【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及上浆剂领域，具体涉及一种生物基环氧乳化剂、上浆剂、碳纤维、复合材料及其制备方法。
技术介绍
1、碳纤维/环氧树脂复合材料因其具有耐高温、耐摩擦、耐腐蚀、模量高和强度大等众多优势，被广泛应用于航空航天、医疗器械、汽车运输和风力发电等多个领域。在工业生产碳纤维过程中，由于工业和工艺的问题不可避免会对纤维本身造成不可逆的伤害，纤维表面产生大量的纵向凹槽和毛丝，影响纤维本体强度，从而导致碳纤维/环氧树脂复合材料力学性能降低。
2、为改善碳纤维表面状况，提升其极性以及与树脂的界面结合性能，目前已有多种方法被提出，包括气相氧化、等离子体处理和气相沉积等。但这些方法存在直接或间接损伤碳纤维的风险。相比之下，上浆法以其经济高效、可控性强且对纤维无损伤的特点，成为优化碳纤维表面性能的理想选择。上浆法不仅能改善纤维表面的润湿性能，还能通过“锁链”效应连接纤维和基体，在界面处提供物理和化学结合性能，从而提升复合材料的力学性能。
3、尽管上浆法具有诸多优势，但现有水性环氧乳化剂在制备上浆剂时仍面临一些问题。特别是，现有的乳化剂在进行工业生产的过程中会使用有毒有害原料，这对生态环境和人体健康构成威胁。此外，现有的乳化剂通常只能实现单功能去乳化树脂，对后续复合材料的制备没有额外贡献，导致原料浪费和生产成本增加。这与当代企业追求产品高效化、实现原料多样化的准则相悖。以公开号为cn100500984c的中国专利为例，该专利公开了一种由聚酰亚胺树脂和环氧树脂混合制备的乳液型上浆剂。虽然该方法在一定程度上改善了碳纤维的表面性能
4、本专利技术旨在解决上述问题。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术提出一种生物基环氧乳化剂、上浆剂、碳纤维、复合材料及其制备方法。该生物基环氧乳化剂能够在工业生产中避免使用有毒有害原料，实现多种方法制备上浆剂，同时兼具保护纤维、增强界面结合性能及促进复合材料力学性能提升等多重功能。该生物基环氧乳化剂及利用其制得的上浆剂易于降解，符合现代工业可持续发展的要求。
2、本专利技术提出一种生物基环氧乳化剂，其原料包括以下组分：多糖、环氧树脂、酚酸和催化剂；
3、所述生物基环氧乳化剂的制备方法，包括以下步骤：
4、s101：将环氧树脂加热到50~100℃至其完全熔融，再加入多糖，于80~110℃下反应4~15h，得到多糖改性的环氧树脂；
5、s102：将多糖改性的环氧树脂加热至120~200℃，然后加入酚酸和催化剂，反应5~18h，得到生物基环氧乳化剂。
6、在一个或多个实施方案中，步骤s101中多糖和环氧树脂的质量比为1:(3~4.5)。
7、在一个或多个实施方案中，步骤s102中，多糖改性的环氧树脂和酚酸的质量比为1:(0.1~1)，催化剂的质量占原料总质量的0.001%~0.008%。
8、在一个或多个实施方案中，生物基环氧乳化剂具有以下一项或多项特征：
9、所述多糖选自壳聚糖、壳聚糖衍生物和壳二糖盐酸盐中的一种或多种，所述壳聚糖衍生物选自羧甲基壳聚糖和壳寡糖中的一种或多种；
10、所述环氧树脂选自双酚a环氧树脂、双酚f环氧树脂、二酚基丙烷型环氧树脂和多酚型缩水甘油醚环氧树脂中的一种或多种；
11、所述酚酸选自肉桂酸和肉桂酸衍生物中的一种或多种，所述肉桂酸衍生物选自羟基肉桂酸、肉桂酸丁酯和4-甲基肉桂酸中的一种或多种；
12、所述催化剂包括四丁基溴化铵。
13、本专利技术还提出了一种上浆剂，包含质量比为1：（0.25~0.37）：（3.34~4）：（0.007~0.13）：（0.007~0.13）的双酚a环氧树脂、如上文所述的生物基环氧乳化剂、水、润滑剂和抗静电剂。
14、在一个或多个实施方案中，所述上浆剂的结构式为：
15、。
16、在一个或多个实施方案中，所述上浆剂的制备方法为：
17、s111：将双酚a环氧树脂加热至熔融状，再将生物基环氧乳化剂加入混合，用高速剪切机将双酚a环氧树脂和生物基环氧乳化剂搅拌混合；
18、s112：搅拌混合均匀后，提高转速并缓慢加入水继续搅拌混合；
19、s113：搅拌混合均匀后，再加入润滑剂和抗静电剂，得到上浆剂。
20、本专利技术还提出了一种上浆剂，包含质量比为1：（0.01~0.15）：（2.6~3）：（0.007~0.13）：（0.007~0.13）的如上文所述的生物基环氧乳化剂、胺类、水、润滑剂和抗静电剂。
