聚酰胺改性环氧树脂乳液的制备方法，涉及碳纤维上浆剂乳液的制备领域，所述方法包括：将聚酰胺树脂和环氧树脂放入反应釜中，得到聚酰胺改性环氧树脂；使用溶剂将所述聚酰胺改性环氧树脂溶解，然后加入亲水性聚醚和催化剂，得到亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂；向亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂中加入去离子水，通过剪切搅拌，得到聚酰胺改性环氧乳液。解决了现有技术中所使用的上浆剂的耐热性和韧性较差的不足，具有耐热性高、韧性强，作为碳纤维上浆剂使用时，能够提供纤维束优异的集束性、开纤性和与环氧树脂的浸润性的技术效果。

Description

一种聚酰胺改性环氧树脂乳液的制备方法
技术领域
本发明涉及碳纤维上浆剂乳液的制备领域，尤其涉及一种聚酰胺改性环氧树脂乳液的制备方法。
背景技术
目前，基于上浆剂在高性能碳纤维以及石墨纤维制造工程和纤维增强树脂基复合材料应用中的重要性，上浆剂已成为碳纤维、石墨纤维工程化的重要配套材料。以高性能碳纤维工程化制造为例，其生产工艺流程中，上浆是研究和生产碳纤维的一个必不可少的环节。
在现有技术中，将碳纤维通过碳纤维表面处理和上浆工序，可以提高生产所得碳纤维的集束性、耐磨性、韧性、抗静电性等，满足碳纤维、石墨纤维在后续编织、铺层、缠绕等复合材料制造工艺的性能要求。
但是，发明人在日常工作中发现现有技术中存在如下不足：
现有技术中所使用的上浆剂的耐热性和韧性较差，作为碳纤维上浆剂使用，不能提供纤维束优异的集束性、开纤性和与环氧树脂的浸润性。
发明内容
本发明实施例提供了一种聚酰胺改性环氧树脂乳液的制备方法，解决了现有技术中所使用的上浆剂的耐热性和韧性较差的不足，具有耐热性高、韧性强，作为碳纤维上浆剂使用时，能够提供纤维束优异的集束性、开纤性和与环氧树脂的浸润性的技术效果。
本发明提供了一种聚酰胺改性环氧树脂乳液的制备方法，所述方法包括：将聚酰胺树脂和环氧树脂放入反应釜中，得到聚酰胺改性环氧树脂；使用溶剂将所述聚酰胺改性环氧树脂溶解，然后加入亲水性聚醚和催化剂，得到亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂；向亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂中加入去离子水，通过剪切搅拌，得到聚酰胺改性环氧乳液。
优选的，所述将聚酰胺树脂和环氧树脂放入反应釜中，得到聚酰胺改性环氧树脂，具体为：确定所述聚酰胺树脂中泼氢的摩尔量为a；确定所述环氧树脂的环氧基团摩尔量为b；按a:b值为4-10的比例将所述聚酰胺树脂与所述环氧树脂投入到反应釜中，得到所述聚酰胺改性环氧树脂。
优选的，所述聚酰胺树脂为脂肪二酸与脂肪二胺反应制得。
优选的，所述聚酰胺树脂为聚酰胺树脂250、聚酰胺树脂300，聚酰胺树脂600、聚酰胺树脂651其中的一种或多种。
优选的，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、酚醛型环氧树脂、缩水甘油醚型环氧树脂中的一种或多种。
优选的，所述使用溶剂将所述聚酰胺改性环氧树脂溶解，然后加入亲水性聚醚和催化剂，得到亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂，具体为：将所述聚酰胺改性环氧树脂加入溶剂搅拌溶，升温至60-120℃反应1-12小时，得到聚酰胺改性环氧树脂溶液；将所述聚酰胺改性环氧树脂溶液中加入亲水性聚醚和催化剂，其中，所述亲水性聚醚的加入量为所述聚酰胺改性环氧树脂质量的20％-60％，所述催化剂的加入量为亲水性聚醚重量的0.01％-0.5％；搅拌反应2-24小时，其中，反应温度10-80℃；反应结束后，通过减压蒸馏，脱除所述聚酰胺改性环氧树脂溶液中的所述溶剂，得到所述亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂。
优选的，所述溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、乙二醇二甲醚、乙二醇二丁醚，丙酮的一种或多种。
优选的，所述的催化剂为三氟化硼乙醚。
优选的，所述亲水性聚醚为聚乙二醇，聚乙二醇单醚，聚乙二醇单酯，聚乙二醇丙二醇类中的一种或多种的混合物，其中，所述亲水性聚醚的分子量为1000-20000。
优选的，所述去离子水的加入量为所述亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂重量的1-5倍。
本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：
