CN108249783A - 一种透明毡用玻纤浸润剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种透明毡用玻纤浸润剂，各组分的含量以重量百分比表示如下：硅烷偶联剂0.15～2.0％；成膜剂2.0～24.0％；润滑剂0.01～2.0％；抗静电剂0.01～1.5％；pH值调节剂0.05～2.0％；水69～97％。采用该浸润剂涂覆生产玻璃纤维，能够改变玻璃纤维表面的物理和化学性质，有效提高玻璃纤维在生产玻纤毡过程中的分散性，提高玻纤毡的浸透速度；解决了玻纤毡与基体树脂的折光率的匹配问题，提高玻纤毡制品的透明性；所生产的玻纤毡制品具有非常好的透光率，制品强度高，使用寿命长等特点。

Description

一种透明毡用玻纤浸润剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及玻璃纤维浸润剂技术领域，尤其涉及一种透明毡用玻璃纤维浸润剂及其制备方法和应用。

背景技术

玻璃纤维浸润剂技术是玻璃纤维生产最关键的技术之一，不仅决定短切毡的生产及使用性能，如短切毡的克重均匀性、浸透速度、贴模性，还决定短切毡制品性能的高低，如透光率、强度、使用寿命等。国内毡用玻璃纤维浸润剂一般单独采用聚醋酸乙烯酯或聚醋酸乙烯酯与聚酯乳液的混合物作为成膜剂，这样带来的问题有：第一由于聚醋酸乙烯酯的折光率与玻璃、基体树脂的折光率相差较大，匹配不好，生产的玻璃纤维毡白丝多；第二由于聚醋酸乙烯酯与增强的基体树脂相容性不好，所以生产的制品使用寿命短，强度不高。

为了克服以上问题，我们亟需完善浸润剂配方，使生产的玻璃纤维毡不仅折光率与基体树脂相近，而且相容性也非常好，提高透明毡制品的透明性和机械性能及使用寿命。

发明内容

本发明旨在提供一种透明毡用玻纤浸润剂，采用该浸润剂涂覆生产玻璃纤维，能够改变玻璃纤维表面的物理和化学性质，有效提高玻璃纤维在生产玻纤毡过程中的分散性，提高玻纤毡的浸透速度；解决了玻纤毡与基体树脂的折光率的匹配问题，提高玻纤毡制品的透明性；所生产的玻纤毡制品具有非常好的透光率，制品强度高，使用寿命长等特点。

根据本发明提供的一种透明毡用玻纤浸润剂，包含以下组分，所述各组分的含量以重量百分比表示如下：

其中，所述硅烷偶联剂采用乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧硅烷、γ-氨基丙三乙氧基硅烷和阳离子苄基氨基硅烷中的任意两种的组合。

其中，所述硅烷偶联剂采用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧硅烷和阳离子苄基氨基硅烷的组合物；其中，所述γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧硅烷和所述阳离子苄基氨基硅烷的质量比为6：1～1：5。

其中，所述成膜剂为不饱和聚酯乳液和环氧乳液的混合物，其中所述不饱和聚酯乳液与所述环氧乳液的质量比为5:1～1:1；

所述不饱和聚酯乳液为邻苯型不饱和聚酯、间苯型不饱和聚酯、双酚A型不饱和聚酯、卤代不饱和聚酯中的一种；

所述环氧乳液为双酚A型环氧乳液、双酚F型环氧乳液、双酚AD型环氧、双酚S型环氧、多酚型环氧、脂肪族缩水甘油醚环氧中的一种。

其中，其特征在于，所述润滑剂为PEG类或脂肪酰胺缩聚物、烷基咪唑啉衍生物中的一种；所述抗静电剂为有机季铵盐和无机盐的组合；所述pH值调节剂为醋酸、柠檬酸、甲酸、有机胺类中的一种。

其中，所述抗静电剂为甲基硫酸季胺盐、咪唑啉金属盐、无机硝酸盐和氯化铵中的两种。

其中，包含以下组分，所述各组分的含量以重量百分比表示如下：

其中，所述硅烷偶联剂采用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧硅烷和阳离子苄基氨基硅烷的组合物；所述成膜剂为不饱和聚酯乳液和环氧乳液的混合物；所述润滑剂为PEG类或脂肪酰胺缩聚物、烷基咪唑啉衍生物中的一种，所述抗静电剂为甲基硫酸季胺盐、咪唑啉金属盐、无机硝酸盐和氯化铵中的两种；所述pH值调节剂为醋酸、柠檬酸、甲酸、有机胺类中的一种；所述水为去离子水。