21、在一个或多个实施方案中，所述上浆剂的制备方法为：
22、s121：将生物基环氧乳化剂降温至50~70℃，再加入胺类搅拌混合；
23、s122：提高搅拌转速至1000~2000rpm，缓慢滴加水，继续搅拌混合；
24、s123：搅拌混合均匀后加入润滑剂和抗静电剂，得到上浆剂。
25、本专利技术还提出了一种上浆处理的碳纤维，其通过使用如上文所述的上浆剂对碳纤维进行上浆处理而制得。
26、本专利技术还提出了一种碳纤维/环氧树脂复合材料，其由质量比为1:(100～200):(10～20)的如上文所述的上浆处理的碳纤维、环氧树脂和固化剂经过固化而制得。
27、相较于现有技术，本专利技术具有如下有益效果：
28、1. 本专利技术提供的生物基环氧乳化剂，以多糖和酚酸为原料，具有原料易得、收率高、操作简便及降解效率高等优点。在制备上浆剂时，该乳化剂无需使用有机溶剂，从而避免了设备损坏，实现了绿色环保生产，具备大规模生产应用的前景。
29、2. 本专利技术提供的生物基环氧乳化剂功能多样，可通过相反转法利用生物基乳化剂作为表面活性剂乳化环氧树脂。同时，也可采用更简便的自乳化方法直接制备水性上浆剂，无需预先制备乳化剂，从而简化了操作并节省了时间。
30、3. 本专利技术提供的上浆处理的碳纤维含有双键，在紫外线照射下易发生环加成反应，从而缩短复合材料的固化时间。紫外固化树脂制备复合材料，不仅能耗低、污染小、成本低，而且力学性能优异。
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1.一种生物基环氧乳化剂，其特征在于，所述生物基环氧乳化剂的原料包括以下组分：多糖、环氧树脂、酚酸和催化剂；
2.根据权利要求1所述的生物基环氧乳化剂，其特征在于，步骤S101中多糖和环氧树脂的质量比为1:(3~4.5)。
3.根据权利要求1所述的生物基环氧乳化剂，其特征在于，步骤S102中，多糖改性的环氧树脂和酚酸的质量比为1:(0.1~1)，催化剂的质量占原料总质量的0.001%~0.008%。
4.根据权利要求1所述的生物基环氧乳化剂，其特征在于，生物基环氧乳化剂具有以下一项或多项特征：
5.一种上浆剂，其特征在于，包含质量比为1：（0.25~0.37）：（3.34~4）：（0.007~0.13）：（0.007~0.13）的双酚A环氧树脂、如权利要求1所述的生物基环氧乳化剂、水、润滑剂和抗静电剂。
6.根据权利要求5所述的上浆剂，其特征在于，所述上浆剂的结构式为：
7.根据权利要求5所述的上浆剂，其特征在于，所述上浆剂的制备方法为：
8.一种上浆剂，包含质量比为1：（0.01~0.15）：（
9.根据权利要求8所述的上浆剂，其特征在于，所述上浆剂的制备方法为：
10.一种上浆处理的碳纤维，其特征在于，所述上浆处理的碳纤维通过使用权利要求5至9中任一项所述的上浆剂对碳纤维进行上浆处理而制得。
11.一种碳纤维/环氧树脂复合材料，其特征在于，所述碳纤维/环氧树脂复合材料由质量比为1:(100～200):(10～20)的如权利要求10所述的上浆处理的碳纤维、环氧树脂和固化剂经过固化而制得。
...【技术特征摘要】
1.一种生物基环氧乳化剂，其特征在于，所述生物基环氧乳化剂的原料包括以下组分：多糖、环氧树脂、酚酸和催化剂；
2.根据权利要求1所述的生物基环氧乳化剂，其特征在于，步骤s101中多糖和环氧树脂的质量比为1:(3~4.5)。
3.根据权利要求1所述的生物基环氧乳化剂，其特征在于，步骤s102中，多糖改性的环氧树脂和酚酸的质量比为1:(0.1~1)，催化剂的质量占原料总质量的0.001%~0.008%。
4.根据权利要求1所述的生物基环氧乳化剂，其特征在于，生物基环氧乳化剂具有以下一项或多项特征：
5.一种上浆剂，其特征在于，包含质量比为1：（0.25~0.37）：（3.34~4）：（0.007~0.13）：（0.007~0.13）的双酚a环氧树脂、如权利要求1所述的生物基环氧乳化剂、水、润滑剂和抗静电剂。
6.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵联双，宋丽媛，王乐，张凌云，戴俊磊，吉明磊，陈翠萍，
申请(专利权)人：道生天合材料科技上海股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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