CN106928658A - 一种纤维用水性环氧树脂乳液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纤维用水性环氧树脂乳液及其制备方法，它包括改性环氧树脂，助溶剂和水，改性环氧树脂中，环氧树脂与烯丙基双酚A的质量比为100：2‑100:10；环氧树脂与氟化丙烯酸酯的质量比为100:1‑100:8；环氧树脂与聚氧乙烯基醚的质量比为100：10‑100:20；环氧树脂与异氰酸酯的质量比为100：1‑100:5；催化剂的用量为体系总重量的0.01‑0.1。通过本发明制备的水性环氧树脂乳液粒径小且分布均匀，乳液稳定性好，可用于生产高性能纤维浸润剂，也可用于复合材料的生产。

Description

一种纤维用水性环氧树脂乳液及其制备方法
[技术领域]
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种新型低摩擦、高韧性的水性环氧树脂乳液及其制备方法，尤其是涉及一种纤维用水性环氧树脂乳液及其制备方法。
[背景技术]
随着低碳经济和环保经济时代的到来，水性材料替代传统溶剂型材料成为必然的发展趋势。纤维是国家重点支持的行业，尤其是碳纤维等高性能纤维由于在国家安全领域的特殊作用，获得了更多关注。
浸润剂是生产高性能碳纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维用浸润剂不可或缺的材料，对纤维的性能起着决定性的作用。水性环氧树脂乳液作为浸润剂中主要的组分，用作集束、保护纤维，并提供良好的复合材料界面性能，对纤维的加工性能及制品性能起着决定性的影响。
针对纤维用水性环氧树脂人们开展了一些研究及应用，但尚存在一些问题。在纤维生产过程中，毛丝率高、纤维表面损伤、断裂是造成纤维成品率低、性能达不到设计要求的主要原因，通过对现有水性环氧树脂乳液的改进是解决上述问题的一种重要途径。
[发明内容]
本发明的目的在于制备一种具有低摩擦、高韧性的纤维用水性环氧树脂乳液，在生产过程中，低摩擦使传输过程中的纤维与传动辊、挤液胶辊之间的摩擦系数降低，表面不易发生损伤，毛丝率降低；高韧性提高了纤维抗变形能力，降低了纤维的脆性断裂。
为实现上述目的，本发明提出的纤维用水性环氧树脂乳液，它包括改性环氧树脂、助溶剂和水，所述水性环氧树脂乳液按以下重量百分比组成，以环氧树脂的重量为基础计：改性环氧树脂100％，助溶剂0-10％，适量水；
所述的改性环氧树脂包括：环氧树脂、烯丙基双酚A、氟化丙烯酸酯、聚氧乙烯基醚、异氰酸酯和催化剂。在所述改性环氧树脂中各组分质量比如下，以环氧树脂质量为基础计：
环氧树脂与烯丙基双酚A的质量比为100：2-100:10；
环氧树脂与氟化丙烯酸酯的质量比为100:1-100:8；
环氧树脂与聚氧乙烯基醚的质量比为100：10-100:20；
环氧树脂与异氰酸酯的质量比为100：1-100:5；
催化剂的用量为体系总重量的0.01-0.1。
所述的助溶剂为丙二醇甲醚，卡必醇及双丙酮中的一种或两种以上的混合物；
所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂、酚醛环氧、双酚F型环氧树脂、脂环族环氧中的一种或两种以上的混合物。
所述的催化剂为三苯基磷化氢、2-乙基-4-甲基咪唑及2，4，6—三(二甲胺基甲基)苯酚中的一种或几种。
所述的改性环氧树脂的合成方法为：首先将烯丙基双酚A、氟化丙烯酸酯加入到反应器中，加热升温至60-90℃，然后向体系中滴加异氰酸酯和催化剂，滴加完毕后保温2-3小时；随后加入环氧树脂和聚氧乙烯基醚，在90-120℃继续反应3-4小时，得浅黄色粘稠改性环氧树脂。
