CN114875676A - 对氨基苯甲醇增强的水性聚氨酯碳纤维上浆剂及制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及对对氨基苯甲醇增强的水性聚氨酯碳纤维上浆剂及制备方法和应用，按重量份计，其组分包括2‑10份聚乙二醇、0.1‑1份2,2‑二羟甲基丙酸、0.1‑4份对氨基苯甲醇、0.2‑3份二异氰酸酯、0.1‑1份乳化剂、10‑20份N,N‑二甲基甲酰胺、70‑90份去离子水和微量催化剂。与现有技术相比，该碳纤维水性上浆剂环境友好性较好，可以有效地提高碳纤维的韧性、表面平滑度、硬度、耐磨性，抗拉强度、弯曲强度和集束性等性能，可以广泛适用于原始连续碳纤维，短切碳纤维与回收碳纤维。其产物最大分解温度大于180℃，可以适用于ABS、尼龙、聚酰亚胺等多种热塑性性树脂基体复合材料的制备。
Description
技术领域
本发明属于上浆剂制备领域，具体设计一种对氨基苯甲醇增强水性聚氨酯上浆剂的制备方法，通过调控聚氨酯分子结构使其具有大量极性亲水基团和刚性苯环，提高水性聚氨酯上浆剂亲水性和力学性能。可以通用于原始碳纤维、回收碳纤维、连续碳纤维、短切碳纤维等材料的上浆处理。
背景技术
碳纤维及其复合材料在运动器材、航天航空、医疗器械、国防军工等领域有着广泛的应用。但是，碳纤维材料脆性高、伸长率低，在生产和加工过程中因为重复受到拉伸、摩擦、弯折等作用，容易出现断丝、毛丝等现象，严重影响产品的质量和生产效率。此外，由于碳纤维表面官能团较少，呈现界面惰性，在与树脂等材料混合构造复合材料的过程中存在界面结合较差的问题，从而导致复合材料的性能下降。上浆剂可以有效解决碳纤维集束性和与基体材料之间的结合情况。上浆剂的作用主要是保护碳纤维表面的官能团免受环境中杂质污染；提高碳纤维的集束性，增加其加工工艺性，使其便于加工；改善碳纤维与基体树脂之间的化学结合力；增强碳纤维的浸润性，进而提高复合材料层间剪切强度，改善和优化复合材料的综合性能；增加碳纤维表面润滑性，对碳纤维进行保护，减少其在加工过程中因为摩擦、弯折等原因而出现断丝、毛丝的现象。
目前主要的碳纤维上浆剂分为溶剂型、乳液型和水溶型。溶剂型上浆剂所采用的溶剂为有机溶剂，大多数有毒且具有良好的挥发性，对环境的污染和人体的伤害较大。乳液型上浆剂是通过向不溶于水的树脂基材料中添加乳化剂与水来制成乳液。相比于溶剂型上浆剂，乳液型上浆剂对人体的伤害较低。
现有的水性上浆剂主要为改性的环氧树脂水性上浆剂，但是环氧树脂体系存在单组分不能固化，烘干后纤维粘手；双组份容易过度固化从而造成碳纤维集束过硬，难以加工的缺陷。此外，环氧树脂为热固性材料，固化后难以进行再处理，与热塑性树脂基体之间存在结合较差等缺陷。
聚氨酯类材料可以具有良好的力学性能，同时可以通过分子设计实现独特的性能。水性聚氨酯是通过在聚氨酯合成过程中添加分子中的极性基团从而提高材料的亲水性能，线性结构的聚氨酯是热塑性材料，可以与热塑性基体之间进行更好的结合，因此其制备的碳纤维上浆剂可以使碳纤维的综合性能得到更好的优化。
申请号CN105088798A公开了一种水性聚氨酯上浆剂及其制备方法，其主要由水性聚氨酯乳液和去离子水构成。该上浆剂可以增加碳纤维的润湿能力并使碳纤维复合材料表现出更好的力学性能。但是该发明中聚氨酯链结构主要由二元醇和异氰酸酯构成，柔性较大，难以满足实际成产中碳纤维力学性能要求。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种对氨基苯甲醇增强的聚氨酯上浆剂及制备方法，通过向水性聚氨酯结构中引入对氨基苯甲醇增加分子链中苯环含量从而提高聚氨酯的力学性能，同时该水性上浆剂环境污染较小，对人体伤害较低。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种对氨基苯甲醇增强的水性聚氨酯碳纤维上浆剂，按重量份计，其组分包括2-10份聚乙二醇、0.1-1份2,2-二羟甲基丙酸、0.1-4份对氨基苯甲醇、0.2-3份二异氰酸酯、0.1-1份乳化剂、10-20份N,N-二甲基甲酰胺、70-90份去离子水和微量催化剂。
