一种水溶性硼改性硅树脂浸润剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于上浆剂技术领域，涉及一种水溶性硼改性硅树脂浸润剂及其制备方法和应用。一种水溶性硼改性硅树脂浸润剂，合成原料包括以下组分：四官能度硅酸酯、三官能度硅酸酯、氨基硅烷、硼改性剂、封端剂；将四官能度硅酸酯、三官能度硅酸酯、氨基硅烷、硼酸酯混合后加水引发水解

【技术实现步骤摘要】
一种水溶性硼改性硅树脂浸润剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于上浆剂
，涉及一种水溶性硼改性硅树脂浸润剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在工业烟气过滤领域，提高袋式除尘器内滤袋的工作温度，一直是人们关注的问题。针刺玄武岩纤维毡作为一种性能好的新型无机材料，在袋式除尘方面发挥了较好的使用性能，提高了烟气过滤的工作温度。其瞬时工作温度可达到300℃，但是难以在该温度下长期工作，其原因在于玄武岩针刺毡滤料表面现用的有机上浆剂在高温下分解。为了提高纤维的热稳定性，可以通过在纤维表面浸润新型上浆剂，来提高纤维的耐温性。常用的有机浸润剂有环氧树脂、乙烯基树脂、聚氨酯、酚醛树脂、聚丙烯等。近些年新出现的水溶性聚硅氧烷浸润剂对于玄武岩纤维的改性效果较好（Materials Chemistry and Physics, Wang Z T . 2021, 272：125024.），能使纤维在300℃热处理后断裂力保持率在76%以上，是未施胶纤维的3.8倍。可见合成性能优异的上浆剂，浸润涂覆纤维可以有效提升纤维的机械性能。研制新型的合成条件简单、原料易得、使用方法简单的上浆剂，可有效地对纤维实施改性，促进玄武岩纤维的应用。
[0003]目前大部分耐热型高分子由于不具有水溶性而无法应用于无机纤维浸润剂。一些耐热性型高分子材料虽然可以制成乳液，但对纤维的增强效果并不好，且含有大量乳化剂，在高温下易分解。如聚四氟乙烯乳液，由于分子链刚性大且没有交联，分子链在外力的作用下容易滑脱，且在300℃以上呈现粘流态，故对纤维的热机械性能增强不明显。所以在解决涂层材料耐热性和水溶性的同时，还需要保证涂层的强度。常规的硅树脂可以通过添加氨基硅烷的方法从而使其呈现水溶性（CN111848960A），然而这样的硅树脂对无机纤维的机械性能和耐高温性能增强效果有限。还可以通过添加其他元素改性的方法来提升硅树脂的膜强度，在以往的技术资料中（CN114230800A）添加锆元素用来改性硅树脂，但经过锆改性后的硅树脂则变为不溶于水，需要对主链上的锆元素进一步修饰使其呈水溶性。
[0004]目前，对玄武岩纤维耐热上浆剂的研究还较少，导致上浆剂的热稳定性与玄武岩纤维滤袋的使用温度不匹配。因此，有必要寻找一种耐热上浆剂来提高玄武岩织物的使用温度。