本发明所述的浸润剂能够与基体树脂较好相容，其中成膜剂的分子结构与增强的树脂相近，可以让玻璃纤维毡能够与被增强的基体树脂相容，提高复合材料的透明率，减少制品的白丝现象，提高制品的机械强度和耐候性。

成膜剂是浸润剂中最主要组分，对玻璃纤维的生产成型和后道加工性能起着决定性的影响。成膜剂主要作用有：保护玻璃纤维、满足玻璃纤维生产及使用性能、提高玻璃纤维与基体树脂的相容性的作用。其既要满足玻璃纤维制毡过程中的短切分散，保证毡的克重均匀，又要在后道工序中能够与被增强的基体树脂(不饱和聚酯、环氧树脂等)相容并浸透。常规制毡用玻璃纤维浸润剂的成膜剂主要是各种类型的聚醋酸乙烯酯乳液。本发明使用的成膜剂选用不饱和聚酯乳液和环氧乳液的组合，两者质量比为5:1～1:1。成膜剂的总含量为2.0～24.0％，优选为5.0～18.0％。

本发明成膜剂所述的不饱和聚酯乳液有邻苯型不饱和聚酯、间苯型不饱和聚酯、双酚A型不饱和聚酯、卤代不饱和聚酯。其中，优选双酚A型不饱和聚酯，粒径在0.2～1.0微米之间，分子量在3500-7000。T_g在5～32℃之间，pH控制在3.0-7.0，粘度在100～2000mpa.s。此规格的不饱和聚酯与玻纤增强的基体树脂结构相近，确保玻纤毡的折光率与树脂相近，生产制品透光率最好，耐老化性能最佳。

本发明成膜剂所述的环氧乳液有双酚A型环氧乳液、双酚F型环氧乳液、双酚AD型环氧、双酚S型环氧、多酚型环氧、脂肪族缩水甘油醚环氧。其中，优选双酚A型环氧乳液，乳液粒径在0.2～2.00微米之间，环氧当量在1000-2800左右，T_g在6～32℃之间。双酚A型环氧树脂的折光率与双酚A型不饱和聚酯结构相近，同时极性较大，可以提高玻纤毡的浸透速度。

偶联剂因其自身分子结构中含有机与无机两个不同的官能团，无机官能团能够与玻璃表面的羟基发生反应，另一有机官能团能与被增强的基体树脂发生反应，起一个桥梁作用。选择正确的硅烷偶联剂，可以提高玻璃纤维增强的复合材料的强度、耐老化性及使用寿命。玻璃纤维常用的硅烷偶联剂有乙烯基、甲基丙烯氧基、氨基、环氧基等。本发明的硅烷偶联剂使用乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧硅烷、γ-氨基丙三乙氧基硅烷和阳离子苄基氨基硅烷中的两种的组合。优选γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧硅烷和阳离子苄基氨基硅烷的组合；其中γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧硅烷和阳离子苄基氨基硅烷的质量比为6：1～1：5，优选为3：1～1：1。本发明中，硅烷偶联剂在浸润剂中的重量百分比含量为0.15～2.0％，优选为0.2～1.0％。

通过研究发现，采用一定质量配比的两种硅烷偶联剂的组合可以确保浸润剂的折光率与玻璃、基体树脂相近，提高透明性。可以使所选用反应基团能够与基体树脂的充分结合，提高制品的强度和耐老化性能。

本发明中，润滑剂可以为PEG类或脂肪酰胺缩聚物、烷基咪唑啉衍生物中的一种；优选脂肪酰胺缩聚物，含量为0.02～0.1％。

本发明中，抗静电剂选用具有较强吸水作用的有机季铵盐和无机盐的组合；具体的选用甲基硫酸季胺盐、咪唑啉金属盐、无机硝酸盐、氯化铵中的两种。抗静电剂的含量为0.01～1.5％。