进一步地，所述的聚乙二醇分子量为1000-6000g/mol。该分子量范围聚乙二醇常用于医药、纺织、化妆品、橡胶及金属加工等领域，易于与二异氰酸酯反应形成聚氨酯。
进一步地，所述的乳化剂为十二烷基硫酸钠和吐温80按质量比9:1-5:5复配得到，制备过程为按比例称取十二烷基硫酸钠和吐温80，然后控制温度为60-70℃，在搅拌条件下将其溶解在去离子水中。该乳化剂通过将阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂按照一定比例复合，可以有效的降低体系中液体表面张力，同时有利于形成混合胶束，二者的协同作用和加成作用可以提高上浆剂乳液的稳定性。
进一步地，所述的二异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种。
本发明还提供一种对氨基苯甲醇增强水性聚氨酯碳纤维上浆剂的制备方法，包括以下步骤：
(5)按比例称取聚乙二醇、2,2-二羟甲基丙酸和二异氰酸酯，将其置于反应瓶中，添加N,N-二甲基甲酰胺溶解；
(6)调整反应温度为70-85℃，添加催化剂，搅拌条件下反应2-3h；
(7)向步骤(2)中的反应体系中按比例添加对氨基苯甲醇，控制反应条件不变，继续反应1-2h；
(8)在步骤(3)所得反应产物中添加乳化剂，在高速搅拌下，按比例缓慢加入去离子水，得到水性碳纤维上浆剂。
进一步地，步骤(1)中N,N-二甲基甲酰胺的用量为：N,N-二甲基甲酰胺与聚乙二醇的体积质量比为：(10-20)ml：(2-3)g。
进一步地，步骤(2)中添加的催化剂为二月桂酸二丁基锡，催化剂的添加量为使其与N,N-二甲基甲酰胺的体积比为：1-2：10000～20000。
进一步地，反应过程中搅拌速度为600-1000r/min；乳化过程中搅拌速度为600-1500r/min。
本发明还提供一种对氨基苯甲醇增强水性聚氨酯碳纤维上浆剂的应用，将所述上浆剂对碳纤维采用浸润法或喷涂法进行上浆处理。
对碳纤维采用浸润法上浆处理，具体步骤为：将碳纤维浸润到上浆剂中，控制温度为50-80℃，在超声条件下上浆处理0.5-2h，完成上浆处理的碳纤维转移到烘箱中，并控制温度为80-120℃，烘干12-48h；
对碳纤维采用喷涂法上浆处理，具体步骤为：将上浆剂均匀喷涂至碳纤维表面，完成上浆的碳纤维转移到烘箱中，控制温度为80-120℃，烘干24-48h。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明制备的碳纤维上浆剂为乳液型水性上浆剂，有机溶剂含量极低，对环境和人体危害较小。本发明选用的聚乙二醇常用于医药、纺织、化妆品及橡胶和金属加工等领域，通过与二异氰酸酯反应合成聚氨酯材料具有良好的环境适应性。通过化学改性的方式向聚氨酯主链中添加2,2-二羟甲基丙酸可以增加亲水性基团，使得聚氨酯亲水性增加，同时使得其具有良好的湿热稳定性和耐久性。此外，利用对氨基苯甲醇增强的方式可以增加分子链中的苯环含量从而使聚氨酯材料的力学性能增强，使其具有较好的剪切、弯曲和压缩强度。该聚氨酯上浆剂可以使上浆后碳纤维耐热性和机械性能增加，适用于不同的温度环境，满足不同的加工制造和使用条件。
