一種水溶性碳纖維上漿劑的制備方法和用圖
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于碳纖維上漿劑技術領域，具體涉及一種水溶性碳纖維上漿劑的制備方法和用途。
【背景技術】
[0002]碳纖維的強度和模量高，單絲直徑小，比表面積大，且在水中不生銹、不發(fā)霉、不腐爛，與微生物具有親和性，是修復污染水生態(tài)環(huán)境的良好材料。而目前在國內(nèi)碳纖維各方面的研宄主要集中在復合材料上，碳纖維上漿劑也是在保護碳纖維表面的基礎上以改善與基體樹脂的相容性為主，但碳纖維的親水性和分散性很不理想。未經(jīng)表面處理未上漿的碳纖維的表面能低，親水性不好，且使用不方便；經(jīng)過表面處理后的碳纖維雖然表面能有所提高，改善了親水性，但不上漿因有大量毛絲也影響運輸和使用；通用型上漿劑對碳纖維的分散性不利，不適合用于水處理方向和對碳纖維具有良好分散性要求的其它方面。
[0003]我國現(xiàn)用于水處理方面的碳纖維靠進口維持，成本很高，這也大大限制了碳纖維在我國水處理方向的市場。為此，開發(fā)一種水溶性碳纖維上漿劑，使碳纖維更好得適用于水處理方向以及對碳纖維具有良好分散性要求的其它方面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種能夠改善碳纖維親水性和分散性能，并對環(huán)境、生物無害的適合于工業(yè)化應用的水溶性碳纖維上漿劑，以及該上漿劑的制備方法。
[0005]本發(fā)明的另一目的在于提供上述水溶性碳纖維上漿劑的用途。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下措施實現(xiàn)的:
[0007]一種水溶性碳纖維上漿劑，其制備原料包括以下質量百分比的成分:水溶性高分子5?40份，抗靜電劑0.06?2份，乳化劑0.1?2份，溶劑50?95份。
[0008]所述的水溶性高分子是指分子中含有大量羥基、氨基、酰胺基、醚基和羧酸基中的一種或幾種，優(yōu)選聚丙二醇、脂肪酸聚氧乙烯醚、聚N-乙烯基己內(nèi)酰胺、聚乙烯基吡啶、聚丙烯酸中的一種或幾種。
[0009]所述的抗靜電劑中含有十八烷基二甲基羥乙基季銨硝酸鹽、烷基胺與環(huán)氧乙烷的縮合物、異十三醇磷酸酯、月桂基磷酸酯、月桂基磷酸酯鉀鹽中的一種或幾種。
[0010]所述的乳化劑為乳化劑EL系列中的一種或幾種。
[0011]所述的溶劑中含有乙醇和去離子水中的一種或兩種。
[0012]本發(fā)明的上漿劑的制備方法具體是:在60?100°C下，將水溶性高分子加入溶劑總量的10?50%的溶劑中，使之溶于溶劑中，再加入常溫下剩余的溶劑，調(diào)節(jié)溫度；再將抗靜電劑和乳化劑加入上述溶液中，攪拌溶解使之成為一體的溶液，即可制得。
[0013]本發(fā)明的上漿劑的制備方法具體還可以是:在60?100°C下，將水溶性高分子加入所有溶劑中，攪拌到一定程度后，再將抗靜電劑和乳化劑加入上述溶液中，攪拌溶解使之成為一體的溶液，即可制得。
[0014]上述的水溶性碳纖維上漿劑可以用在專用于水處理方向的碳纖維上，也可以用于對碳纖維具有良好分散性要求的其它方面的碳纖維上，以保護碳纖維為基礎，提高碳纖維表面的親水性和分散性。
[0015]一種碳纖維，含有上述的水溶性碳纖維上漿劑，水溶性碳纖維上漿劑的質量為碳纖維總質量的0.1?5%。
[0016]本發(fā)明水溶性碳纖維上漿劑，所用原料均無毒、對環(huán)境無害，便于配漿和上漿；具有很好的滲透性和較好的粘結強度，能滲入纖維束內(nèi)部進行粘結且賦予碳纖維良好的加工性能；制得的水溶性碳纖維上漿劑對碳纖維可以起到很好的保護作用。碳纖維上完漿烘干后，溶劑全部揮發(fā)掉，不會殘留在纖維表面。用水溶性碳纖維上漿劑處理碳纖維后，碳纖維表面含有大量的活性官能團(羥基、氨基、酰胺基、醚基和羧酸基中的一種或幾種)，能有效改善碳纖維表面的親水性和在水中的分散性，并能同時保證碳纖維具有良好的光滑度、柔軟性、柔韌性。本發(fā)明制備方法簡單，效果好，成本低，可滿足批量生產(chǎn)的要求。
