[发明专利]一种用于碳纤维的水溶性上浆剂组合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及精细化工技术领域，特别涉及一种用于碳纤维的水溶性上浆剂组合物 及其制备方法。

背景技术

碳纤维是一种含碳量高于90%的无机高分子纤维，碳纤维可分别用聚丙烯腈 （PAN）、粘胶基碳纤维、沥青纤维以及酚醛树脂基碳纤维等经过一系列的碳化、石墨化过程 制得，目前应用最广泛的是聚丙烯腈碳纤维。聚丙烯腈碳纤维通常是指用85%以上的丙烯腈 与第二和第三单体的共聚物，经湿法纺丝或干法纺丝制得的合成纤维。丙烯腈含量在35～ 85%之间的共聚物纺丝制得的纤维称为改性聚丙烯腈纤维。在碳纤维的加工生产过程中，为 改善碳纤维的强度、深加工性能及与基体的界面粘结，在收卷前的一道重要工序是进行上 浆处理。碳纤维上浆，能提高碳纤维束丝的抱合力，在单丝表面形成光滑平整的保护膜，防 止纤维磨损、产生毛丝；保护碳纤维经表面处理后得到的活性表面，避免纤维表面吸附空气 中的水分和灰尘；提高纤维的润湿性和附着力，改善纤维与基体树脂的相容性，提高复合材 料的界面剪切强度。目前应用最多的是环氧树脂类上浆剂。

将碳纤维用于水处理最早是由日本研发的，目前已形成生物活性碳素纤维生态草 河湖直接净化技术，这项碳纤维的新用途，已成为一种很有推广应用价值的新技术。但同时 该技术也对碳纤维上浆剂提出了特殊要求。由于碳纤维的传统用途是对树脂增强，相比传 统的碳纤维上浆剂，用于水处理的碳纤维上浆剂除了满足一般的上浆剂要求外，还要求上 浆剂有良好的水溶性，使碳纤维在水中能快速散开，以利于微生物附着；且上浆剂要求无 毒，对水体不产生二次污染。中国专利ZL201210195778.3公开了一种用于碳纤维的水溶性 上浆剂及其制备方法，由魔芋低聚糖和氧化淀粉复配而得。其优点一是对碳纤维有较好的 粘附性，使用该上浆剂的碳纤维有良好的成束性和光滑度；二是遇水后能快速溶解，使用该 上浆剂的碳纤维在水中能在较短的时间内散开，有利于微生物定植；三是原料价廉易得，制 备工艺简单环保，可采用现行的碳纤维上浆工艺，对环境不会产生二次污染，能很好满足碳 纤维用于水处理的特殊要求。

但我们经过深入细致的研究发现，经上述上浆剂处理后的碳纤维放入水体后的溶 散时间仍需几十分钟至一个多小时，与进口产品溶散时间为几分钟仍有明显差距。所以本 发明的目的是研制一种新的上浆剂组合物，使经该上浆剂组合物处理的碳纤维在水中的溶 散时间缩短到几分钟内。

发明内容

为实现上述目的，发明人提供了一种用于水处理的碳纤维用水溶性上浆剂组合物 及其制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种用于碳纤维的水溶性上浆剂组合物，包括下述原料：氧化淀粉、低聚异麦芽糖、甘 油、十二烷基二甲基胺乙内酯或椰油酰胺丙基二甲胺乙内酯和水。

一种用于碳纤维的水溶性上浆剂组合物，包括下述质量百分比的原料：氧化淀粉 2.5～6%、低聚异麦芽糖0.25～2%、甘油0.25～2%、十二烷基二甲基胺乙内酯或椰油酰胺丙 基二甲胺乙内酯1～6%、水84～96%。

本发明还提供制备上述用于碳纤维的水溶性上浆剂组合物的方法，包括有下述步骤： （1）配制氧化淀粉水溶胶，备用；

（2）配制含有低聚异麦芽糖、甘油、十二烷基二甲基胺乙内酯或椰油酰胺丙基二甲胺乙 内酯的混合水溶液，备用；

（3）按体积比为氧化淀粉水溶胶：混合水溶液=1:（1～3）量取氧化淀粉水溶胶和混合 水溶液并将它们混合均匀；

所述氧化淀粉水溶胶中氧化淀粉的质量百分比浓度为5%～13%；

所述混合水溶液中非水组分质量百分比浓度为1.5%～10%。

所述的氧化淀粉是通过采用H₂O₂在碱性条件下对淀粉进行氧化，并用NaOH糊化得 到，所述的氧化淀粉水溶胶的制备方法包括如下：在75～80℃条件下配制重量百分比为 13.8%的淀粉水溶胶，然后向淀粉水溶胶中一次加入质量分数为30%的H₂O₂和质量分数为10% 的NaOH水溶液，搅拌反应60～75分钟后二次加入质量分数为10%的NaOH水溶液，在75～80℃ 下糊化30分钟、冷却后用质量分数为10%的HCl调节其pH值为7，即得到氧化淀粉水溶胶；

所述H₂O₂：淀粉水溶胶体积比为0.5:100；