一种水性聚氨酯上浆剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种水性聚氨酯上浆剂及其制备方法和应用，所述水性聚氨酯上浆剂包括特定份数的聚合物多元醇、多官能度聚醚、二异氰酸酯、催化剂和偶联剂的组合，所述聚合物多元醇由二元酸和带支链的醇反应得到，所述二元酸为己二酸和/或琥珀酸；采用上述聚合物多元醇，搭配特定份数的多官能度聚醚以及特定份数的偶联剂，能够使水性聚氨酯上浆剂中的聚氨酯发生分子内交联，提高了聚氨酯的交联度，进而有效提升了所述水性聚氨酯上浆剂的硬度、耐磨性和韧性，使其成膜后具有表面光滑、韧性好、粘接牢固、耐冲击性能以及耐候性好等优点，具有广泛的应用范围。的应用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种水性聚氨酯上浆剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于聚氨酯
，具体涉及一种水性聚氨酯上浆剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]上浆剂是碳纤维制造工程中非常重要的辅剂，在生产及加工过程中，合适的上浆剂可以保护碳纤维表面、减少毛丝及单丝断裂，增强纤维的集束性，提升碳纤维耐磨性和可加工性以及改善纤维与基体树脂的界面性能。随着国家对环境保护的要求越来越高，市场上水性上浆剂的占比逐渐增加。水性碳纤维上浆剂主要通过高温热烘的方式进行快速烘干，烘干后进行收卷，放置一段时间后使用。
[0003]现有技术中所使用水性碳纤维上浆剂，主要为水性改性环氧树脂体系，其包括水性聚氨酯改性环氧树脂、水性聚酯改性环氧树脂、水性聚醚改性环氧树脂、水性聚丙烯酸酯改性环氧树脂以及水性聚酰胺改性环氧树脂等。水性环氧树脂体系一般分为单组分环氧树脂体系和双组份环氧树脂体系，单组分不含固化剂，体系烘干后得到的碳纤维触摸时易粘手，性能差。双组份体系含有固化剂或交联剂，烘干后的上浆剂树脂容易发生过度固化，上浆后的碳纤维过硬，易于折断，纺丝过程中容易出现问题，且后固化时间长，效率低。
[0004]因此，目前对碳纤维上浆剂的研究仍在不断进行。CN103797183A公开了一种可以赋予纤维充分的集束性与开纤性的纤维用上浆剂，其含有35℃时的黏度为50～3000Pa
·
s的上浆剂，且触变指数为3～15，其包含环氧树脂、聚酯树脂、聚氨基甲酸酯树脂、聚醚树脂及乙烯酯树脂；其主要通过乳化剂分散分子量较低的环氧树脂乳化而成，为物理分散。但是，由于物理分散方式得到的乳液的稳定性较差，低分子量的上浆剂树脂性能不足，常常在使用时发生析出，进而影响其使用性能。
[0005]CN106637984A公开了一种聚酰胺改性环氧碳纤维的制备方法，所述方法包括：将聚酰胺树脂和环氧树脂放入反应釜中，得到聚酰胺改性环氧树脂；使用溶剂将所述聚酰胺改性环氧树脂溶解，然后加入亲水性聚醚和催化剂，得到亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂；向亲水改性的聚酰胺改性环氧树脂中加入去离子水，通过剪切搅拌，得到聚酰胺改性环氧乳，最后将聚酰胺改性环氧乳液作为浆剂对所述碳纤维进行上浆处理，获得所述聚酰胺改性环氧表面改性的碳纤维。但是，该方法得到的上浆剂在合成过程中使用了毒性较高的三氟化硼乙醚作为催化剂，环境友好型问题无法解决，限制了其大范围应用。
[0006]CN107916572A公开了一种可控碳纤维表观性能的水性乳液型碳纤维上浆剂及其制备方法。所述上浆剂通过按照重量配比将树脂5～50份，逐步加入乳化剂2～30份高速搅拌分散，同时逐步添加去离子水20～200份，按照相反转法制备得到稳定性均匀的水性树脂乳液，按照同浓度下重量比加入复配调节剂1～20份，其中复配调节剂包括调节剂A、调节剂B、调节剂C，各调节剂的比例依据所需表观性能进行确定，充分搅拌均匀后制得。但是，该专利技术得到上降级同样存在在使用过程中易析出的问题。