【附圖說明】
[0017]圖1是未上漿碳纖維浸漬在水中20s后的分散情況，圖2是國內(nèi)環(huán)氧樹脂上漿后碳纖維浸漬在水中20s后的分散情況，圖3【具體實施方式】五中采用水溶性碳纖維上漿劑上漿后碳纖維浸漬在水中20s后的分散情況。
【具體實施方式】
[0018]以下進一步描述本發(fā)明的具體技術方案，以便于本領域的技術人員進一步地理解本發(fā)明，而不構成對其權利的限制。
[0019]【具體實施方式】一:一種碳纖維上漿劑，它是由聚丙二醇和聚丙烯酸的混合物、月桂基磷酸酯、EL-30規(guī)格的乳化劑和乙醇水溶液制成，重量配比為10:0.5:0.6:89ο制作時，先在60?100°C下，將10份聚丙二醇和聚丙烯酸的混合物加入到40份乙醇水溶液中，攪拌使之完全溶解，再加入49份剩余乙醇水溶液，調(diào)節(jié)溫度至30?50°C ;再將0.5份月桂基磷酸酯和0.6份EL-30規(guī)格的乳化劑加入上述溶液中，攪拌溶解使之成為一體的溶液，即得到一種水溶性碳纖維上漿劑。
[0020]用此上漿劑上漿后的碳纖維含漿重量分數(shù)為1.7% ;通過接觸角測試得出上漿后碳纖維與水的接觸角較上漿前的降低了 23%，親水性有所改善；上漿后的碳纖維浸漬水中后約5s后分散。
[0021]【具體實施方式】二:一種碳纖維上漿劑，它是由聚乙烯基吡啶和聚N-乙烯基己內(nèi)酰胺的混合物、十八烷基二甲基羥乙基季銨硝酸鹽、EL-40規(guī)格的乳化劑、乙醇水溶液制成，重量配比為5:0.4:0.3:95。制作時，先在70?80°C下，將5份聚乙烯基吡啶和聚N-乙烯基己內(nèi)酰胺的混合物加入到95份乙醇水溶液中，攪拌使之完全溶解，待溫度適中，再將0.4份十八烷基二甲基羥乙基季銨硝酸鹽和0.3份EL-40規(guī)格的乳化劑加入上述溶液中，攪拌溶解使之成為一體的溶液，即得到一種水溶性碳纖維上漿劑。
[0022]用此上漿劑上漿后的碳纖維含漿重量分數(shù)為1.45% ;通過接觸角測試得出上漿后碳纖維與水的接觸角較上漿前的降低了 19%，親水性有所改善；上漿后的碳纖維浸漬水中后約7s后分散。
[0023]【具體實施方式】三:一種碳纖維上漿劑，它是由聚乙烯基吡啶和聚丙二醇的混合物、烷基胺與環(huán)氧乙烷的縮聚物、EL-40規(guī)格的乳化劑、去離子水制成，重量配比為8:0.3:0.4:92。制作時，先在80?100°C下，將8份聚乙烯基吡啶和聚丙二醇的混合物加入到40份去離子水中，攪拌使之完全溶解，再加入52份剩余去離子水，調(diào)節(jié)溫度至30?500C ;再將0.3份烷基胺與環(huán)氧乙烷的縮聚物和0.4份EL-40規(guī)格的乳化劑加入上述溶液中，攪拌溶解使之成為一體的溶液，即得到一種水溶性碳纖維上漿劑。
[0024]用此上漿劑上漿后的碳纖維含漿重量分數(shù)為1.7% ;通過接觸角測試得出上漿后碳纖維與水的接觸角較上漿前的降低了 28%，親水性有所改善；上漿后的碳纖維浸漬水中后約2s后分散。
[0025]【具體實施方式】四:一種碳纖維上漿劑，它是由聚丙二醇、異十三醇磷酸酯、EL-20規(guī)格的乳化劑和去離子水制成，重量配比為11:0.4:0.6:90。制作時，先在80?100°C下，將11份聚丙二醇加入到90份去離子水中，攪拌使之完全溶解，待溫度適中，再將0.4份異十三醇磷酸酯和0.6份EL-20規(guī)格的乳化劑加入上述溶液中，攪拌溶解使之成為一體的溶液，即得到一種水溶性碳纖維上漿劑。
[0026]用此上漿劑上漿后的碳纖維含漿重量分數(shù)為1.99% ;通過接觸角測試得出上漿后碳纖維與水的接觸角較上漿前的降低了 27%，親水性有所改善；上漿后的碳纖維浸漬水中后約2s后分散。