选用有机季铵盐和无机盐的组合可以提高抗静电效果，同时又不影响玻纤的短切分散性，提高玻纤毡的克重均匀性。

本发明中，pH值调节剂选自下列之一：醋酸、柠檬酸、甲酸、有机胺类。pH值调节剂的含量为0.05～2.0％，优选为0.05～1.0％。

根据本发明的另一方面，提供一种透明毡用玻纤浸润剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

预分散硅烷偶联剂：所述硅烷偶联剂包括第一硅烷偶联剂和第二硅烷偶联剂；

在第一分散器中，加入重量为第一硅烷偶联剂重量20～40倍的水，加入pH值调节剂，pH值控制在3.5～4.0，搅拌状态下加入第一硅烷偶联剂，搅拌速度控制在50～150r/min，搅拌10～20分钟；

在第二分散器中加入重量为第二硅烷偶联剂重量10～30倍的水，加入pH值调节剂，pH值控制在3.5～4.5左右，搅拌状态下加入第二硅烷偶联剂，搅拌速度控制在50～150r/min，搅拌10～20分钟；

预溶解并稀释润滑剂：

在第一容器中加入用量为润滑剂重量15～25倍的85～90℃的水，然后加入所述润滑剂重量0.9～1.1倍的冰醋酸，再加入所述润滑剂，搅拌溶解；

预溶解并稀释抗静电剂：所述抗静电剂包括第一抗静电剂和第二抗静电剂；

在第二容器中加入第一抗静电剂，加入其重量15～20倍的85～90℃的水，溶解稀释；

在第三容器中加入第二抗静电剂，加入其重量10～15倍的45～55℃的水，溶解稀释；

预溶解并稀释成膜剂：所述成膜剂包括第一成膜剂和第二成膜剂；

在第四容器中加入第一成膜剂，加入其重量2～3倍的水，溶解稀释；

在第五容器中加入第二成膜剂，加入其重量2～3倍的水，溶解稀释；

配制浸润剂：

在配制釜中先加入浸润剂重量0.3～0.4倍的水，依次加入预分散的第一偶联剂、第二偶联剂；然后依次加入预溶解并稀释的第一成膜剂、第二成膜剂、润滑剂、第一抗静电剂、第二抗静电剂；最后补加余量的水，搅拌15～30分钟即可。

根据本发明的第三个方面，提供该透明毡用玻纤浸润剂在短切毡用玻璃纤维或透明板材用玻璃纤维上的应用。

采用本发明的透明毡用玻纤浸润剂生产的玻璃纤维具有克重均匀好、浸透速度快、与基体树脂的相容性好、生产的玻璃纤维毡制品透明度好、制品强度高，使用寿命长等特点。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，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。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本发明的透明毡用玻纤浸润剂，包括硅烷偶联剂0.15～2.0％，成膜剂2.0～24.0％，润滑剂0.01～2.0％，抗静电剂0.01～1.5％，pH值调节剂0.05～2.0％，水69～97％。

优选的，硅烷偶联剂0.2～1.0％，成膜剂5.0～18.0％，润滑剂0.02～0.1％，抗静电剂0.01～1.5％，pH值调节剂0.05～1.0％，水80～94％。

其中，硅烷偶联剂采用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧硅烷和阳离子苄基氨基硅烷的组合物，两者质量比为6：1～1：5。

成膜剂为不饱和聚酯乳液和环氧乳液的混合物，两者质量比为5:1～1:1；不饱和聚酯乳液为邻苯型不饱和聚酯、间苯型不饱和聚酯、双酚A型不饱和聚酯、卤代不饱和聚酯中的一种；环氧乳液为双酚A型环氧乳液、双酚F型环氧乳液、双酚AD型环氧、双酚S型环氧、多酚型环氧、脂肪族缩水甘油醚环氧中的一种。

润滑剂为PEG类或脂肪酰胺缩聚物、烷基咪唑啉衍生物中的一种，抗静电剂为甲基硫酸季胺盐、咪唑啉金属盐、无机硝酸盐和氯化铵中的两种；pH值调节剂为醋酸、柠檬酸、甲酸、有机胺类中的一种；水为去离子水。

