一种聚醚-聚氨基酸上浆剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种聚醚

【技术实现步骤摘要】
一种聚醚-聚氨基酸上浆剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及纤维制造领域，具体地说，是涉及一种聚醚-聚氨基酸上浆剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]碳纤维是一种碳的重量占90％以上的纤维状碳材料。碳纤维与树脂、金属、陶瓷等基体复合而制成的材料，被称为碳纤维复合材料(CFRP)。碳纤维可与聚醚复合制备碳纤维/聚醚复合材料，碳纤维具有良好的比强度和比模量高的特点，能够赋予复合材料出色的力学性能。聚醚-聚氨基酸共聚物是一种由聚氨基酸与聚醚类化合物组成的共聚物，常被用于医用植入材料、人造皮肤和生物工程支架等领域。聚氨基酸具有良好生物相容性，然而由于聚氨基酸的极性差距较大，控制其在水中的溶解性较困难。因此可通过共聚法，调节共聚单体的种类和比例改善聚氨基酸的性能。聚醚是一种在水中稳定的线性聚合物，聚醚可赋予的聚合物新的功能和特性，可提升聚合物材料的亲水性和柔性。由于碳纤维表面活性基团较少，聚醚-聚氨基酸共聚物难以与其紧密结合，目前市售的碳纤维上浆剂多以聚氨酯、聚酰亚胺和苯氧树脂等聚合物为目标进行设计，缺乏针对聚醚-聚氨基酸共聚物设计的上浆剂，因此设计适用于碳纤维/聚乳酸复合材料的上浆剂便成为了一个十分有意义的目标。
[0003]热固型树脂是碳纤维增强复合材料的研究热点，环氧树脂由于具有优异的力学性能、稳定性和绝缘性，成为了碳纤维增强复合材料中常用的基体，且广泛应用于航空材料、工程材料等领域。目前，市售的上浆剂多以环氧树脂为主要组分，其中双酚A环氧树脂以其耐腐蚀性好、电绝缘性能强和力学强度高等特点，成为了常用的上浆剂主剂并常与聚醚混合使用。专利CN110130108A公开了一种连续碳化硅纤维用环氧树脂上浆剂，其中介绍了环氧树脂上浆剂的制备方法，即将双酚A环氧树脂制备成溶液后，再加入乳化剂、润湿剂和成膜剂，并去离子水搅拌至形成乳液。该种制备方法将双酚A环氧树脂和聚醚结合制备成乳液，具有较广泛的适用性，可被用于制备多种不同类型的上浆剂。

