一种水性环氧树脂乳液的制备方法技术

本发明专利技术涉及水性环氧树脂乳液的技术领域，具体为一种水性环氧树脂乳液的制备方法。聚醚多元醇与溴乙酸叔丁酯溶解在溶剂中，在催化剂作用下发生溴代反应，加入质量浓度20%~40%的氢氧化钠溶液，碱性条件下水解得到物质A；取上述物质A与二元胺反应，加入封端剂得到物质B；取上述物质B与环氧树脂反应得到端环氧基表面活性剂，在强力搅拌下缓慢滴加去离子水进而继续将环氧树脂乳化得到水性环氧树脂乳液；本发明专利技术改善了水性环氧树脂乳液稳定性差、环氧树脂基体与碳纤维的浸润性差以及成膜时表面活性剂析出的问题，同时该环氧树脂上浆剂不含易挥发有机化合物，大大降低了对环境的污染。

【技术实现步骤摘要】
一种水性环氧树脂乳液的制备方法
本专利技术涉及水性环氧树脂乳液的
，具体为一种水性环氧树脂乳液的制备方法。
技术介绍
碳纤维是一种碳元素含量高达90%以上的综合性能优异的纤维状材料，其具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、导电、减震、降噪等一系列优良性能，被广泛应用在航空航天和军事领域、体育运动领域、医疗卫生保健领域、土木建筑领域、纺织服装领域等现代工业上。但碳纤维存在机械损伤、径向裂纹、中心空洞等多种类型的缺陷，受到外力作用时在裂纹尖端易产生应力集中，因此在加工过程中经摩擦极易断裂产生毛丝，影响碳纤维与基体树脂的相容性，降低复合材料性能。因此，通常在碳纤维表面涂覆一层油剂，称为上浆剂。上浆剂提高碳纤维的集束性，减小相对摩擦，从而减少毛丝量及单丝断裂现象，提升复合材料综合性能。上浆剂的发展历程主要分为三个阶段：溶剂型、外加乳化剂型、自乳化型上浆剂。溶剂型上浆剂是将树脂溶解在丙酮等有机溶剂中配制而成，但由于有机溶剂易挥发，导致上浆量离散大且对周围环境产生较大污染。外加乳化剂型上浆剂是采用小分子表面活性剂使树脂在水中均匀分散制得的水性乳液，减少了环境污染，但小分子表面活性剂在成膜时易析出，同时也会增加复合材料吸水率导致强度下降。自乳化型上浆剂是采用改性的表面活性剂，使其参与树脂的反应，不仅能有效降低表面活性剂析出问题，同时制得的水性乳液粒径小，提高了碳纤维与树脂基体的浸润性。针对不同种类的碳纤维增强树脂基体，上浆剂也相应生产出各类品种与之匹配，主要包括环氧树脂型、聚氨酯型及复合型。其中，水性环氧树脂上浆剂近年来发展迅速，应用最为广泛。公开号为CN103572608A的中国专利技术专利申请公开了一种水性环氧树脂乳液型碳纤维上浆剂及其制备，其组份包括环氧树脂15%~35%，表面活性剂5%~20%，润滑剂0.1%~0.5%，消泡剂0.1%~0.5%，去离子水55%~65%；该文件中水性环氧树脂乳液型碳纤维上浆剂的制备过程中不含有丙酮、甲苯等易挥发有机化合物，有利于环境保护。但所采用的表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚型表面活性剂，不参与环氧树脂的反应，成膜时易析出影响加工性能，此上浆剂粒径在200~400nm，粒径较大，不利于填充碳纤维表面的沟槽，导致上浆后纤维起毛量大、集束性差。公开号为CN101858038A的中国专利技术专利申请公开了一种碳纤维乳液上浆剂及其制备方法和应用，该制备方法操作简单，但采用了大量的易挥发有机溶剂，对生态环境和操作人员的人身健康造成一定威胁，并且有机溶剂易挥发，上浆剂浓度变化较大，导致上浆不均匀，影响纤维综合性能。
技术实现思路