[0027]【具體實施方式】五:一種碳纖維上漿劑，它是由聚丙烯酸和聚N-乙烯基己內(nèi)酰胺的混合物、異十三醇磷酸酯和月桂基磷酸酯的混合物、EL-12規(guī)格的乳化劑和去離子水制成，重量配比為5:0.2:0.2:95ο制作時，先在80?90°C下，將5份聚丙烯酸和聚N-乙烯基己內(nèi)酰胺的混合物加入到40份去離子水中，攪拌使之完全溶解，再加入45份剩余去離子水，調(diào)節(jié)溫度至40?60°C;再將0.2份異十三醇磷酸酯和月桂基磷酸酯的混合物和0.2份EL-12規(guī)格的乳化劑加入上述溶液中，攪拌溶解使之成為一體的溶液，即得到一種水溶性碳纖維上漿劑。
[0028]用此上漿劑上漿后的碳纖維含漿重量分數(shù)為1.33% ;通過接觸角測試得出上漿后碳纖維與水的接觸角較上漿前的降低了 29%，親水性有所改善；上漿后的碳纖維浸漬水中后立即分散。
【主權項】
1.一種水溶性碳纖維上漿劑，特征在于:其制備原料包括以下質量百分比的成分:水溶性高分子5?40份，抗靜電劑0.06?2份，乳化劑0.1?2份，溶劑50?95份。2.根據(jù)權利要求1所述的水溶性碳纖維上漿劑，特征在于:所述的水溶性高分子是指分子中含有大量羥基、氨基、酰胺基、醚基和羧酸基中的一種或幾種，優(yōu)選聚丙二醇、脂肪酸聚氧乙烯醚、聚N-乙烯基己內(nèi)酰胺、聚乙烯基吡啶、聚丙烯酸中的一種或幾種。3.根據(jù)權利要求1所述的水溶性碳纖維上漿劑，特征在于:所述的抗靜電劑中含有十八烷基二甲基羥乙基季銨硝酸鹽、烷基胺與環(huán)氧乙烷的縮合物、異十三醇磷酸酯、月桂基磷酸酯、月桂基磷酸酯鉀鹽中的一種或幾種。4.根據(jù)權利要求1所述的水溶性碳纖維上漿劑，特征在于:所述的乳化劑為乳化劑EL系列中的一種或幾種。5.根據(jù)權利要求1所述的水溶性碳纖維上漿劑，特征在于:所述的溶劑中含有乙醇和去離子水中的一種或兩種。6.權利要求1?5任一項所述的水溶性碳纖維上漿劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟:在60?100°C下，將水溶性高分子加入溶劑總量的10?50%的溶劑中，使之溶于溶劑中，再加入常溫下剩余的溶劑，調(diào)節(jié)溫度；再將抗靜電劑和乳化劑加入上述溶液中，攪拌溶解使之成為一體的溶液，即可制得水溶性碳纖維上漿劑。7.權利要求1?5任一項所述的水溶性碳纖維上漿劑的制備方法，其特征在于還可以包括以下步驟:在60?100°C下，將水溶性高分子加入所有溶劑中，攪拌到一定程度后，再將抗靜電劑和乳化劑加入上述溶液中，攪拌溶解使之成為一體的溶液，即可制得水溶性碳纖維上漿劑。8.權利要求1?5任一項所述的水溶性碳纖維上漿劑用于水處理方向以及對碳纖維有良好分散性要求其它方面。9.一種碳纖維，其特征在于:含有權利要求1?5任一項所述的的水溶性碳纖維上漿劑，水溶性碳纖維上漿劑的質量為碳纖維總質量的0.1?5%。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水溶性碳纖維上漿劑的制備方法和用途，該水溶性碳纖維上漿劑含有5～40份水溶性高分子、0.1～2份乳化劑、0.06～2份抗靜電劑和50～95份溶劑，所述水溶性聚合物是指分子中含有大量親水性官能團，其制作步驟如下：在60～100℃下，將溶劑加入或者分批量加入水溶性聚合物中，攪拌使水溶性高分子在溶劑中完全溶解，再將乳化劑和抗靜電劑加入上述溶液中，攪拌溶解使之成為一體的溶液，即可制得。本發(fā)明所用原料對環(huán)境無害，用水溶性碳纖維上漿劑對碳纖維進行處理后，碳纖維表面含有大量活性官能團，保證碳纖維具有良好柔軟性和柔韌性的同時，能有效改善碳纖維表面親水性和分散性，使碳纖維更好地適用于水處理方向以及對碳纖維具有良好分散性要求的其它方面。
【IPC分類】D06M15/356, D06M15/53, D06M15/285, D01F9/12, D06M15/263, D06M13/325, D06M13/292
【公開號】CN104988735
【申請?zhí)枴緾N201510458833
【發(fā)明人】劉杰, 安永真, 梁節(jié)英
【申請人】北京化工大學常州先進材料研究院
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年7月30日