(2)本发明利用对氨基苯甲醇对水性聚氨酯的分子结构进行优化，通过增加聚氨酯分子链上苯环的比例使材料的力学性能得到提高。本发明所制备的上浆剂可以广泛适用于原始碳纤维，连续碳纤维与回收短切碳纤维的上浆处理。其产物的最大分解温度大于180℃，可以适用于高温的加工制造条件和应用环境。
(3)本发明制备的水性上浆剂因为引入了二羟甲基丙酸亲水基团，可以增加聚氨酯的亲水性能，并通过十二烷基硫酸钠和吐温80的复配乳化剂有效的提高了上浆剂的稳定性，制备方法简单，易于操作，为碳纤维上浆剂的制备与研究提供了新的思路并开拓了研究前景。
附图说明
图1为上浆处理之后碳纤维的扫描电子显微镜照片；
图2为上浆后具有集束性的碳纤维的扫描电子显微镜照片；
图3为实施例1中水性聚氨酯的红外表征图谱；
图4为实施例1中水性聚氨酯的热失重曲线；
图5为实施例1中水性聚氨酯粒径分析图谱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步阐述。其中，所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。
实施例1
按比例称取6000g/mol聚乙二醇2g，2,2-二羟甲基丙酸45mg，六亚甲基二异氰酸酯224mg。然后将其加入到反应瓶中，添加10ml N，N-二甲基甲酰胺，控制搅拌速度为600r/min使得完全溶解。随后控制反应温度为80℃，搅拌速度为800r/min，滴加1-2μl二月桂酸二丁基锡作为催化剂，在氮气保护下反应2h。
反应结束称取82mg对氨基苯甲醇添加到上述反应体系中，控制反应条件不变，继续反应1h，得到对氨基苯甲醇增强水性聚氨酯。
按质量比为9:1比例称取十二烷基硫酸钠和吐温80，在60-70℃下搅拌条件下溶解于去离子水中得到复配乳化剂，控制乳化剂浓度为0.1g/ml。
按比例称取对氨基苯甲醇增强水性聚氨酯溶液，控制乳化速度为800r/min，首先向其中滴加1ml乳化剂，然后再按比例缓慢滴加去离子水，通过相反转法构造水性聚氨酯乳液上浆剂，控制上浆剂中固含量为5wt％，在滴加结束后继续乳化5min。
通过红外光谱仪和粒径分析仪分别分析最后得到的水性聚氨酯的红外图谱及其乳液上浆剂的粒径分布情况。
称取上浆剂总重量30％的原始连续碳纤维，利用乙醇和去离子水对其进行表面清洗，然后置于烘箱中烘干。随后将表面处理好的碳纤维浸润到配置好的上浆剂中，超声处理1h。之后将碳纤维取出，转移到烘箱中，控制温度为100℃烘干12h。最后将上浆完成的碳纤维取出。
上浆处理之后碳纤维的扫描电子显微镜照片如图1所示；从图中可以看出碳纤维表面覆盖有一层均匀的上浆剂。
图2为上浆后具有集束性的碳纤维的扫描电子显微镜照片,从图中可以看出上浆处理后碳纤维形貌规整，表面均匀覆盖有上浆剂，且碳纤维之间间隙有上浆剂填充，碳纤维集束性增强。
图3为实施例1中水性聚氨酯的红外表征图谱；从图中可以看出3545cm-1为游离的-OH键的伸缩振动峰、N-H键的伸缩振动峰，1658cm-1和1691cm-1分别为羰基和羧酸醛基的伸缩振动峰，证明存在氨基甲酸酯键和羧基；2927cm-1和2860cm-1为C-H键的伸缩振动峰，1501cm-1为芳香环的特征峰，1437和1388cm-1为C-N键的伸缩振动峰，1256cm-1为C-C键和C-O键的伸缩振动峰，1095cm-1为C-O-C的伸缩振动特征峰，659cm-1为O-H键的面外弯曲特征峰。
图4为实施例1中水性聚氨酯的热失重曲线；从图中可以看出该上浆剂热分解温度约为221℃，该碳纤维中上浆剂含量约为16wt％。