该水性环氧树脂乳液的具体制备方法为：先将水和助溶剂充分混合；反应器中加入改性环氧树脂，加热到50-90℃；将混合好的水和助溶剂加入上述改性环氧树脂中，搅拌1-2小时。再通过均质机进行均质化处理，得固含量30-65％的乳白色均匀稳定的水性环氧树脂乳液。
本发明合成的改性环氧树脂，该改性环氧树脂中由于含有低表面能和柔性官能团，制得的水性环氧乳液具有低的摩擦系数和高柔韧性。通过本发明制备的水性环氧树脂乳液粒径小且分布均匀，乳液稳定性好，可用于生产高性能纤维浸润剂，也可用于复合材料的生产。
[具体实施方式]
下面通过实施例进一步说明本发明，但本发明决不仅局限于这些实施例。
实施例1
首先将8Kg烯丙基双酚A、3Kg氟化丙烯酸酯加入到反应器中，加热升温至75℃，然后向体系中滴加1.2Kg异氰酸酯和0.3Kg三苯基磷化氢，滴加完毕后保温2小时；随后加入100Kg双酚A环氧树脂和15Kg聚氧乙烯基醚，在110℃继续反应3小时，得浅黄色粘稠改性环氧树脂。
先将120Kg水和丙二醇甲醚7.2Kg充分混合；反应器中加入改性环氧树脂，加热到70℃；将混合好的水和助溶剂加入上述改性环氧树脂中，搅拌1.5小时。再通过均质机进行均质化处理，得固含量50％的乳白色均匀稳定的水性环氧树脂乳液。
粘度：160mPa.s(25℃)
固含量：50％
分散相粒径：0.48μm；
乳液离心稳定性：4000rpm,40min不分层。
实施例2
首先将6Kg烯丙基双酚A、5.3Kg氟化丙烯酸酯加入到反应器中，加热升温至80℃，然后向体系中滴加2.7Kg异氰酸酯和0.2Kg的2-乙基-4-甲基咪唑，滴加完毕后保温2小时；随后加入100Kg酚醛环氧树脂和18Kg聚氧乙烯基醚，在110℃继续反应3小时，得浅黄色粘稠改性环氧树脂。
先将150Kg水和丙二醇甲醚8Kg充分混合；反应器中加入改性环氧树脂，加热到70℃；将混合好的水和助溶剂加入上述改性环氧树脂中，搅拌1.5小时。再通过均质机进行均质化处理，得固含量45.5％的乳白色均匀稳定的水性环氧树脂乳液。
粘度：120mPa.s(25℃)
固含量：45.5％
分散相粒径：0.36μm；
乳液离心稳定性：4000rpm,40min不分层。
实施例3
首先将3.7Kg烯丙基双酚A、6Kg氟化丙烯酸酯加入到反应器中，加热升温至75℃，然后向体系中滴加2.1Kg异氰酸酯和0.4的2-乙基-4-甲基咪唑，滴加完毕后保温2小时；随后加入100Kg双酚A环氧树脂和13Kg聚氧乙烯基醚，在110℃继续反应2小时，得浅黄色粘稠改性环氧树脂。
先将125Kg水和丙二醇甲醚3Kg，卡必醇4Kg充分混合；反应器中加入改性环氧树脂，加热到70℃；将混合好的水和助溶剂加入上述改性环氧树脂中，搅拌1.5小时。再通过均质机进行均质化处理，得固含量48.6％的乳白色均匀稳定的水性环氧树脂乳液。
粘度：160mPa.s(25℃)
固含量：48.6％
分散相粒径：0.41μm；
乳液离心稳定性：4000rpm,40min不分层。
实施例4
首先将4.9Kg烯丙基双酚A、7.9Kg氟化丙烯酸酯加入到反应器中，加热升温至75℃，然后向体系中滴加2.1Kg异氰酸酯和0.4的2，4，6—三(二甲胺基甲基)苯酚，滴加完毕后保温2小时；随后加入100Kg双酚A环氧树脂和13Kg聚氧乙烯基醚，在115℃继续反应2小时，得浅黄色粘稠改性环氧树脂。
先将95Kg水和双丙酮3Kg，卡必醇4Kg充分混合；反应器中加入改性环氧树脂，加热到70℃；将混合好的水和助溶剂加入上述改性环氧树脂中，搅拌1.5小时。再通过均质机进行均质化处理，得固含量56％的乳白色均匀稳定的水性环氧树脂乳液。