[0007]CN109385899A公开了一种水性碳纤维上浆剂及其制备方法。该水性碳纤维上浆剂
由按重量份计的以下组分制成：环氧树脂16～32重量份，环氧丙烯酸酯4～8重量份；亲水性乳化剂2～15重量份；水性聚氨酯乳液0～20重量份；水性聚氨酯丙烯酸酯0～10重量份；高级脂肪酸酰胺0～5重量份；光引发剂0.01～3重量份；水性润湿分散剂0.05～5重量份；增稠剂0.1～5重量份；溶剂0.2～5重量份；去离子水30～70重量份。该专利技术得到的水性碳纤维上浆剂是一种热固化和光固化复合的水性碳纤维上浆剂，利用光固化将大分子乳化剂以化学键连接至树脂基体，使其不会在固化时析出，因此存在使用方法复杂，过程繁琐，生产能耗高等问题，同样不利于工业化生产应用。
[0008]因此，开发一种可以解决上述技术问题，可以使碳纤维上浆后综合性能优异的水性聚氨酯上浆剂，是本领域急需解决的技术问题。

技术实现思路

[0009]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种水性聚氨酯上浆剂，所述水性聚氨酯上浆剂包括特定份数的聚合物多元醇、多官能度聚醚、二异氰酸酯、催化剂和偶联剂的组合，且所述聚合物多元醇由二元酸和带支链的醇反应得到，所述二元酸为己二酸和/或琥珀酸；所述水性聚氨酯上浆剂可以兼顾上浆后碳纤维的硬度、韧性、爽滑性、集束性和浸润性，具有非常现实的工业意义。
[0010]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0011]第一方面，本专利技术提供一种水性聚氨酯上浆剂，所述水性聚氨酯上浆剂按照重量份包括如下组分：
[0012][0013]所述聚合物多元醇由二元酸和带支链的醇反应得到，所述二元酸为己二酸和/或琥珀酸。
[0014]其中，所述聚合物多元醇可以为9重量份、10重量份、11重量份、12重量份、13重量份、14重量份、15重量份、16重量份、17重量份或18重量份等。
[0015]所述多官能度聚醚可以为2重量份、3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、7重量份、8重量份或9重量份等。
[0016]所述二异氰酸酯可以为2.5重量份、3重量份、3.5重量份、4重量份、4.5重量份或5重量份等。
[0017]所述催化剂可以为0.007重量份、0.009重量份、0.011重量份、0.013重量份、0.015重量份、0.017重量份或0.019重量份等。
[0018]所述偶联剂可以为0.4重量份、0.5重量份、0.6重量份、0.7重量份、0.8重量份、0.9重量份、1重量份、1.1重量份、1.2重量份、1.3重量份或1.4重量份等。
[0019]本专利技术提供的水性聚氨酯上浆剂中添加有特定份数的聚合物多元醇，通过限定所述聚合物多元醇由二元酸和带支链的醇反应得到，并进一步限定所述二元酸为己二酸和/或琥珀酸，从而使得所述聚合物多元醇具有特殊的结构，通过采用上述具有特殊结构的聚合物多元醇作为制备原料之一，可以使所述水性聚氨酯上浆剂具有优异的韧性，搭配引入特定份数的多官能度聚醚，提高了所述水性聚氨酯的交联度和亲水性，使其还兼具优异的爽滑性和表面平滑性，除此之外，本专利技术提供的水性聚氨酯上浆剂在制备原料中还搭配特定份数的偶联剂，能够使上浆剂中的聚氨酯发生分子内交联，提高了上浆剂中高分子材料的交联密度，进而可以有效提升所述水性聚氨酯上浆剂的硬度和耐磨性，使其综合性能得到了大幅度提升。
[0020]本专利技术提供的水性聚氨酯上浆剂还兼具稳定性好以及成膜性好的优势，成膜后表面光滑、韧性好、粘接牢固且耐冲击性能好，同时还具有耐热、耐寒、耐水、耐溶剂以及耐干湿擦等性能，应用范围极为广泛。
[0021]优选地，所述带支链的醇包括带支链的二元醇和单官醇的组合。