技术实现思路

[0005]鉴于现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种水溶性硼改性硅树脂浸润剂及其制备方法和应用。利用该浸润剂对玄武岩纤维进行浸润涂覆，浸润剂可在纤维表面形成一层耐温薄膜，进而提高玄武岩纤维在高温下的机械强度，提高纤维的热稳定性。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案。
[0007]合成一种水溶性硼改性硅树脂浸润剂，原料包括以下组分：四官能度硅酸酯、三官能度硅酸酯、氨基硅烷、硼改性剂、封端剂。
[0008]进一步地，所述四官能度硅酸酯为正硅酸四乙酯。
[0009]进一步地，所述三官能度硅酸酯为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷中的一种或几种组合。
[0010]进一步地，所述氨基硅烷为N
‑
β
‑
（氨乙基）
‑
γ
‑
氨丙基甲基二甲氧基硅烷或N
‑
β
‑
（氨乙基）
‑
γ
‑
氨丙基甲基二乙氧基硅烷。
[0011]进一步地，所述硼改性剂为硼酸三甲酯、硼酸或硼酸三乙酯的一种或几种组合。由于硼酸的反应活性较高，故优选硼酸三甲酯。
[0012]进一步地，封端剂为六甲基二硅氧烷。
[0013]一种水溶性硼改性硅树脂浸润剂的制备方法，将三官能度硅酸酯和四官能度硅酸酯加入到氨基硅烷中，混合搅拌，再加入硼改性剂；在磁力搅拌作用下，向反应器中加入蒸馏水进行水解
‑
共聚反应，一段时间后，加入封端剂搅拌至反应完成，得到水溶性硼改性硅树脂浸润剂。
[0014]进一步地，所述四官能度硅酸酯占硅酸酯与氨基硅烷总物质的量的8
‑
20%。
[0015]进一步地，所述三官能度硅酸酯占硅酸酯与氨基硅烷总物质的量的20
‑
60%。
[0016]进一步地，所述氨基硅烷占硅酸酯与氨基硅烷总物质的量的35
‑
65%。
[0017]进一步地，所述硼改性剂的添加量为硅酸酯与氨基硅烷物质的量总和的0.1
‑
25%。
[0018]进一步地，所述封端剂使用量为硅酸酯和氨基硅烷总物质的量的1.5
‑
9%。
[0019]此水溶性硼改性硅树脂浸润剂应用于玻璃纤维和玄武岩纤维的生产拉丝过程和织物的后整理过程。
[0020]水溶性硼改性硅树脂的结构式如（Ⅰ）所示：（Ⅰ）。
[0021]目前，尚未有涉及采用水溶性硼改性硅树脂的合成，以及用于对玄武岩纤维进行浸润上浆处理的相关技术资料。
[0022]本专利技术的技术关键点在于：本专利技术合成一种硼改性硅树脂浸润剂，并且使其呈现水溶性，同时提供了该浸润剂的使用方法。该浸润剂与以往技术相比，合成条件为室温下合成，无需额外加热；以蒸馏
水为聚合引发剂，由于氨基硅烷的加入，无需额外添加强酸或强碱作为催化剂，故该生产过程简单环保。硼改性硅树脂溶于水后，由于硼氧键的自水解生成硼羟基，使该硼改性硅树脂完全溶于水，以便于配置纤维浸润剂。为确保聚合物分子量的增大，使聚合反应顺利进行，该水溶性硼改性硅树脂浸润剂的合成过程中首次使用了四官能度的硅酸酯单体，可以有效防止硼改性剂水解生成的多个硼羟基同时与一个分子的三官能度或二官能度硅酸酯上的硅羟基缩合生成如下结构式（Ⅱ）所示的无官能度和一官能度的二聚体（例如：1
‑
甲基
‑3‑
硼杂
‑1‑
硅杂
‑
2,4,5
‑
三氧杂双环[1.1.1]戊烷；4
‑
{2
‑
[(3
‑
氨基丙基)氨基]乙基}
‑4‑
甲基
‑
1,3,4,2
‑
二氧杂硅杂硼杂环丁
‑2‑
醇），所以该聚合反应在常温下即可顺利进行。同时，使用四官能度的硅酸酯单体可以提供大量游离羟基，在浸润纤维并固化后，硼改性硅树脂在纤维表面由于脱水缩合，故形成特殊的粗糙颗粒状表面，大大提升纤维的表面强度；当温度进一步升高至200℃以上时，游离的硼羟基与硅羟基可以进一步脱水缩合二次固化，进一步提高了纤维的表面强度，从而提高了纤维在高温下的机械性能。
[0023]（Ⅱ）。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是。
[0025]合成的水溶性硼改性硅树脂浸润剂热稳定性能好，热处理后残重保持率高；能够修复玄武岩纤维的表面缺陷，增加纤维表面强度。200℃热处理后，成膜的硼改性硅树脂浸润剂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水溶性硼改性硅树脂浸润剂，其特征在于，原料包括以下组分：四官能度硅酸酯、三官能度硅酸酯、氨基硅烷、硼改性剂、封端剂。2.如权利要求1所述的水溶性硼改性硅树脂浸润剂，其特征在于，所述四官能度硅酸酯为正硅酸四乙酯。3.如权利要求1所述的水溶性硼改性硅树脂浸润剂，其特征在于，所述三官能度硅酸酯为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷中的一种或几种组合。4.如权利要求1所述的水溶性硼改性硅树脂浸润剂，其特征在于，所述氨基硅烷为N
‑
β
‑
（氨乙基）
‑
γ
‑
氨丙基甲基二甲氧基硅烷或N
‑
β
‑
（氨乙基）
‑
γ
‑
氨丙基甲基二乙氧基硅烷。5.如权利要求1所述的水溶性硼改性硅树脂浸润剂，其特征在于，所述硼改性剂为硼酸三甲酯、硼酸或硼酸三乙酯的一种或几种组合。6.如权利要求1所述的水溶性硼改性硅树脂浸润剂，其特征在于，封端剂为六甲基二硅氧烷。7.一种水溶性硼改性硅树脂浸润剂的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗洪杰，王诏田，赵天旭，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：