粘度：270mPa.s(25℃)
固含量：56％
分散相粒径：0.76μm；
乳液离心稳定性：4000rpm,40min不分层。
实施例5
首先将8Kg烯丙基双酚A、3Kg氟化丙烯酸酯加入到反应器中，加热升温至65℃，然后向体系中滴加1.2Kg异氰酸酯和0.2Kg三苯基磷化氢，滴加完毕后保温2.5小时；随后加入100Kg双酚A环氧树脂和15Kg聚氧乙烯基醚，在90℃继续反应3.5小时，得浅黄色粘稠改性环氧树脂。
先将120Kg水和丙二醇甲醚7.2Kg充分混合；反应器中加入改性环氧树脂，加热到70℃；将混合好的水和助溶剂加入上述改性环氧树脂中，搅拌2小时。再通过均质机进行均质化处理，得固含量50％的乳白色均匀稳定的水性环氧树脂乳液。
粘度：180mPa.s(25℃)
固含量：50％
分散相粒径：0.79μm；
乳液离心稳定性：4000rpm,40min不分层。

Claims (6)

1.一种纤维用水性环氧树脂乳液，其特征在于，
所述纤维用水性环氧树脂乳液包括：
改性环氧树脂，助溶剂和水，以环氧树脂的重量为基础计，改性环氧树脂100％、助溶剂0-10％、适量水的重量百分比组成：
所述改性环氧树脂包括：
环氧树脂、烯丙基双酚A、氟化丙烯酸酯、聚氧乙烯基醚、异氰酸酯和催化剂，各组分质量比如下，以环氧树脂质量为基础计：
环氧树脂与烯丙基双酚A的质量比为100：2-100:10，
环氧树脂与氟化丙烯酸酯的质量比为100:1-100:8，
环氧树脂与聚氧乙烯基醚的质量比为100：10-100:20，
环氧树脂与异氰酸酯的质量比为100：1-100:5，
催化剂的用量为体系总重量的0.01-0.1。
2.如权利要求1所述的一种纤维用水性环氧树脂乳液，其特征在于：
所述的环氧树脂，采用双酚A型环氧树脂、酚醛环氧、双酚F型环氧树脂、脂环族环氧中的一种或两种以上的混合物。
3.如权利要求1所述的一种纤维用水性环氧树脂乳液，其特征在于，
所述的助溶剂为丙二醇甲醚，卡必醇及双丙酮中的一种或两种以上的混合物。
4.如权利要求1所述的一种纤维用水性环氧树脂乳液，其特征在于，
所述催化剂为三苯基磷化氢、2-乙基-4-甲基咪唑及2，4，6—三(二甲胺基甲基)苯酚中的一种或几种。
5.一种如权利要求1-3所述纤维用水性环氧树脂乳液的制备方法，其特征在于，先将适量水和重量百分比0-10％助溶剂充分混合后，在反应器中加入重量百分比100％改性环氧树脂，加热到50-90℃；将混合好的水和助溶剂加入上述改性环氧树脂中，搅拌1-2小时；再通过均质机进行均质化处理，得固含量30-65％的乳白色均匀稳定的水性环氧树脂乳液。
6.如权利要求5所述纤维用水性环氧树脂乳液的制备方法，其特征在于，
所述改性环氧树脂的合成和乳化步骤为：
先将烯丙基双酚A、氟化丙烯酸酯加入到反应器中，加热升温至60-90℃，然后向体系中滴加异氰酸酯和催化剂，滴加完毕后保温2-3小时；随后加入环氧树脂和聚氧乙烯基醚，在90-120℃继续反应3-4小时，得浅黄色粘稠改性环氧树脂；
各组分质量比如下，以环氧树脂质量为基础计：
环氧树脂与烯丙基双酚A的质量比为100：2-100:10，
环氧树脂与氟化丙烯酸酯的质量比为100:1-100:8，
环氧树脂与聚氧乙烯基醚的质量比为100：10-100:20，
环氧树脂与异氰酸酯的质量比为100：1-100:5，
催化剂的用量为体系总重量的0.01-0.1。
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