在本发明实施例的技术方案中，首先通过将聚酰胺树脂和环氧树脂放入反应釜中，得到聚酰胺改性环氧树脂，其次使用溶剂将所述聚酰胺改性环氧树脂溶解，然后加入亲水性聚醚和催化剂，得到亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂，最后向亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂中加入去离子水，通过剪切搅拌，得到聚酰胺改性环氧乳液。通过上述技术方案解决了现有技术中所使用的上浆剂，能提供纤维束优异的集束性、开纤性和与环氧树脂的浸润性的技术问题，达到了通过提高上浆剂的耐热性和韧性，从而能够提供纤维束优异的集束性、开纤性和与环氧树脂的浸润性的技术效果。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种聚酰胺改性环氧树脂乳液的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种聚酰胺改性环氧树脂乳液的制备方法，解决了现有技术中现有技术中所使用的上浆剂的耐热性和韧性较差，作为碳纤维上浆剂使用，能提供纤维束优异的集束性、开纤性和与环氧树脂的浸润性的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案总体思路如下：
在本发明实施例的技术方案中，首先通过将聚酰胺树脂和环氧树脂放入反应釜中，得到聚酰胺改性环氧树脂，其次使用溶剂将所述聚酰胺改性环氧树脂溶解，然后加入亲水性聚醚和催化剂，得到亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂，最后向亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂中加入去离子水，通过剪切搅拌，得到聚酰胺改性环氧乳液。通过上述技术方案达到了通过提高上浆剂的耐热性和韧性，从而能够提供纤维束优异的集束性、开纤性和与环氧树脂的浸润性的技术效果。
下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
如图1所示，图1为本申请实施例提供一种聚酰胺改性环氧树脂乳液的制备方法的流程示意图，本申请实施例所提供的一种聚酰胺改性环氧树脂乳液的制备方法，该方法包括：
步骤110：将聚酰胺树脂和环氧树脂放入反应釜中，得到聚酰胺改性环氧树脂。
具体而言，确定所述聚酰胺树脂中泼氢的摩尔量为a，确定所述环氧树脂的环氧基团摩尔量为b；按a:b值为4-10的比例将所述聚酰胺树脂与所述环氧树脂投入到反应釜中，得到所述聚酰胺改性环氧树脂。
步骤120，使用溶剂将所述聚酰胺改性环氧树脂溶解，然后加入亲水性聚醚和催化剂，得到亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂。
具体而言，将所述聚酰胺改性环氧树脂加入溶剂搅拌溶，升温至60-120℃反应1-12小时，得到聚酰胺改性环氧树脂溶液；将所述聚酰胺改性环氧树脂溶液中加入亲水性聚醚和催化剂，其中，所述亲水性聚醚的加入量为所述聚酰胺改性环氧树脂质量的20％-60％，所述催化剂的加入量为亲水性聚醚重量的0.01％-0.5％；搅拌反应2-24小时，其中，反应温度10-80℃；反应结束后，通过减压蒸馏，脱除所述聚酰胺改性环氧树脂溶液中的所述溶剂，得到所述亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂。
步骤130，向亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂中加入去离子水，通过剪切搅拌，得到聚酰胺改性环氧乳液。
具体而言，所述去离子水的加入量为所述亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂重量的1-5倍。
进一步的，所述聚酰胺树脂为脂肪二酸与脂肪二胺反应制得。
进一步的，所述聚酰胺树脂为聚酰胺树脂250、聚酰胺树脂300，聚酰胺树脂600、聚酰胺树脂651其中的一种或多种。
进一步的，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、酚醛型环氧树脂、缩水甘油醚型环氧树脂中的一种或多种。
进一步的，所述溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、乙二醇二甲醚、乙二醇二丁醚，丙酮的一种或多种。
进一步的，所述的催化剂为三氟化硼乙醚，三氯化铝，三氯化铁的一种或多种。
进一步的，所述亲水性聚醚为聚乙二醇，聚乙二醇单醚，聚乙二醇单酯，聚乙二醇丙二醇类中的一种或多种的混合物，其中，所述亲水性聚醚的分子量为1000-20000。