该浸润剂的制备方法，包括以下步骤：

预分散硅烷偶联剂：在第一分散器中，加入重量为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧硅烷重量20～40倍的去离子水，加入pH值调节剂，pH值控制在3.5～4.0，搅拌状态下加入γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧硅烷，搅拌速度控制在50～150r/min，搅拌10～20分钟；

在第二分散器中加入重量为阳离子苄基氨基硅烷的组合物重量10～30倍的去离子水，加入pH值调节剂，pH值控制在3.5～4.5左右，搅拌状态下加入阳离子苄基氨基硅烷的组合物，搅拌速度控制在50～150r/min，搅拌10～20分钟；

预溶解并稀释润滑剂：在第一容器中加入用量为润滑剂重量15～25倍的85～90℃的去离子水，然后加入所述润滑剂重量0.9～1.1倍的冰醋酸，再加入所述润滑剂，搅拌溶解；

预溶解并稀释抗静电剂：在第二容器中加入甲基硫酸季胺盐，加入其重量15～20倍的85～90℃的去离子水，溶解稀释；

在第三容器中加入氯化铵，加入其重量10～15倍的45～55℃的去离子水，溶解稀释；

预溶解并稀释成膜剂：在第四容器中加入双酚A型不饱和聚酯乳液，加入其重量2～3倍的去离子水，溶解稀释；

在第五容器中加入双酚A型环氧乳液，加入其重量2～3倍的去离子水，溶解稀释；

配制浸润剂：

在配制釜中先加入浸润剂重量0.3～0.4倍的去离子水，依次加入预分散的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧硅烷、阳离子苄基氨基硅烷；然后加入预溶解并稀释的双酚A型不饱和聚酯乳液、双酚A型环氧乳液、润滑剂、甲基硫酸季胺盐、氯化铵；最后补加余量的去离子水，搅拌15～30分钟即可。

下面列出透明毡用玻纤浸润剂的具体实施例：

实施例

本发明实例中，偶联剂γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧硅烷为EVONIC公司生产的，型号为MEMO；阳离子苄基氨基硅烷为EVONIC公司生产的，型号为1161；

润滑剂采用烷基咪唑啉衍生物；

抗静电剂采用甲基硫酸季胺盐，AO5620和氯化铵类物质；

pH值调节剂采用醋酸，

成膜剂：双酚A型不饱和聚酯乳液来自意大利COIM公司JS-111，双酚A型环氧乳液来自巨石集团TX-209；

浸润剂的最终pH值控制在3.5～6.0，LOI值控制在0.25-0.8％。

表1浸润剂具体实施例列表

对比例：

硅烷偶联剂Evonik A-174：0.4％，润滑剂DSM 88710：0.08％，抗静电剂DSMAO5620：0.25％，成膜剂为聚醋酸乙烯乳液N33：6.5％。

本次实验实施例采用的拉丝工艺为2400孔铂金漏板拉丝，最终的每根原丝由100单丝合股而成，单纤维直径控制在11微米，烘干工艺是先微波再加采用热风烘干，烘干时间为12小时。最终的产品为2400Tex。

这些配方实施例的玻璃纤维生产的450克短切毡工艺进行测试结果如下：

表2 450克短切毡工艺测试结果

以上测试数据是按照通用的玻璃纤维产品测试方法测试。从以上的配方测试实例中，我们可以从中看出，实施例3和6最符合设计的要求；其他实施例与对比例相比较，性能明显提高。

综上所述，本发明根据透明玻璃纤维毡生产工艺技术特点，通过优化浸润剂原料的种类和配比，采用合适成熟的玻璃纤维生产工艺，生产出满足高端要求客户需求的透明毡产品。采用本发明的浸润剂涂覆生产玻璃纤维，具有克重均匀好、浸透速度快、与基体树脂的相容性好、生产的玻璃纤维毡制品透明度好、制品强度高，使用寿命长等特点。

最后应说明的是：在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上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精神和范围。

Claims (9)

1.一种透明毡用玻纤浸润剂，其特征在于，包含以下组分，所述各组分的含量以重量百分比表示如下：

2.如权利要求1所述的透明毡用玻纤浸润剂，其特征在于，所述硅烷偶联剂采用乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧硅烷、γ-氨基丙三乙氧基硅烷和阳离子苄基氨基硅烷中的任意两种的组合。

