一種用于碳纖維的水溶性上漿劑組合物及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及精細(xì)化工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于碳纖維的水溶性上漿劑組合物及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維是一種含碳量高于90%的無(wú)機(jī)高分子纖維，碳纖維可分別用聚丙烯腈(PAN)、粘膠基碳纖維、瀝青纖維以及酚醛樹(shù)脂基碳纖維等經(jīng)過(guò)一系列的碳化、石墨化過(guò)程制得，目前應(yīng)用最廣泛的是聚丙烯腈碳纖維。聚丙烯腈碳纖維通常是指用85%以上的丙烯腈與第二和第三單體的共聚物，經(jīng)濕法紡絲或干法紡絲制得的合成纖維。丙烯腈含量在35?85%之間的共聚物紡絲制得的纖維稱(chēng)為改性聚丙烯腈纖維。在碳纖維的加工生產(chǎn)過(guò)程中，為改善碳纖維的強(qiáng)度、深加工性能及與基體的界面粘結(jié)，在收卷前的一道重要工序是進(jìn)行上漿處理。碳纖維上漿，能提高碳纖維束絲的抱合力，在單絲表面形成光滑平整的保護(hù)膜，防止纖維磨損、產(chǎn)生毛絲;保護(hù)碳纖維經(jīng)表面處理后得到的活性表面，避免纖維表面吸附空氣中的水分和灰塵;提高纖維的潤(rùn)濕性和附著力，改善纖維與基體樹(shù)脂的相容性，提高復(fù)合材料的界面剪切強(qiáng)度。目前應(yīng)用最多的是環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)上漿劑。
[0003]將碳纖維用于水處理最早是由日本研發(fā)的，目前已形成生物活性碳素纖維生態(tài)草河湖直接凈化技術(shù)，這項(xiàng)碳纖維的新用途，已成為一種很有推廣應(yīng)用價(jià)值的新技術(shù)。但同時(shí)該技術(shù)也對(duì)碳纖維上漿劑提出了特殊要求。由于碳纖維的傳統(tǒng)用途是對(duì)樹(shù)脂增強(qiáng)，相比傳統(tǒng)的碳纖維上漿劑，用于水處理的碳纖維上漿劑除了滿(mǎn)足一般的上漿劑要求外，還要求上漿劑有良好的水溶性，使碳纖維在水中能快速散開(kāi)，以利于微生物附著;且上漿劑要求無(wú)毒，對(duì)水體不產(chǎn)生二次污染。中國(guó)專(zhuān)利ZL201210195778.3公開(kāi)了一種用于碳纖維的水溶性上漿劑及其制備方法，由魔芋低聚糖和氧化淀粉復(fù)配而得。其優(yōu)點(diǎn)一是對(duì)碳纖維有較好的粘附性，使用該上漿劑的碳纖維有良好的成束性和光滑度;二是遇水后能快速溶解，使用該上漿劑的碳纖維在水中能在較短的時(shí)間內(nèi)散開(kāi)，有利于微生物定植;三是原料價(jià)廉易得，制備工藝簡(jiǎn)單環(huán)保，可采用現(xiàn)行的碳纖維上漿工藝，對(duì)環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生二次污染，能很好滿(mǎn)足碳纖維用于水處理的特殊要求。
[0004]但我們經(jīng)過(guò)深入細(xì)致的研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)上述上漿劑處理后的碳纖維放入水體后的溶散時(shí)間仍需幾十分鐘至一個(gè)多小時(shí)，與進(jìn)口產(chǎn)品溶散時(shí)間為幾分鐘仍有明顯差距。所以本發(fā)明的目的是研制一種新的上漿劑組合物，使經(jīng)該上漿劑組合物處理的碳纖維在水中的溶散時(shí)間縮短到幾分鐘內(nèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，發(fā)明人提供了一種用于水處理的碳纖維用水溶性上漿劑組合物及其制備方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種用于碳纖維的水溶性上漿劑組合物，包括下述原料:氧化淀粉、低聚異麥芽糖、甘油、十二烷基二甲基胺乙內(nèi)酯或椰油酰胺丙基二甲胺乙內(nèi)酯和水。
[0007]—種用于碳纖維的水溶性上漿劑組合物，包括下述質(zhì)量百分比的原料:氧化淀粉2.5?6%、低聚異麥芽糖0.25?2%、甘油0.25?2%、十二烷基二甲基胺乙內(nèi)酯或椰油酰胺丙基二甲胺乙內(nèi)酯1?6%、水84?96%。
[0008]
本發(fā)明還提供制備上述用于碳纖維的水溶性上漿劑組合物的方法，包括有下述步驟:
(1)配制氧化淀粉水溶膠，備用；
(2)配制含有低聚異麥芽糖、甘油、十二烷基二甲基胺乙內(nèi)酯或椰油酰胺丙基二甲胺乙內(nèi)酯的混合水溶液，備用；
(3)按體積比為氧化淀粉水溶膠:混合水溶液=1:(1?3)量取氧化淀粉水溶膠和混合水溶液并將它們混合均勻；
所述氧化淀粉水溶膠中氧化淀粉的質(zhì)量百分比濃度為5%?13%;
所述混合水溶液中非水組分質(zhì)量百分比濃度為1.5%?10%。
[0009]所述的氧化淀粉是通過(guò)采用H202在堿性條件下對(duì)淀粉進(jìn)行氧化，并用NaOH糊化得至|J，所述的氧化淀粉水溶膠的制備方法包括如下:在75?80°C條件下配制重量百分比為13.8%的淀粉水溶膠，然后向淀粉水溶膠中一次加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的H202和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的NaOH水溶液，攪拌反應(yīng)60?75分鐘后二次加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的NaOH水溶液，在75?80°C下糊化30分鐘、冷卻后用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的HC1調(diào)節(jié)其pH值為7，即得到氧化淀粉水溶膠；