以下通过实施例对本发明作更详细的描述。这些实施例仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何的限制。
实施例1
(1)将10g聚酰胺树脂650(其中活泼氢摩尔量为0.051摩尔)与100g双酚A型环氧E51(环氧基团摩尔量为0.51摩尔)加入到四口烧瓶中，在搅拌下升温至120℃，反应2小时后，得到聚酰胺改性环氧树脂。
(2)将制备的聚酰胺改性环氧树脂溶液降温到40℃后，加入40g丙酮、0.24g的三氟化硼乙醚溶液和66g平均分子量为2000聚乙二醇树脂，完全混合均匀后，在40℃下搅拌反应2小时后，蒸馏出丙酮，得到亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂。
(3)将亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂升温到60℃，加入树脂质量的30％的去离子水搅拌均匀后，降温至40℃，然后再次向混合体系中加入树脂质量的1倍的去离子水后搅拌或高剪切乳化制备得到聚酰胺改性环氧乳液。
实施例2
(1)将10g聚酰胺树脂250(其中活泼氢摩尔量为0.092摩尔)与110g双酚A型环氧E51(环氧基团摩尔量为0.56摩尔)加入到四口烧瓶中，在搅拌下升温至100℃，反应3小时后，得到聚酰胺改性环氧树脂。
(2)将制备的聚酰胺改性环氧树脂溶液降温到20℃后，加入100g二氯甲烷、0.6g的三氟化硼乙醚溶液和60g平均分子量为4000聚乙二醇树脂，保持20℃和搅拌反应4小时后，蒸馏出二氯甲烷，得到亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂。
(3)将亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂升温到40℃，加入树脂质量的2倍的去离子水后搅拌或高剪切乳化制备得到聚酰胺改性环氧乳液。
实施例3
(1)将10g聚酰胺树脂300(其中活泼氢摩尔量为0.093摩尔)与90g双酚A型环氧E44(环氧基团摩尔量为0.40摩尔)加入到四口烧瓶中，在搅拌下升温至80℃反应4小时后，得到聚酰胺改性环氧树脂。
(2)将制备的聚酰胺改性环氧树脂溶液降温到60℃后，加入50g乙二醇二甲醚，0.5g的三氟化硼乙醚溶液和40g平均分子量为10000聚乙二醇树脂，保持60℃和1小时后，蒸馏出溶剂乙二醇二甲醚，得到亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂。
(3)将亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂升温到60℃，加入树脂质量的30％的去离子水搅拌均一后，降温至40℃，然后再次向混合体系中加入树脂质量的1倍的去离子水后搅拌或高剪切乳化制备得到聚酰胺改性环氧上浆剂。
实施例4
(1)将10g聚酰胺树脂300(其中活泼氢摩尔量为0.093摩尔)、120g双酚A型环氧E51和30g双酚A型环氧E20(环氧基团摩尔总量为0.672摩尔)加入到四口烧瓶中，在搅拌下升温至80℃反应4小时后，得到聚酰胺改性环氧树脂溶液。
(2)将制备的聚酰胺改性环氧树脂溶液降温到20℃后，加入60g丙酮，0.5g的三氟化硼乙醚溶液和50g平均分子量为20000聚乙二醇树脂，保持20℃反应8小时后，蒸馏出溶剂丙酮，得到亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂。
(3)将亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂升温到60℃，加入树脂质量的30％的去离子水搅拌均一后，降温至40℃，然后再次向混合体系中加入树脂质量的1倍的去离子水后搅拌或高剪切乳化制备得到聚酰胺改性环氧上浆剂。
实施例5
(1)将10g聚酰胺树脂300(其中活泼氢摩尔量为0.093摩尔)、100g双酚A型环氧E51和60g双酚A型环氧E20(环氧基团摩尔总量为0.63摩尔)加入到四口烧瓶中，在搅拌下升温至80℃反应4小时后，得到聚酰胺改性环氧树脂溶液。
(2)将制备的聚酰胺改性环氧树脂溶液降温到20℃后，加入60g丙酮，0.5g的三氟化硼乙醚溶液和40g平均分子量为20000聚乙二醇树脂和20g平均分子量为1000的聚乙二醇单醚，保持20℃反应8小时后，蒸馏出溶剂丙酮，得到亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂。
