[发明专利]阳离子型氨基改性环氧硅油制备及聚丙烯腈碳纤维原丝油剂复配与应用

说明书

本发明涉及一种自组装自乳化水性阳离子型氨基改性环氧硅油制备方法及其聚丙烯腈碳纤维原丝油剂的复配与应用。室温下将一定量亲水性M1和疏水性伯胺（R‑NH₂）或二元仲胺（R₁NH‑R‑NHR₁）放入反应釜中，升温到50～80℃熔融或溶解后，加入一定量的环氧树脂和环氧硅油,氮气氛下在90～115℃反应2～6小时，降温至室温后得到氨基改性环氧硅油（AMOA）,向反应釜中加入成盐试剂进行中和；搅拌均匀后，加入一定量的水乳化，得到自组装自乳化水性阳离子型氨基改性环氧硅油乳液。AMOA与辅助硅油AMS1、AMS2和AMS3中的一种或多种复配，加入其它添加剂和去离子水，搅拌下制备聚丙烯腈碳纤维原丝油剂，油剂在聚丙烯腈碳纤维生产线上应用。

技术领域

本发明涉及一种聚丙烯腈碳纤维原丝油剂的关键成分，阳离子型氨基改性环氧硅油的制备方法及与辅助硅油复配，特别是涉及一种自组装自乳化两亲水性阳离子型氨基改性环氧硅油的制备技术及聚丙烯腈碳纤维原丝油剂复配方法及在聚丙烯腈碳纤维原丝生产中应用。

背景技术

美国专利US20170284016A1背景描述中提到油剂主要为环氧改性硅油、胺基改性硅油、聚醚改性硅油及其复配。油剂的作用在于保护聚丙烯腈碳纤维原丝在200～400℃ 空气氛下预氧化和惰性气体氛下碳化，温度达到1000℃ 或以上过程中，不粘辊、不熔融和并丝。

油剂有保护和提高聚丙烯腈碳纤维原丝，上油后原丝在一系列工序中如干燥、收卷等过程中具有抗静电、耐摩擦、不断丝作用。环氧改性硅油耐高温，氨基改性硅油与聚丙烯腈碳纤维原丝有很好的吸附性和增加纤维材料的柔软性，聚醚改性硅油具有平滑、柔软、表面张力低、亲水性及吸潮性好、抗静电性能优等特性。

然而，改性硅油油剂，尤其是氨基改性硅油在弱酸性水相中不稳定，易发生分解交联反应，引起油剂乳液粘度增加。上油后聚丙烯腈碳纤维原丝在高温烘干过程中，改性硅油容易发生交联反应，造成原丝表面油剂粘度增加，引起油剂黏辊，导致纤维断丝和毛丝现象。

改性硅油在200℃以上预氧化和碳化过程中会产生二氧化硅，从排风系统排出，但氨基改性硅油在高温时与环氧改性硅油发生交联反应，不能完全分解成二氧化硅，大量改性硅油以焦油形式残留在碳纤维、预氧化和碳化炉中，严重影响碳纤维性能如毛丝、断丝等问题。

聚醚改性硅油一般通过聚乙二醇单烯丙基醚与含氢硅油在铂催化剂下通过加成反应合成，随着聚乙二醇单烯丙基醚分子量增加，含氢硅油与其加成反应效率降低，此外铂催化剂引起产物颜色变灰，需要使用活性炭脱色和过滤，当含氢硅油分子量超过3000时，产物聚醚改性硅油的粘度非常高，很难过滤分离脱色活性炭。

环氧改性硅油、氨基改性硅油和聚醚含量低的聚醚改性硅油复配时需要20% 乳化剂。乳化剂使用一方面降低油剂的耐热性，另一方面，油剂在聚丙烯腈碳纤维原丝表面成膜时容易随水的挥发产生迁移，造成油剂在原丝表面成膜不均匀。此外使用乳化剂制备的油剂乳液容易产生相分离，储存稳定性差。

本发明针对现有专利难以实施和聚丙烯腈碳纤维原丝生产过程中出现的技术问题，研究开发出自组装、自乳化阳离子型氨基改性环氧硅油，一方面不需要乳化剂，乳液尺寸可以调空，另一方面改性硅油乳液储存稳定性好。同本公司的专利产品羟基氨基改性硅油和异氰酸酯改性聚醚硅油复配制备的油剂，在预氧化和碳化过程中不黏辊，与国外同类油剂比较，碳化后的碳纤维力学相对提高一些。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种自组装自乳化两亲水性阳离子型氨基改性环氧硅油制备方法及其聚丙烯腈碳纤维原丝油剂的复配与应用。