图5为实施例1中水性聚氨酯粒径分析图谱,从图中可以看出该实施例中上浆剂粒径为712nm。
实施例2
按比例称取6000g/mol聚乙二醇2g，2,2-二羟甲基丙酸45mg，六亚甲基二异氰酸酯168mg。然后将其加入到反应瓶中，添加10ml N，N-二甲基甲酰胺，控制搅拌速度为600r/min使得完全溶解。随后控制反应温度为80℃，搅拌速度为800r/min，滴加1-2μl二月桂酸二丁基锡作为催化剂，在氮气保护下反应2h。
反应结束称取41mg对氨基苯甲醇添加到上述反应体系中，控制反应条件不变，继续反应1h，得到对氨基苯甲醇增强水性聚氨酯。
按质量比为9:1比例制备十二烷基硫酸钠和吐温80复配乳化剂，控制乳化剂浓度为0.1g/ml。
按比例称取对氨基苯甲醇增强水性聚氨酯溶液，控制乳化速度为800r/min，首先向其中滴加1ml乳化剂，然后再按比例缓慢滴加去离子水，通过相反转法构造水性聚氨酯乳液上浆剂，控制上浆剂中固含量为5wt％，在滴加结束后继续乳化5min。
称取上浆剂总重量30％的原始连续碳纤维，利用乙醇和去离子水对其进行表面清洗，然后置于烘箱中烘干。随后将表面处理好的碳纤维浸润到配置好的上浆剂中，超声处理1h。之后将碳纤维取出，转移到烘箱中，控制温度为100℃烘干12h。最后将上浆完成的碳纤维取出。
实施例3
按比例称取1000g/mol聚乙二醇2g，2,2-二羟甲基丙酸268mg，异佛尔酮二异氰酸酯1.77g。然后将其加入到反应瓶中，添加10ml N，N-二甲基甲酰胺，控制搅拌速度为700r/min使得完全溶解。随后控制反应温度为75℃，搅拌速度为800r/min，滴加1-2μl二月桂酸二丁基锡作为催化剂，在氮气保护下反应1.5h。
反应结束称取492mg对氨基苯甲醇添加到上述反应体系中，控制反应条件不变，继续反应1.5h，得到对氨基苯甲醇增强水性聚氨酯。
按质量比为7:3比例制备十二烷基硫酸钠和吐温80复配乳化剂，控制乳化剂浓度为0.1g/ml。
按比例称取对氨基苯甲醇增强水性聚氨酯溶液，控制乳化速度为1000r/min，首先向其中滴加1ml乳化剂，然后再按比例缓慢滴加去离子水，通过相反转法构造水性聚氨酯乳液上浆剂，控制上浆剂中固含量为5wt％，在滴加结束后继续乳化5min。
称取上浆剂总重量40％的原始连续碳纤维，利用乙醇和去离子水对其进行表面清洗，然后置于烘箱中烘干。随后将表面处理好的碳纤维浸润到配置好的上浆剂中，超声处理1h。之后将碳纤维取出，转移到烘箱中，控制温度为80℃烘干12h。最后将上浆完成的碳纤维取出。
利用剪切机将连续的碳纤维均匀裁剪为6mm的短切碳纤维。然后本实例中将上浆处理的短切碳纤维与牌号为707的ABS粒料按照重量比1:9的比例加入到挤出机中混合并挤出成型。
实施例4
按比例称取1000g/mol聚乙二醇3g，2,2-二羟甲基丙酸804mg，六亚甲基二异氰酸酯2.52g。然后将其加入到反应瓶中，添加20ml N，N-二甲基甲酰胺，控制搅拌速度为700r/min使得完全溶解。随后控制反应温度为85℃，搅拌速度为800r/min，滴加1-2μl二月桂酸二丁基锡作为催化剂，在氮气保护下反应1.5h。
反应结束称取738mg对氨基苯甲醇添加到上述反应体系中，控制反应条件不变，继续反应1.5h，得到对氨基苯甲醇增强水性聚氨酯。
按质量比为8:2比例制备十二烷基硫酸钠和吐温80复配乳化剂，控制乳化剂浓度为0.1g/ml。
按比例称取对氨基苯甲醇增强水性聚氨酯溶液，控制乳化速度为800r/min，首先向其中滴加2ml乳化剂，然后再按比例缓慢滴加去离子水，通过相反转法构造水性聚氨酯乳液上浆剂，控制上浆剂中固含量为5wt％，在滴加结束后继续乳化5min。