本专利技术针对水性环氧树脂乳液稳定性差、环氧树脂基体与碳纤维的浸润性差以及成膜时表面活性剂析出的问题，提供了一种水性环氧树脂乳液的制备方法，该方法制得的水性环氧树脂乳液制成的碳纤维上浆剂乳液粒径在80~100nm，粒径较小，利于填充碳纤维表面沟槽，形成一种机械互锁结构，增强纤维集束性，减小起毛量；上浆剂乳液不含丙酮等易挥发有机溶剂，以水为分散剂，上浆过程中浓度变化不大，上浆均匀，且不会对操作人员造成健康威胁，有利于生态环境保护；该制备方法中产生制备中间产物端环氧基表面活性剂，该端环氧基表面活性剂可将小分子的聚乙二醇进行改性进而引入环氧树脂分子链中，参与环氧树脂的固化反应，加工成膜时不析出，不影响产品外观及综合性能。本专利技术的技术方案为：一种水性环氧树脂乳液的制备方法，包括如下步骤：（1）聚醚多元醇与溴乙酸叔丁酯溶解在溶剂中，在催化剂作用下发生溴代反应，加入质量浓度20%~40%的氢氧化钠溶液，碱性条件下水解得到物质A；各原料所占质量百分数为溶剂10~15份，溴乙酸叔丁酯3~10份，催化剂2~5份，20%~40%的氢氧化钠溶液5~10份，余量为聚醚多元醇；（2）取上述物质A与二元胺反应，加入封端剂得到物质B；各原料所占的质量百分比为产物A为80~90份，二元胺为10~15份，封端剂为2~5份；（3）取上述物质B与环氧树脂反应得到端环氧基表面活性剂，在强力搅拌下缓慢滴加去离子水进而继续将环氧树脂乳化得到水性环氧树脂乳液；各原料所占的质量百分比为B为5~10份，环氧树脂30~40份，去离子水50~60份。优选的，步骤（1）为，在装有搅拌器、回流冷凝器、温度计、氮气的500mL四口烧瓶中，加入聚醚多元醇和溶剂，在40~50℃下搅拌溶解后依次加入催化剂和溴乙酸叔丁酯，升温到60~65℃反应10~12h，减压除去溶剂，降至室温，加入质量浓度20%~40%氢氧化钠溶液反应8~10h，加入适量的去离子水溶解并转移至分液漏斗中，加入二氯甲烷萃取除去杂质直至上层液体澄清，旋蒸除去二氯甲烷，得到产物A。优选的，步骤（2）具体为，在装有搅拌器、回流冷凝器、温度计、氮气的500mL四口烧瓶中，加入产物A在85~95℃下减压抽滤除去残留的水份，加入二元胺混匀后升至160~180℃反应1~2h，抽真空除去多余的二元胺，降至60~65℃，加入封端剂反应2~3h得到物质B。优选的，步骤（3）中，在装有搅拌器、回流冷凝器、温度计、恒压滴液漏斗的500mL四口烧瓶中，加入物质B、环氧树脂与稀释剂丙二醇甲醚，升温到90~100℃反应2~3h，降温到40~50℃，在1000~1500r/min强力搅拌下均匀滴加去离子水，制得固含量为40~50%的水性环氧树脂乳液。优选的，步骤（1）中聚醚多元醇为聚乙二醇、聚丙二醇中的任意一种。优选的，步骤（1）中溶剂为二甲苯或甲苯；催化剂为叔丁醇钾。优选的，步骤（2）中二元胺为2-甲基-1,5-戊二胺、间苯二胺、己二胺；封端剂为单环氧的叔碳酸缩水甘油酯。优选的，步骤（3）中环氧树脂为含有两个或两个以上环氧官能团的环氧树脂，最佳为双酚A型环氧树脂。水性环氧树脂上浆剂的配制：将得到的水性环氧树脂乳液稀释至固含量为3%，按稀释前水性环氧树脂乳液质量加入0.5%~2%的润湿剂TEGO4100、0.5%~2%的成膜助剂陶氏DPM，配制成水性环氧树脂上浆剂，对于水性环氧树脂上浆剂的配制也可以采用本领域常用的配制配比，满足不同需求。本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术的水性环氧树脂乳液是通过化学反应将表面活性剂的亲水链段引入环氧树脂分子链中制得的水性环氧树脂乳液，配制的上浆剂粒径为80~100nm，粒径分布较窄，利于填充碳纤维表面沟槽，形成一种机械互锁结构，增强纤维集束性，减小起毛量，具有良好的储存稳定性、稀释稳定性、冻融稳定性、机械稳定性。