[發明專利]一種預聚體和由其制備的碳纖維用聚氨酯乳液及其應用

有效

• 申請號: 201310382767.0
• 申請日: 2013-08-28
• 公開（公告）號: CN103509173A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 謝懷玉;黃險波;陳大華;宋威;雷震;易明;黃有平
• 申請（專利權）人: 金發科技股份有限公司
• 主分類號: C08G18/76
• 分類號: C08G18/76;C08G18/48;C08G18/10;C08G18/66;D06M15/568;D06M101/40
• 代理公司: 廣州致信偉盛知識產權代理有限公司 44253
• 代理人: 伍嘉陵

技術領域

?本發明涉及碳纖維表面改性技術領域，特別涉及一種預聚體和由其制備的碳纖維用聚氨酯乳液及其應用。

背景技術

碳纖維具有高強度、高模量、導電、導熱、耐高溫及耐腐蝕等特性，其主要用途是用作增強材料，與樹脂基體復合，制備高性能的復合材料，用于替代傳統的鋼鐵等材料在國防、航空航天等領域的應用。由于碳纖維表面的惰性，使其很難與其他基體材料復合制備界面性能良好的復合材料，這很大程度上限制了其優異性能的發揮。為此，需要對碳纖維表面進行改性處理，目前國內碳纖維生產中有大量專利報道碳纖維的改性方法，中國專利CN1094100A、CN101403183A采用化學鍍的方法在碳纖維表面均勻鍍銅、銀、鋅等金屬提高其導電性、與金屬的相容性，可用于制備C/金屬復合材料；專利CN101413209B、CN101413210B采用等離子體技術在碳纖表面涂敷納米溶膠、二氧化硅等無機材料，提高碳纖維與無機材料的相容性；中國專利CN102321976A、CN101858038B、CN101880967B等專利采用配制上漿劑對碳纖維進行表面改性，這類改性方法制備的碳纖維上漿劑主要成分為環氧樹脂，而傳統的環氧樹脂乳液對碳纖維集束性差，上漿后的碳纖維松散、毛羽量大，其主要僅用于增強環氧類熱固性樹脂，上述專利文獻對碳纖維的改性方法，在一定程度上限制了碳纖維的使用領域。

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發明內容

為了克服現有技術的不足與缺陷，本發明的首要目的是提供一種預聚體。

本發明的另一個目的在于提供能夠提高對碳纖維的浸潤性和集束性，降低對碳纖維的毛絲率的碳纖維用聚氨酯乳液。

本發明的再一個目的在于提供上述碳纖維用聚氨酯乳液的制備方法。

本發明是通過如下技術方案來實現的：

一種預聚體，包括如下組分：

（A）聚醚二元醇；

（B）芳香族二異氰酸酯；

其中，（A）組分和（B）組分的重量比為5.65：1~9.43：1。

一種使用上述預聚體制備的碳纖維用聚氨酯乳液，按重量份計，包括如下組分：

預聚體?????????66.5~104.3份；

有機溶劑???????45~55份；

去離子水???????66~184份；

加工助劑???????2~14份；

其中，預聚體由以下組分組成：

（A）聚醚二元醇；（B）芳香族二異氰酸酯；

其中，（A）組分和（B）組分的重量比為5.65：1~9.43：1。

本發明的聚氨酯乳液是通過控制預聚體中聚醚二元醇與二異氰酸酯的質量比來調節預聚體中的異氰酸根指數R為1.2~2.0。其中，異氰酸根指數R?=n（NCO）/?n（OH））；?n（NCO）為芳香族二異氰酸酯NCO基團的摩爾量，n（OH）為聚醚二元醇OH基團的摩爾量。

當R值較小時，預聚物相對分子質量較大，預聚體中無殘留的NCO基團，其不能與擴鏈劑發生化學反應，導致預聚物較難分散，所以乳液粒徑較大（D₅₀大于3μm），表現為乳液靜止穩定性（4周后發生沉降）；當R值過大時，殘留的NCO基團增多，會與水生成脲鍵，同時生產CO₂氣體，殘留的NCO基團增多，在水分散時和水發生擴鏈反應就越激烈，生成的脲鍵也增多，而脲鍵鏈段疏水性強，形成不溶的多聚脲，導致形成的乳膠粒徑變大（D₅₀大于3μm），乳液外觀變差（乳白泛黃），穩定性降低（2周后發生沉降）。

所述芳香族二異氰酸酯選自甲苯二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯、?間苯二甲基二異氰酸酯的一種或幾種混合物；優選為甲苯二異氰酸酯。

所述聚醚二元醇為含氧化乙烯和氧化丙烯的嵌段聚醚二元醇；優選為重均分子量M_W為1000~2000的Pluronic?PE6100、Pluronic?PE10100、Pluronic?PE6400的一種或幾種混合物；更優選為重均分子量M_W為2000的Pluronic?PE6100。

所述有機溶劑選自丙酮、N-甲基吡咯烷酮、三羥甲基丙烷、丙二醇甲醚醋酸酯的一種或幾種混合物；優選為丙酮和/或N-甲基吡咯烷酮。

所述加工助劑包括擴鏈劑和硅烷偶聯劑；所述擴鏈劑選自二羥甲基丙酸、異佛爾酮二胺、乙二胺的一種或幾種混合物；所述硅烷偶聯劑選自KH-550、KH-560、KH-570的一種或幾種混合物。