技术实现思路

[0004]为了解决以上现有技术中存在的问题，本专利技术将聚醚-聚氨基酸类聚合物与树脂乳液混合制备了一种聚醚-聚氨基酸上浆剂，该上浆剂具有可调节的主剂构型，并具有较强的亲水性能和耐腐蚀性，因而在制备复合材料领域拥有较好的应用前景。
[0005]本专利技术提供了一种聚醚-聚氨基酸上浆剂及其制备方法。该上浆剂具有良好的稳定性，能有效改善碳纤维的加工性能，本专利技术在实际应用中可以通过改变上浆剂中主剂的结构及组分的配比，应用于不同类型的树脂基体。
[0006]本专利技术目的之一为提供一种聚醚-聚氨基酸上浆剂，包括聚醚-聚氨基酸类聚合物、乳化剂和水，其中所述乳化剂为水性乳化剂。
[0007]其中，所述聚醚-聚氨基酸类聚合物优选具有式(I)所示的结构通式：
[0008][0009]其中，R1为为为为中的一种；
[0010]R2为-O-CH
2-CH
2-、
[0011]R3为-H；
[0012]R4为-NH2；
[0013]x为4～150，优选为4～30；y为4～200，优选为4～50。
[0014]所述技术方案中，所述结构通式中的R1、R2可为任意顺序，如R
1-R2、R
1-R
2-R1等；R3封端R1，R4封端R2。
[0015]本专利技术技术方案中，所述聚醚-聚氨基酸类聚合物可采用现有技术中通常的制备方法得到，优选地，所述聚醚-聚氨基酸类聚合物可通过以下步骤制备得到：在室温、氮气氛下，将氨基聚醚和氨基酸-NCA加入溶剂中后反应得到聚醚-聚氨基酸类聚合物。所述的反应温度优选为20～80℃，更优选为30～70℃；反应时间优选为24～72小时，更优选为36～60小时。
[0016]以上所述聚醚-聚氨基酸类聚合物的制备方法还包括沉淀、过滤、洗涤干燥等通常的后处理步骤。
[0017]所述氨基酸-NCA为L-丙氨酸-N-羧基环内酸酐、D-丙氨酸-N-羧基环内酸酐、L-天冬氨酸-4-苄酯-N-羧基环内酸酐、D-天冬氨酸-4-苄酯-N-羧基环内酸酐、L-谷氨酸-5-苄酯-N-羧基环内酸酐、D-谷氨酸-5-苄酯-N-羧基环内酸酐、甘氨酸-N-羧基环内酸酐、L-亮氨酸-N-羧基环内酸酐、D-亮氨酸-N-羧基环内酸酐、Nε-苄氧羰基-L-赖氨酸环内酸酐、Nε-苄氧羰基-D-赖氨酸环内酸酐、Nε-三氟乙酰基-L-赖氨酸环内酸酐、Nε-三氟乙酰基-D-赖氨酸环内酸酐、L-苯丙氨酸-N-羧基环内酸酐、D-苯丙氨酸-N-羧基环内酸酐、L-酪氨酸-N-羧基环内酸酐、D-酪氨酸-N-羧基环内酸酐、L-缬氨酸-N-羧基环内酸酐、D-缬氨酸-N-羧基环内酸酐中的至少一种；更优选为L-谷氨酸-5-苄酯-N-羧基环内酸酐、L-丙氨酸-N-羧基环内酸酐、甘氨酸-N-羧基环内酸酐、L-苯丙氨酸-N-羧基环内酸酐中的至少一种；
[0018]所述氨基聚醚为二氨基聚乙二醇、二氨基聚丙二醇中的至少一种，
[0019]所述氨基聚醚的分子量为200～6000，优选为400～4000；
[0020]所述溶剂可采用二氯甲烷等通常有机溶剂。
[0021]以上制备方法中，氨基酸-NCA与氨基聚醚的质量比为(0.1～10)：1，优选为(0.5～5)：1，更优选为(0.5～2)：1；
[0022]溶剂与氨基聚醚的质量比为(1～20)：1，优选为(5～10)：1。
[0023]本专利技术技术方案中，所述乳化剂为水性乳化剂。可以采用现有技术中已有的水性乳化剂，如双酚A环氧树脂、双酚A与聚丙二醇等等。聚氨基酸水溶性较差，且聚合物硬段较少，需要加入双酚A提升聚合物的硬度，然而直接加入固体粉状双酚A与聚合物难以发生反应，且粉状双酚A分布不均匀，因此，需要将双酚A与聚乙二醇结合，双酚A分散在聚乙二醇中，分散形成半液态的乳化剂，从而调节其水溶性，再使其与聚合物均匀结合。
[0024]本专利技术技术方案中，优选地，所述乳化剂由包含有双酚A型树脂在内的组分制备得到，更优选地，由包含双酚A型树脂、聚乙二醇、表面活性剂和增塑剂在内的组分制备得到。更优选地，在50～100℃下，将聚乙二醇与双酚A型树脂混合，升温至熔融，加入表面活性剂和增塑剂搅拌，得所述乳化剂。所述搅拌时间至反应完成为止，优选2～8小时。所述温度进一步优选为60～90℃。
[0025]优选地，以上制备方法中，所述聚乙二醇的分子量为200～5000，优选为400～3000；
[0026]所述双酚A型树脂为双酚A型环氧树脂、双酚A型聚醚树脂、双酚A型聚酯树脂、双酚A型乙烯基酯树脂、双酚A型酚醛树脂中的至少一种；优选为双酚A型环氧树脂、双酚A型聚醚树脂中的至少一种；
[0027]所述表面活性剂为油酸、油酸钠、油酸钾、聚氧乙烯蓖麻油、聚氧乙烯失水山梨醇单棕榈酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇单硬脂酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇棕榈酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯、聚氧乙烯单月桂酸酯中的至少一种；优选为油酸钠、油酸、油酸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚醚-聚氨基酸上浆剂，包括聚醚-聚氨基酸类聚合物、乳化剂和水，其中所述乳化剂为水性乳化剂。2.根据权利要求1所述的聚醚-聚氨基酸上浆剂，其特征在于：所述聚醚-聚氨基酸类聚合物具有式(I)所示结构通式：其中，R1为为为中的一种；R2为-O-CH
2-CH
2-、R3为-H；R4为-NH2；x为4～150，优选为4～30；y为4～200，优选为4～50。3.根据权利要求1所述的聚醚-聚氨基酸上浆剂，其特征在于：所述上浆剂中，聚醚-聚氨基酸类聚合物和乳化剂的含量为10～50wt％，优选为20～40wt％；和/或，所述上浆剂中，乳化剂与聚醚-聚氨基酸类聚合物的质量比为(0.1～10)：1，优选为(0.2～5)：1，更优选为(0.2～1)：1。4.根据权利要求1～3之任一项所述的聚醚-聚氨基酸上浆剂，其特征在于：所述聚醚-聚氨基酸类聚合物通过以下步骤制备得到：在室温、氮气氛下，将氨基聚醚和氨基酸-NCA加入溶剂中反应得到聚醚-聚氨基酸类聚合物。5.根据权利要求4所述的聚醚-聚氨基酸上浆剂，其特征在于：所述氨基酸-NCA为L-丙氨酸-N-羧基环内酸酐、D-丙氨酸-N-羧基环内酸酐、L-天冬氨酸-4-苄酯-N-羧基环内酸酐、D-天冬氨酸-4-苄酯-N-羧基环内酸酐、L-谷氨酸-5-苄酯-N-羧基环内酸酐、D-谷氨酸-5-苄酯-N-羧基环内酸酐、甘氨酸-N-羧基环内酸酐、L-亮氨酸-N-羧基环内酸酐、D-亮氨酸-N-羧基环内酸酐、Nε-苄氧羰基-L-赖氨酸环内酸酐、Nε-苄氧羰
基-D-赖氨酸环内酸酐、Nε-三氟乙酰基-L-赖氨酸环内酸酐、Nε-三氟乙酰基-D-赖氨酸环内酸酐、L-苯丙氨酸-N-羧基环内酸酐、D-苯丙氨酸-N-羧基环内酸酐、L-酪氨酸-N-羧基环内酸酐、D-酪氨酸-N-羧基环内酸酐、L-缬氨酸-N-羧基环内酸酐、D-缬氨酸-N-羧基环内酸酐中的至少一种；和/或，所述氨基聚醚为二氨基聚乙二醇、二氨基聚丙二醇中的至少一种；和/或，所述氨基聚醚的分子量为200～6000，优选为400～4000。6.根据权利要求4所述的聚醚-聚氨基酸上浆剂，其特征在于：所述溶剂与氨基聚醚的质量比为(1～20)：1，优选为(5～10)：1；和/或，所述氨基酸-NCA与氨基聚醚的质量比为(0.1～10)：1，优选为(0.5～5)：1，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张牧阳，沈志刚，李磊，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：