[技術(shù)領(lǐng)域]

本發(fā)明屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型低摩擦、高韌性的水性環(huán)氧樹脂乳液及其制備方法，尤其是涉及一種纖維用水性環(huán)氧樹脂乳液及其制備方法。

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背景技術(shù)：
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隨著低碳經(jīng)濟(jì)和環(huán)保經(jīng)濟(jì)時代的到來，水性材料替代傳統(tǒng)溶劑型材料成為必然的發(fā)展趨勢。纖維是國家重點(diǎn)支持的行業(yè)，尤其是碳纖維等高性能纖維由于在國家安全領(lǐng)域的特殊作用，獲得了更多關(guān)注。

浸潤劑是生產(chǎn)高性能碳纖維、陶瓷纖維、玻璃纖維用浸潤劑不可或缺的材料，對纖維的性能起著決定性的作用。水性環(huán)氧樹脂乳液作為浸潤劑中主要的組分，用作集束、保護(hù)纖維，并提供良好的復(fù)合材料界面性能，對纖維的加工性能及制品性能起著決定性的影響。

針對纖維用水性環(huán)氧樹脂人們開展了一些研究及應(yīng)用，但尚存在一些問題。在纖維生產(chǎn)過程中，毛絲率高、纖維表面損傷、斷裂是造成纖維成品率低、性能達(dá)不到設(shè)計要求的主要原因，通過對現(xiàn)有水性環(huán)氧樹脂乳液的改進(jìn)是解決上述問題的一種重要途徑。

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技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的在于制備一種具有低摩擦、高韌性的纖維用水性環(huán)氧樹脂乳液，在生產(chǎn)過程中，低摩擦使傳輸過程中的纖維與傳動輥、擠液膠輥之間的摩擦系數(shù)降低，表面不易發(fā)生損傷，毛絲率降低；高韌性提高了纖維抗變形能力，降低了纖維的脆性斷裂。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的纖維用水性環(huán)氧樹脂乳液，它包括改性環(huán)氧樹脂、助溶劑和水，所述水性環(huán)氧樹脂乳液按以下重量百分比組成，以環(huán)氧樹脂的重量為基礎(chǔ)計：改性環(huán)氧樹脂100％，助溶劑0-10％，適量水；

所述的改性環(huán)氧樹脂包括：環(huán)氧樹脂、烯丙基雙酚a、氟化丙烯酸酯、聚氧乙烯基醚、異氰酸酯和催化劑。在所述改性環(huán)氧樹脂中各組分質(zhì)量比如下，以環(huán)氧樹脂質(zhì)量為基礎(chǔ)計：

環(huán)氧樹脂與烯丙基雙酚a的質(zhì)量比為100：2-100:10；

環(huán)氧樹脂與氟化丙烯酸酯的質(zhì)量比為100:1-100:8；

環(huán)氧樹脂與聚氧乙烯基醚的質(zhì)量比為100：10-100:20；

環(huán)氧樹脂與異氰酸酯的質(zhì)量比為100：1-100:5；

催化劑的用量為體系總重量的0.01-0.1。

所述的助溶劑為丙二醇甲醚，卡必醇及雙丙酮中的一種或兩種以上的混合物；

所述的環(huán)氧樹脂為雙酚a型環(huán)氧樹脂、酚醛環(huán)氧、雙酚f型環(huán)氧樹脂、脂環(huán)族環(huán)氧中的一種或兩種以上的混合物。

所述的催化劑為三苯基磷化氫、2-乙基-4-甲基咪唑及2，4，6—三(二甲胺基甲基)苯酚中的一種或幾種。

所述的改性環(huán)氧樹脂的合成方法為：首先將烯丙基雙酚a、氟化丙烯酸酯加入到反應(yīng)器中，加熱升溫至60-90℃，然后向體系中滴加異氰酸酯和催化劑，滴加完畢后保溫2-3小時；隨后加入環(huán)氧樹脂和聚氧乙烯基醚，在90-120℃繼續(xù)反應(yīng)3-4小時，得淺黃色粘稠改性環(huán)氧樹脂。

該水性環(huán)氧樹脂乳液的具體制備方法為：先將水和助溶劑充分混合；反應(yīng)器中加入改性環(huán)氧樹脂，加熱到50-90℃；將混合好的水和助溶劑加入上述改性環(huán)氧樹脂中，攪拌1-2小時。再通過均質(zhì)機(jī)進(jìn)行均質(zhì)化處理，得固含量30-65％的乳白色均勻穩(wěn)定的水性環(huán)氧樹脂乳液。

本發(fā)明合成的改性環(huán)氧樹脂，該改性環(huán)氧樹脂中由于含有低表面能和柔性官能團(tuán)，制得的水性環(huán)氧乳液具有低的摩擦系數(shù)和高柔韌性。通過本發(fā)明制備的水性環(huán)氧樹脂乳液粒徑小且分布均勻，乳液穩(wěn)定性好，可用于生產(chǎn)高性能纖維浸潤劑，也可用于復(fù)合材料的生產(chǎn)。

[具體實施方式]

下面通過實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明決不僅局限于這些實施例。

實施例1

首先將8kg烯丙基雙酚a、3kg氟化丙烯酸酯加入到反應(yīng)器中，加熱升溫至75℃，然后向體系中滴加1.2kg異氰酸酯和0.3kg三苯基磷化氫，滴加完畢后保溫2小時；隨后加入100kg雙酚a環(huán)氧樹脂和15kg聚氧乙烯基醚，在110℃繼續(xù)反應(yīng)3小時，得淺黃色粘稠改性環(huán)氧樹脂。

