[发明专利]一种水性环氧树脂乳液及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种水性环氧树脂乳液及其制备方法和应用，其解决了现有水性碳纤维上浆剂无法形成均一稳定的乳液、用作碳纤维上浆剂时效果不理想的技术问题，本发明提供一种水性环氧树脂乳液,其组分按照质量份数计为改性环氧树脂1‑10份，双酚A型环氧树脂2‑10份，助表面活性剂5‑50份，水100‑400份。本发明同时提供其制备方法和应用。本发明可用于碳纤维上浆剂的制备领域。

技术领域

本发明涉及一种环氧树脂乳液及其制备方法和应用，具体地说，涉及一种水性环氧树脂乳液及其制备方法和应用。

背景技术

碳纤维增强树脂基复合材料常采用上浆法对碳纤维进行集束、保护和增强其表面的官能团含量，碳纤维上浆剂主要有溶剂型上浆剂和水性上浆剂两种。通常溶剂型上浆剂需要大量易燃易挥发的有机溶剂，生产及使用过程中会造成环境污染和溶剂浪费，而且在上浆过程中溶剂较易挥发使树脂残留在导辊上，会使得后续通过的纤维造成损伤。而水性上浆剂以水作为溶剂具有无毒、无味、使用安全、环境污染小以及生产成本低的优点。

水性碳纤维上浆剂主要是乳液型上浆剂，即水性环氧树脂乳液。制备水性环氧的方法主要有机械法、外加乳化剂法、化学改性法。化学改性法因制备的乳液性能最好，而被广泛采用，但化学改性法得到的环氧树脂虽有一定的亲水性，仍无法自发形成均一稳定的乳液，所以在乳化的过程中需高能耗的高剪切设备来制备，这不仅使得乳液制备复杂化，也使得制备成本和能耗变大。

发明内容

本发明针对在现有水性碳纤维上浆剂无法形成均一稳定的乳液、用作碳纤维上浆剂时效果不理想的技术问题，提供一种乳液粒径极小，稳定性优良、所制得碳纤维材料性能较好的一种水性环氧树脂乳液及其制备方法和应用。

为此，本发明提供一种水性环氧树脂乳液,其组分按体系构成其包含四组分分别为改性环氧树脂、双酚A型环氧树脂、助表面活性剂及水，按照质量份数计相应份数为：1-10份、2-10份、5-50份及100-400份。

优选的，所述改性环氧树脂为二醇仲胺类与环氧树脂反应得到的单封端环氧树脂。

优选的，所述二醇仲胺类为二乙醇胺、二异丙醇胺或二丁醇胺中的一种。

优选的，所述改性环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂或螺旋环缩醛结构型的环氧树脂等中的任意一种。

优选的，所述双酚A型环氧树脂为E51、E44和E20等中的任一种或多种。

优选的，所述助表面活性剂为乙醇、丙醇等短链醇中的任一种或多种。

本发明同时提供一种水性环氧树脂乳液的制备方法，其包括如下步骤：（1）制备改性环氧树脂：依次将环氧树脂、二醇仲胺按照质量比6：（1-3）加入到三口烧瓶中，加入乙醇作为溶剂，机械搅拌处理，搅拌速率为300-600r/min；体系于 70-80℃反应， 反应2-4h后倒入烧杯中于烘箱中除去乙醇，制得改性环氧树脂；（2）活化：将所述步骤（1）制得的改性环氧树脂与双酚A型环氧树脂、助表面活性剂按照质量比（1-10）：（2-10）：（5-50）搅拌混合溶解，温度为40-60℃，搅拌速率为100-200 r/min，搅拌时间为5-10min，得到活化树脂体系；（3）乳化：向所述步骤（2）得到的活化树脂体系中直接加入100-400质量份去离子水，再加入与所述改性树脂中环氧基团的摩尔比为1-2的乙酸进行中和反应，得到水性环氧树脂乳液。

本发明还提供一种水性环氧树脂乳液作为碳纤维上浆剂中的应用。

优选的，本发明提供的水性环氧树脂乳液作为碳纤维上浆剂中的应用，其特征是，包括如下步骤：

（1）上浆剂配制：按照权利要求1所述的配方配制上浆剂，并使其固含量在0.5-3%；

（2）上浆干燥：：将配制好的上浆剂置于上浆槽中，未上浆碳纤维通过上浆槽浸渍完成上浆。上浆后的碳纤维采用常温风吹进行干燥，收卷后得到干燥的上浆碳纤维。