所述H202:淀粉水溶膠體積比為0.5:100；
所述一次加入的NaOH水溶液與淀粉水溶膠體積比為3.2:100 然后二次加入的NaOH水溶液與淀粉水溶膠體積比為為4.8:100。
[0010]
本發(fā)明的構(gòu)思如下:
由于用于水處理的碳纖維上漿劑除了滿(mǎn)足一般的上漿劑要求外，還要求上漿劑有良好的水溶性，使碳纖維在水中能快速散開(kāi)，以利于微生物附著;且上漿劑要求無(wú)毒，對(duì)水體不產(chǎn)生二次污染。并且從應(yīng)用的目的出發(fā)，上漿劑的原料最好是來(lái)源廣泛，價(jià)廉易得?；谶@些要求，本發(fā)明組合物主料為氧化淀粉和低聚異麥芽糖;輔料為甘油和兩性表面活性劑十二烷基二甲基胺乙內(nèi)酯(BS12)或椰油酰胺丙基二甲胺乙內(nèi)酯(CAB35)。
[0011]1、淀粉具有資源豐富、使用方便、價(jià)格低廉、無(wú)毒環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，成為最具有開(kāi)發(fā)潛力的膠粘劑之一。淀粉膠粘劑具有韌性好、粘結(jié)強(qiáng)度高、無(wú)污染等顯著優(yōu)點(diǎn)，但原淀粉滲透力和耐水性差、初粘力低，用物理、化學(xué)或生物的方法對(duì)淀粉進(jìn)行改性便可改變淀粉的溶解度、粘度、以及相關(guān)性能，是制備淀粉膠粘劑的有效方法。其中氧化淀粉(oxidized starch)以其良好的粘性、流動(dòng)性、穩(wěn)定性，得到了廣泛的應(yīng)用，在紡織工業(yè)中，氧化淀粉可作為上漿劑，淀粉分子上由于氧化產(chǎn)生羧基有利于形成氫鍵，增強(qiáng)了與纖維素的親和力，使上漿均勻;在造紙行業(yè)中，氧化淀粉可用作施膠劑，使紙張平滑;氧化淀粉還可用作膠粘劑，用于疊層紙，石膏板，硬質(zhì)纖維板的粘合等。
[0012]2、低聚異麥芽糖是淀粉糖的一種，主要成分為葡萄糖分子間以α-1，6糖苷鍵結(jié)合的異麥芽糖、潘糖、異麥芽三糖及四糖以上的低聚糖，作為一種益生元目前廣泛用于食品工業(yè)。它與氧化淀粉的相容性好，將它與氧化淀粉組合，可以調(diào)節(jié)上漿劑的粘度，同時(shí)可被微生物利用，有利于微生物在碳纖維上的定植。同時(shí)，低聚異麥芽糖相較于魔芋低聚糖則更廉價(jià)。
[0013]3、甘油是一種無(wú)毒價(jià)廉的化合物，用途非常廣泛，在本組合物中可起到調(diào)節(jié)組合物粘度，使上漿劑在碳纖維上形成的膜均勻柔韌。
[0014]4、考慮到氧化淀粉為高分子化合物，上漿劑在碳纖維表面形成的膜在水中溶解過(guò)程較長(zhǎng)，而合適的表面活性劑能加速水在上漿劑膜表面的潤(rùn)濕、浸潤(rùn)、滲透和擴(kuò)散，從而加速碳纖維的溶散。而兩性表面活性劑是一類(lèi)與陰離子型、陽(yáng)離子型及非離子型表面活性劑相容性好的表面活性劑，適用的pH范圍廣，能耐受酸、堿環(huán)境。我們經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，BS12或CAB35，通過(guò)與組合物中其他組分的協(xié)同作用能顯著加速碳纖維在水中的溶散過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。BS12和CAB35均為兩性表面活性劑，與氧化淀粉和低聚異麥芽糖有良好的相容性，能生物降解，環(huán)保，且價(jià)廉易得。
[0015]
本發(fā)明的技術(shù)效果體現(xiàn)為:
1.采用本發(fā)明上漿劑組合物上漿處理的碳纖維，放入水中可在幾十秒到幾分鐘內(nèi)溶散。
[0016]2.原料均無(wú)毒，來(lái)源豐富，價(jià)格低廉。
[0017]3.制備工藝簡(jiǎn)單，無(wú)三廢排放，綠色環(huán)保，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大生產(chǎn)。
[0018]本發(fā)明制備的上漿劑對(duì)碳纖維有良好的粘附性，同時(shí)在水中易于溶解，可生物降解，無(wú)毒環(huán)保;對(duì)一定離子強(qiáng)度和pH值范圍的水溶液有良好的適應(yīng)性，可滿(mǎn)足碳纖維用于水凈化的要求。
[0019]
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明及其上漿效果作進(jìn)一步的描述。本【具體實(shí)施方式】并非對(duì)其保護(hù)范圍的限制。
[0021 ]所用原料均為市售試劑或原料。
[0022]實(shí)施例1
步驟一、制備A液:
稱(chēng)取8.08g淀粉在攪拌條件分散于50mL水中，在75?80°C下溶成均一溶膠，加入0.24mL30%H202, 1.6mL 10%Na0H, 75?80°C油浴中攪拌反應(yīng)lh;再加入2.4mL 10%Na0H，在75?80°C條件下繼續(xù)攪拌反應(yīng)0.5h，冷卻后用10%HC1調(diào)節(jié)pH值為7，得到A液。
[0023]步驟二、配制B液:
在100mL水中加入1.0521g低聚異麥芽糖、1.02g甘油和2g CAB-35。