先將120kg水和丙二醇甲醚7.2kg充分混合；反應(yīng)器中加入改性環(huán)氧樹脂，加熱到70℃；將混合好的水和助溶劑加入上述改性環(huán)氧樹脂中，攪拌1.5小時。再通過均質(zhì)機(jī)進(jìn)行均質(zhì)化處理，得固含量50％的乳白色均勻穩(wěn)定的水性環(huán)氧樹脂乳液。

粘度：160mpa.s(25℃)

固含量：50％

分散相粒徑：0.48μm；

乳液離心穩(wěn)定性：4000rpm,40min不分層。

實施例2

首先將6kg烯丙基雙酚a、5.3kg氟化丙烯酸酯加入到反應(yīng)器中，加熱升溫至80℃，然后向體系中滴加2.7kg異氰酸酯和0.2kg的2-乙基-4-甲基咪唑，滴加完畢后保溫2小時；隨后加入100kg酚醛環(huán)氧樹脂和18kg聚氧乙烯基醚，在110℃繼續(xù)反應(yīng)3小時，得淺黃色粘稠改性環(huán)氧樹脂。

先將150kg水和丙二醇甲醚8kg充分混合；反應(yīng)器中加入改性環(huán)氧樹脂，加熱到70℃；將混合好的水和助溶劑加入上述改性環(huán)氧樹脂中，攪拌1.5小時。再通過均質(zhì)機(jī)進(jìn)行均質(zhì)化處理，得固含量45.5％的乳白色均勻穩(wěn)定的水性環(huán)氧樹脂乳液。

粘度：120mpa.s(25℃)

固含量：45.5％

分散相粒徑：0.36μm；

乳液離心穩(wěn)定性：4000rpm,40min不分層。

實施例3

首先將3.7kg烯丙基雙酚a、6kg氟化丙烯酸酯加入到反應(yīng)器中，加熱升溫至75℃，然后向體系中滴加2.1kg異氰酸酯和0.4的2-乙基-4-甲基咪唑，滴加完畢后保溫2小時；隨后加入100kg雙酚a環(huán)氧樹脂和13kg聚氧乙烯基醚，在110℃繼續(xù)反應(yīng)2小時，得淺黃色粘稠改性環(huán)氧樹脂。

先將125kg水和丙二醇甲醚3kg，卡必醇4kg充分混合；反應(yīng)器中加入改性環(huán)氧樹脂，加熱到70℃；將混合好的水和助溶劑加入上述改性環(huán)氧樹脂中，攪拌1.5小時。再通過均質(zhì)機(jī)進(jìn)行均質(zhì)化處理，得固含量48.6％的乳白色均勻穩(wěn)定的水性環(huán)氧樹脂乳液。

粘度：160mpa.s(25℃)

固含量：48.6％

分散相粒徑：0.41μm；

乳液離心穩(wěn)定性：4000rpm,40min不分層。

實施例4

首先將4.9kg烯丙基雙酚a、7.9kg氟化丙烯酸酯加入到反應(yīng)器中，加熱升溫至75℃，然后向體系中滴加2.1kg異氰酸酯和0.4的2，4，6—三(二甲胺基甲基)苯酚，滴加完畢后保溫2小時；隨后加入100kg雙酚a環(huán)氧樹脂和13kg聚氧乙烯基醚，在115℃繼續(xù)反應(yīng)2小時，得淺黃色粘稠改性環(huán)氧樹脂。

先將95kg水和雙丙酮3kg，卡必醇4kg充分混合；反應(yīng)器中加入改性環(huán)氧樹脂，加熱到70℃；將混合好的水和助溶劑加入上述改性環(huán)氧樹脂中，攪拌1.5小時。再通過均質(zhì)機(jī)進(jìn)行均質(zhì)化處理，得固含量56％的乳白色均勻穩(wěn)定的水性環(huán)氧樹脂乳液。

粘度：270mpa.s(25℃)

固含量：56％

分散相粒徑：0.76μm；

乳液離心穩(wěn)定性：4000rpm,40min不分層。

實施例5

首先將8kg烯丙基雙酚a、3kg氟化丙烯酸酯加入到反應(yīng)器中，加熱升溫至65℃，然后向體系中滴加1.2kg異氰酸酯和0.2kg三苯基磷化氫，滴加完畢后保溫2.5小時；隨后加入100kg雙酚a環(huán)氧樹脂和15kg聚氧乙烯基醚，在90℃繼續(xù)反應(yīng)3.5小時，得淺黃色粘稠改性環(huán)氧樹脂。

先將120kg水和丙二醇甲醚7.2kg充分混合；反應(yīng)器中加入改性環(huán)氧樹脂，加熱到70℃；將混合好的水和助溶劑加入上述改性環(huán)氧樹脂中，攪拌2小時。再通過均質(zhì)機(jī)進(jìn)行均質(zhì)化處理，得固含量50％的乳白色均勻穩(wěn)定的水性環(huán)氧樹脂乳液。

粘度：180mpa.s(25℃)

固含量：50％

分散相粒徑：0.79μm；

乳液離心穩(wěn)定性：4000rpm,40min不分層。