称取上浆剂总重量40％的原始连续碳纤维，首先利用乙醇和去离子水对碳纤维表面进行清洗，然后将其转移到烘箱中干燥。将干燥好的碳纤维平铺到基板上，利用高压喷壶将配置好的碳纤维上浆剂均匀喷涂到碳纤维表面，静置一段时间后将其转移到烘箱中，控制温度为90℃烘干36h。
实施例5
按比例称取3000g/mol聚乙二醇2g，2,2-二羟甲基丙酸0.1g，六亚甲基二异氰酸酯0.93g。然后将其加入到反应瓶中，添加10ml N，N-二甲基甲酰胺，控制搅拌速度为700r/min使得完全溶解。随后控制反应温度为70℃，搅拌速度为1000r/min，滴加1μl二月桂酸二丁基锡作为催化剂，在氮气保护下反应2h。
反应结束称取0.5g对氨基苯甲醇添加到上述反应体系中，控制反应条件不变，继续反应1h，得到对氨基苯甲醇增强水性聚氨酯。
按质量比为6:4比例制备十二烷基硫酸钠和吐温80复配乳化剂，控制乳化剂浓度为0.1g/ml。
按比例称取对氨基苯甲醇增强水性聚氨酯溶液，控制乳化速度为1000r/min，首先向其中滴加1ml乳化剂，然后再按比例缓慢滴加去离子水，通过相反转法构造水性聚氨酯乳液上浆剂，控制上浆剂中固含量为5wt％，在滴加结束后继续乳化5min。
称取上浆剂总重量40％的原始连续碳纤维，首先利用乙醇和去离子水对碳纤维表面进行清洗，然后将其转移到烘箱中干燥。将干燥好的碳纤维平铺到基板上，利用高压喷壶将配置好的碳纤维上浆剂均匀喷涂到碳纤维表面，静置一段时间后将其转移到烘箱中，控制温度为120℃烘干24h。
实施例6
按比例称取6000g/mol聚乙二醇10g，2,2-二羟甲基丙酸1g，六亚甲基二异氰酸酯7.1g。然后将其加入到反应瓶中，添加50ml N，N-二甲基甲酰胺，控制搅拌速度为700r/min使得完全溶解。随后控制反应温度为85℃，搅拌速度为1000r/min，滴加5μl二月桂酸二丁基锡作为催化剂，在氮气保护下反应3h。
反应结束称取4g对氨基苯甲醇添加到上述反应体系中，控制反应条件不变，继续反应1.5h，得到对氨基苯甲醇增强水性聚氨酯。
按质量比为5:5比例制备十二烷基硫酸钠和吐温80复配乳化剂，控制乳化剂浓度为0.1g/ml。
按比例称取对氨基苯甲醇增强水性聚氨酯溶液，控制乳化速度为1500r/min，首先向其中滴加5ml乳化剂，然后再按比例缓慢滴加去离子水，通过相反转法构造水性聚氨酯乳液上浆剂，控制上浆剂中固含量为5wt％，在滴加结束后继续乳化5min。
称取上浆剂总重量40％的原始连续碳纤维，首先利用乙醇和去离子水对碳纤维表面进行清洗，然后将其转移到烘箱中干燥。将干燥好的碳纤维平铺到基板上，利用高压喷壶将配置好的碳纤维上浆剂均匀喷涂到碳纤维表面，静置一段时间后将其转移到烘箱中，控制温度为80℃烘干48h。
对比例1
按比例称取6000g/mol聚乙二醇2g，2,2-二羟甲基丙酸45mg，六亚甲基二异氰酸酯224mg。然后将其加入到反应瓶中，添加10ml N，N-二甲基甲酰胺，控制搅拌速度为600r/min使得完全溶解。随后控制反应温度为80℃，搅拌速度为800r/min，滴加1-2μl二月桂酸二丁基锡作为催化剂，在氮气保护下反应2h。
按质量比为9:1比例制备十二烷基硫酸钠和吐温80复配乳化剂，控制乳化剂浓度为0.1g/ml。
按比例称取水性聚氨酯溶液，控制乳化速度为800r/min，首先向其中滴加1ml乳化剂，然后再按比例缓慢滴加去离子水，通过相反转法构造水性聚氨酯乳液上浆剂，控制上浆剂中固含量为5wt％，在滴加结束后继续乳化5min。