（2）本专利技术中间产物端环氧基表面活性剂可参与树脂的固化反应，不再以小分子状态存在，加工成膜时不析出，不影响产品外观及综合性能。（3）本专利技术制得的上浆剂不含挥发性有机化合物，以水为分散剂，上浆过程中浓度变化不大，上浆均匀，且不会对操作人员造成健康威胁，有利于生态环境保护。附图说明图1是未经过上浆处理的碳纤维的SEM图。图2是未经过上浆处理的碳纤维的SEM图。图3是未经过上浆处理的碳纤维的SEM图。图4是使用本专利技术实施例1制备的上浆剂上浆处理的碳纤维SEM图。图5是使用本专利技术实施例1制备的上浆剂上浆处理的碳纤维SEM图。图6是使用本专利技术实施例1制备的上浆剂上浆处理的碳纤维SEM图。具体实施方式根据下述实施例，可以更好地理解本专利技术。然而，本领域的技术人员容本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水性环氧树脂乳液的制备方法，包括如下步骤：（1）聚醚多元醇与溴乙酸叔丁酯溶解在溶剂中，在催化剂作用下发生溴代反应，加入质量浓度20%~40%的氢氧化钠溶液，碱性条件下水解得到物质A；各原料所占质量百分数为溶剂10~15份，溴乙酸叔丁酯3~10份，催化剂2~5份，20%~40%的氢氧化钠溶液5~10份，余量为聚醚多元醇；（2）取上述物质A与二元胺反应，加入封端剂得到物质B；各原料所占的质量百分比为产物A为80~90份，二元胺为10~15份，封端剂为2~5份；（3）取上述物质B与环氧树脂反应得到端环氧基表面活性剂，在强力搅拌下缓慢滴加去离子水进而继续将环氧树脂乳化得到水性环氧树脂乳液；各原料所占的质量百分比为B为5~10份，环氧树脂30~40份，去离子水50~60份。

【技术特征摘要】
1.一种水性环氧树脂乳液的制备方法，包括如下步骤：（1）聚醚多元醇与溴乙酸叔丁酯溶解在溶剂中，在催化剂作用下发生溴代反应，加入质量浓度20%~40%的氢氧化钠溶液，碱性条件下水解得到物质A；各原料所占质量百分数为溶剂10~15份，溴乙酸叔丁酯3~10份，催化剂2~5份，20%~40%的氢氧化钠溶液5~10份，余量为聚醚多元醇；（2）取上述物质A与二元胺反应，加入封端剂得到物质B；各原料所占的质量百分比为产物A为80~90份，二元胺为10~15份，封端剂为2~5份；（3）取上述物质B与环氧树脂反应得到端环氧基表面活性剂，在强力搅拌下缓慢滴加去离子水进而继续将环氧树脂乳化得到水性环氧树脂乳液；各原料所占的质量百分比为B为5~10份，环氧树脂30~40份，去离子水50~60份。2.根据权利要求1所述的水性环氧树脂乳液的制备方法，其特征在于，步骤（1）为，在装有搅拌器、回流冷凝器、温度计、氮气的500mL四口烧瓶中，加入聚醚多元醇和溶剂，在40~50℃下搅拌溶解后依次加入催化剂和溴乙酸叔丁酯，升温到60~65℃反应10~12h，减压除去溶剂，降至室温，加入质量浓度20%~40%氢氧化钠溶液反应8~10h，加入适量的去离子水溶解并转移至分液漏斗中，加入二氯甲烷萃取除去杂质直至上层液体澄清，旋蒸除去二氯甲烷，得到产物A。3.根据权利要求1所述的水性环氧树脂乳液的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨昆明，杨勇，李国超，
申请(专利权)人：山东七维新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37