[0022]优选地，所述带支链的醇包括带支链的二元醇和/或带支链的三元醇。
[0023]优选地，所述聚合物多元醇包括聚己二酸丙二醇酯、聚己二酸辛戊二醇酯、聚己二酸己二醇辛戊二醇酯、聚己二酸丁二醇辛戊二醇酯、聚己二酸丁二醇二甘醇单乙二醇酯、聚己二酸甘油酯、聚琥珀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水性聚氨酯上浆剂，其特征在于，所述水性聚氨酯上浆剂按照重量份包括如下组分：所述聚合物多元醇由二元酸和带支链的醇反应得到，所述二元酸为己二酸和/或琥珀酸。2.根据权利要求1所述的水性聚氨酯上浆剂，其特征在于，所述带支链的醇包括带支链的二元醇和单官醇的组合；优选地，所述带支链的醇包括带支链的二元醇和/或带支链的三元醇；优选地，所述聚合物多元醇包括聚己二酸丙二醇酯、聚己二酸辛戊二醇酯、聚己二酸己二醇辛戊二醇酯、聚己二酸丁二醇辛戊二醇酯、聚己二酸丁二醇二甘醇单乙二醇酯、聚己二酸甘油酯或聚琥珀酸辛戊二醇酯中的任意一种或至少两种组合；优选地，所述聚合物多元醇的数均分子量为1000～3000g/mol；优选地，所述多官能度聚醚包括三官聚氧乙烯聚醚、三官聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚、四官聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚或六官聚氧乙烯聚氧丙烯聚醚中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述多官能度聚醚的数均分子量为2000～6000g/mol。3.根据权利要求1或2所述的水性聚氨酯上浆剂，其特征在于，所述二异氰酸酯包括异佛尔酮二异氰酸酯、1,6
‑
己二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯或二苯甲烷
‑
4,4
′‑
二异氰酸酯中的任意一种或至少两种组合；优选地，所述催化剂包括二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡或二乙酸二丁基锡中的任意一种或至少两种组合；优选地，所述偶联剂包括硅烷偶联剂；优选地，所述硅烷偶联剂包括3
‑
氨基丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、N
‑
β
‑
(氨乙基)
‑
γ
‑
氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ
‑
二乙烯三胺丙基甲基二甲氧基硅烷中的任意一种或至少两种组合。4.根据权利要求1～3任一项所述的水性聚氨酯上浆剂，其特征在于，所述水性聚氨酯上浆剂中还包括其他助剂和/或溶剂；优选地，所述水性聚氨酯上浆剂中其他助剂的含量为28.5～50重量份；优选地，所述其他助剂包括扩链剂、中和剂或稀释剂中的任意一种或至少两种组合；优选地，所述其他助剂按照重量份包括如下组分：扩链剂
ꢀꢀ
0.5～1重量份中和剂
ꢀꢀ
0.1～0.6重量份
稀释剂
ꢀꢀ
30～50重量份；优选地，所述扩链剂包括二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、1,4
‑
丁二醇、1,6己二醇或新戊二醇或2
‑
甲基丙二醇的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述中和剂包括三乙胺、氢氧化钠或氢氧化钾的任意一种或至少两种组合；优选地，所述稀释剂包括丙酮；优选地，所述溶剂包括水。5.一种如权利要求1～4任一项所述水性聚氨酯上浆剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘权，王焕，蒋红梅，周静，唐劲松，
申请(专利权)人：上海华峰新材料研发科技有限公司，
类型：发明
国别省市：