通过红外光谱仪和粒径分析仪分别分析最后得到的水性聚氨酯的红外图谱及其乳液上浆剂的粒径分布情况。
称取上浆剂总重量30％的原始连续碳纤维，利用乙醇和去离子水对其进行表面清洗，然后置于烘箱中烘干。随后将表面处理好的碳纤维浸润到配置好的上浆剂中，超声处理1h。之后将碳纤维取出，转移到烘箱中，控制温度为100℃烘干12h。最后将上浆完成的碳纤维取出。
对比例2
按比例称取1000g/mol聚乙二醇2g，2,2-二羟甲基丙酸268mg，六亚甲基二异氰酸酯1.34g。然后将其加入到反应瓶中，添加10ml N，N-二甲基甲酰胺，控制搅拌速度为700r/min使得完全溶解。随后控制反应温度为75℃，搅拌速度为800r/min，滴加1-2μl二月桂酸二丁基锡作为催化剂，在氮气保护下反应1.5h。
按质量比为8:2比例制备十二烷基硫酸钠和吐温80复配乳化剂，控制乳化剂浓度为0.1g/ml。
按比例称取水性聚氨酯溶液，控制乳化速度为1000r/min，首先向其中滴加1ml乳化剂，然后再按比例缓慢滴加去离子水，通过相反转法构造水性聚氨酯乳液上浆剂，控制上浆剂中固含量为5wt％，在滴加结束后继续乳化5min。
称取上浆剂总重量40％的原始连续碳纤维，利用乙醇和去离子水对其进行表面清洗，然后置于烘箱中烘干。随后将表面处理好的碳纤维浸润到配置好的上浆剂中，超声处理1h。之后将碳纤维取出，转移到烘箱中，控制温度为80℃烘干12h。最后将上浆完成的碳纤维取出。
上述各实施例与对比例采用本发明水性上浆剂处理后的碳纤维性能如下表所示：
检测方法：
纤维外观测试：采用目视法，观察碳纤维表面有无毛丝，断丝；
耐高温性：本发明采用Perkinelmer Pyris 1热重分析仪来测试对氨基苯甲醇增强水性聚氨酯碳纤维通用上浆剂的耐高温性能。测试条件为氮气环境下，室温到700℃，10℃/min升温，测试其分解温度。
上浆剂乳液粒径：本发明采用Zetasizer Nano S纳米粒度仪测定不同时间内水性聚氨酯上浆剂乳液粒径分布情况。
上浆剂稳定性：本发明利用Zetasizer Nano S纳米粒度仪测定不同时间内对氨基苯甲醇增强水性聚氨酯碳纤维上浆剂中粒子的粒径来衡量粒子的团聚行为，从而判定上浆剂的稳定性。分别测定了刚制得的水性上浆剂和放置8个月后的水性上浆剂中粒子的粒径。
耐磨性：本发明根据FZ/T 01121-2014《纺织品耐磨性能试验平磨法》，自制简易耐磨仪，在一定纤维束张力下，将纤维与600目砂纸在固定压力下进行匀速往复运动。按纤维束发生同样断裂情况作为停止标准，记录摩擦次数作为依据。
测试结果如下所示：
从上面数据可以看出经过水性聚氨酯上浆剂处理后碳纤维表面均有所改善，纤维没有明显的断裂和毛丝现象，纤维集束性增强。
通过测试可以得到刚制得的水性上浆剂中乳液的粒子直径为500-800nm，放置8个月后水性上浆剂中乳液的直径为900-1200nm，平均粒径增加幅度为28％-50％。实施例和对比例差别不大。
对比上述数据，本发明中制得的水性聚氨酯乳液型碳纤维上浆剂具有良好的耐高温性能，可以增强上浆处理后碳纤维的耐磨性能。此外该上浆剂还具有良好的稳定性，可以进行较长时间的存储。