3.如权利要求2所述的透明毡用玻纤浸润剂，其特征在于，所述硅烷偶联剂采用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧硅烷和阳离子苄基氨基硅烷的组合物；其中，所述γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧硅烷和所述阳离子苄基氨基硅烷的质量比为6：1～1：5。

4.如权利要求1所述的透明毡用玻纤浸润剂，其特征在于，所述成膜剂为不饱和聚酯乳液和环氧乳液的混合物，其中所述不饱和聚酯乳液与所述环氧乳液的质量比为5:1～1:1；

所述不饱和聚酯乳液为邻苯型不饱和聚酯、间苯型不饱和聚酯、双酚A型不饱和聚酯、卤代不饱和聚酯中的一种；

所述环氧乳液为双酚A型环氧乳液、双酚F型环氧乳液、双酚AD型环氧、双酚S型环氧、多酚型环氧、脂肪族缩水甘油醚环氧中的一种。

5.如权利要求1所述的透明毡用玻纤浸润剂，其特征在于，

所述润滑剂为PEG类或脂肪酰胺缩聚物、烷基咪唑啉衍生物中的一种；

所述抗静电剂为有机季铵盐和无机盐的组合；

所述pH值调节剂为醋酸、柠檬酸、甲酸、有机胺类中的一种。

6.如权利要求5所述的透明毡用玻纤浸润剂，其特征在于，所述抗静电剂为甲基硫酸季胺盐、咪唑啉金属盐、无机硝酸盐和氯化铵中的两种。

7.如权利要求1所述的透明毡用玻纤浸润剂，其特征在于，包含以下组分，所述各组分的含量以重量百分比表示如下：

其中，所述硅烷偶联剂采用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧硅烷和阳离子苄基氨基硅烷的组合物；所述成膜剂为不饱和聚酯乳液和环氧乳液的混合物；所述润滑剂为PEG类或脂肪酰胺缩聚物、烷基咪唑啉衍生物中的一种，所述抗静电剂为甲基硫酸季胺盐、咪唑啉金属盐、无机硝酸盐和氯化铵中的两种；所述pH值调节剂为醋酸、柠檬酸、甲酸、有机胺类中的一种；所述水为去离子水。

8.一种如权利要求1-7中任一项所述的透明毡用玻纤浸润剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

预分散硅烷偶联剂：所述硅烷偶联剂包括第一硅烷偶联剂和第二硅烷偶联剂；

在第一分散器中，加入重量为第一硅烷偶联剂重量20～40倍的水，加入pH值调节剂，pH值控制在3.5～4.0，搅拌状态下加入第一硅烷偶联剂，搅拌速度控制在50～150r/min，搅拌10～20分钟；

在第二分散器中加入重量为第二硅烷偶联剂重量10～30倍的水，加入pH值调节剂，pH值控制在3.5～4.5左右，搅拌状态下加入第二硅烷偶联剂，搅拌速度控制在50～150r/min，搅拌10～20分钟；

预溶解并稀释润滑剂：

在第一容器中加入用量为润滑剂重量15～25倍的85～90℃的水，然后加入所述润滑剂重量0.9～1.1倍的冰醋酸，再加入所述润滑剂，搅拌溶解；

预溶解并稀释抗静电剂：所述抗静电剂包括第一抗静电剂和第二抗静电剂；

在第二容器中加入第一抗静电剂，加入其重量15～20倍的85～90℃的水，溶解稀释；

在第三容器中加入第二抗静电剂，加入其重量10～15倍的45～55℃的水，溶解稀释；

预溶解并稀释成膜剂：所述成膜剂包括第一成膜剂和第二成膜剂；

在第四容器中加入第一成膜剂，加入其重量2～3倍的水，溶解稀释；

在第五容器中加入第二成膜剂，加入其重量2～3倍的水，溶解稀释；

配制浸润剂：

在配制釜中先加入浸润剂重量0.3～0.4倍的水，依次加入预分散的第一偶联剂、第二偶联剂；然后依次加入预溶解并稀释的第一成膜剂、第二成膜剂、润滑剂、第一抗静电剂、第二抗静电剂；最后补加余量的水，搅拌15～30分钟即可。

9.一种如1-7任一项权利要求所述的透明毡用玻纤浸润剂在短切毡用玻璃纤维或透明板材用玻璃纤维上的应用。