(3)将亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂升温到60℃，加入树脂质量的50％的去离子水搅拌均一后，降温至40℃，然后再次向混合体系中加入树脂质量的1倍的去离子水后搅拌或高剪切乳化制备得到聚酰胺改性环氧上浆剂。
本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：
在本发明实施例的技术方案中，首先通过将聚酰胺树脂和环氧树脂放入反应釜中，得到聚酰胺改性环氧树脂，其次使用溶剂将所述聚酰胺改性环氧树脂溶解，然后加入亲水性聚醚和催化剂，得到亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂，最后向亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂中加入去离子水，通过剪切搅拌，得到聚酰胺改性环氧乳液。通过上述技术方案解决了现有技术中所使用的上浆剂，不能提供纤维束优异的集束性、开纤性和与环氧树脂的浸润性的技术问题，达到了通过提高上浆剂的耐热性和韧性，从而能够提供纤维束优异的集束性、开纤性和与环氧树脂的浸润性的技术效果。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种聚酰胺改性环氧树脂乳液的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
将聚酰胺树脂和环氧树脂放入反应釜中，得到聚酰胺改性环氧树脂；
使用溶剂将所述聚酰胺改性环氧树脂溶解，然后加入亲水性聚醚和催化剂，得到亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂；
向亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂中加入去离子水，通过剪切搅拌，得到聚酰胺改性环氧乳液。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述将聚酰胺树脂和环氧树脂放入反应釜中，得到聚酰胺改性环氧树脂，具体为：
确定所述聚酰胺树脂中泼氢的摩尔量为a；
确定所述环氧树脂的环氧基团摩尔量为b；
按a:b值为4-10的比例将所述聚酰胺树脂与所述环氧树脂投入到反应釜中，得到所述聚酰胺改性环氧树脂。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述聚酰胺树脂为脂肪二酸与脂肪二胺反应制得。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述聚酰胺树脂为聚酰胺树脂250、聚酰胺树脂300，聚酰胺树脂600、聚酰胺树脂651其中的一种或多种。
5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、酚醛型环氧树脂、缩水甘油醚型环氧树脂中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述使用溶剂将所述聚酰胺改性环氧树脂溶解，然后加入亲水性聚醚和催化剂，得到亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂，具体为：
将所述聚酰胺改性环氧树脂加入溶剂搅拌溶，升温至60-120℃反应1-12小时，得到聚酰胺改性环氧树脂溶液；
将所述聚酰胺改性环氧树脂溶液中加入亲水性聚醚和催化剂，其中，所述亲水性聚醚的加入量为所述聚酰胺改性环氧树脂质量的20％-60％，所述催化剂的加入量为亲水性聚醚重量的0.01％-0.5％；
搅拌反应2-24小时，其中，反应温度10-80℃；
反应结束后，通过减压蒸馏，脱除所述聚酰胺改性环氧树脂溶液中的所述溶剂，得到所述亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、乙二醇二甲醚、乙二醇二丁醚，丙酮的一种或多种。
8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述的催化剂为三氟化硼乙醚。
9.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述亲水性聚醚为聚乙二醇，聚乙二醇单醚，聚乙二醇单酯，聚乙二醇丙二醇类中的一种或多种的混合物，其中，所述亲水性聚醚的分子量为1000-20000。
10.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述去离子水的加入量为所述亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂重量的1-5倍。
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