以上所述，仅为本发明中较佳的具体实施案例，但本发明的保护范围并不局限在此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，按照本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或者改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种对氨基苯甲醇增强的水性聚氨酯碳纤维上浆剂，其特征在于，按重量份计，其组分包括2-10份聚乙二醇、0.1-1份2,2-二羟甲基丙酸、0.1-4份对氨基苯甲醇、0.2-3份二异氰酸酯、0.1-1份乳化剂、10-20份N,N-二甲基甲酰胺、70-90份去离子水和微量催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种对氨基苯甲醇增强的水性聚氨酯碳纤维上浆剂，其特征在于，所述的聚乙二醇分子量为1000-6000g/mol。
3.根据权利要求1所述的一种对氨基苯甲醇增强的水性聚氨酯碳纤维上浆剂，其特征在于，所述的乳化剂为十二烷基硫酸钠和吐温80按质量比9:1-5:5复配得到，制备过程为按比例称取十二烷基硫酸钠和吐温80，然后控制温度为60-70℃，在搅拌条件下将其溶解在去离子水中。
4.根据权利要求1所述的一种对氨基苯甲醇增强的水性聚氨酯碳纤维上浆剂，其特征在于，所述的二异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种。
5.一种如权利要求1所述的对氨基苯甲醇增强水性聚氨酯碳纤维上浆剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按比例称取聚乙二醇、2,2-二羟甲基丙酸和二异氰酸酯，将其置于反应瓶中，添加N,N-二甲基甲酰胺溶解；
(2)调整反应温度为70-85℃，添加催化剂，搅拌条件下反应2-3h；
(3)向步骤(2)中的反应体系中按比例添加对氨基苯甲醇，控制反应条件不变，继续反应1-2h；
(4)在步骤(3)所得反应产物中添加乳化剂，在高速搅拌下，按比例缓慢加入去离子水，得到水性碳纤维上浆剂。
6.根据权利要求5所述的对氨基苯甲醇增强水性聚氨酯碳纤维上浆剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中N,N-二甲基甲酰胺的用量为：N,N-二甲基甲酰胺与聚乙二醇的体积质量比为：(10-20)ml:(2-3)g。
7.根据权利要求5所述的对氨基苯甲醇增强水性聚氨酯碳纤维上浆剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中添加的催化剂为二月桂酸二丁基锡，催化剂的添加量为使其与N,N-二甲基甲酰胺的体积比为：1-2:10000～20000。
8.根据权利要求5所述的对氨基苯甲醇增强水性聚氨酯碳纤维上浆剂的制备方法，其特征在于，反应过程中搅拌速度为600-1000r/min；乳化过程中搅拌速度为600-1500r/min。
9.一种如权利要求1所述的对氨基苯甲醇增强水性聚氨酯碳纤维上浆剂的应用，其特征在于，将所述上浆剂对碳纤维采用浸润法或喷涂法进行上浆处理。
10.根据权利要求8所述的对氨基苯甲醇增强水性聚氨酯碳纤维上浆剂的应用，其特征在于，对碳纤维采用浸润法上浆处理，具体步骤为：将碳纤维浸润到上浆剂中，控制温度为50-80℃，在超声条件下上浆处理0.5-2h，完成上浆处理的碳纤维转移到烘箱中，并控制温度为80-120℃，烘干12-48h；
对碳纤维采用喷涂法上浆处理，具体步骤为：将上浆剂均匀喷涂至碳纤维表面，完成上浆的碳纤维转移到烘箱中，控制温度为80-120℃，烘干24-48h。
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| CN114875676B (zh) | 2023-12-12 |
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