CN104975508A - 一种水溶性碳纤维上浆剂的制备方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水溶性碳纤维上浆剂的制备方法和用途，该水溶性碳纤维上浆剂含有3～30份水溶性聚合物、0.04～1份粘合剂、0.1～2份乳化剂和60～97份溶剂，所述水溶性聚合物是指分子中含有大量羟基、氨基、酰胺基、羧酸基中的一种或几种，其制作步骤如下：在60～100℃下，将水溶性聚合物加入溶剂中使之完全溶解，待温度适中，再将粘合剂和乳化剂加入上述溶液中，搅拌溶解使之成为一体的溶液，即可制得。本发明所用原料均无毒，用水溶性碳纤维上浆剂处理碳纤维后，碳纤维表面含有大量活性官能团，能有效改善碳纤维表面亲水性和分散性，并能同时保证碳纤维具有良好的柔软性和柔韧性，使碳纤维更好地适用于水处理方向以及对碳纤维具有良好分散性要求的其它方面。

Description

一种水溶性碳纤维上浆剂的制备方法和用途

技术领域

本发明属于碳纤维上浆剂技术领域，具体涉及一种水溶性碳纤维上浆剂的制备方法和用途。

背景技术

碳纤维的强度和模量高，单丝直径小，比表面积大，且在水中不生锈、不发霉、不腐烂，与微生物具有亲和性，是修复污染水生态环境的良好材料。而目前在国内碳纤维各方面的研究主要集中在复合材料上，碳纤维上浆剂也是在保护碳纤维表面的基础上以改善与基体树脂的相容性为主，但碳纤维的亲水性和分散性很不理想。未经表面处理未上浆的碳纤维的表面能低，亲水性不好，且使用不方便；经过表面处理后的碳纤维虽然表面能有所提高，改善了亲水性，但不上浆因有大量毛丝也影响运输和使用；通用型上浆剂对碳纤维的分散性不利，不适合用于水处理方向和对碳纤维具有良好分散性要求的其它方面。

我国现用于水处理方面的碳纤维靠进口维持，成本很高，这也大大限制了碳纤维在我国水处理方向的市场。为此，开发一种水溶性碳纤维上浆剂，使碳纤维更好得适用于水处理方向以及对碳纤维具有良好分散性要求的其它方面。

发明内容

本发明提供一种能够改善碳纤维亲水性和分散性能，并对环境、生物无害的适合于工业化应用的水溶性碳纤维上浆剂，以及该上浆剂的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述水溶性碳纤维上浆剂的用途。

本发明的目的是通过以下措施实现的：

一种水溶性碳纤维上浆剂，其制备原料包括以下质量百分比的成分：水溶性聚合物3～30份，粘合剂0.04～1份，乳化剂0.1～2份，溶剂60～97份。

所述的水溶性聚合物是指分子中含有大量羟基、氨基、酰胺基、醚基和羧酸基中的一种或几种，优选聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚丙烯酸、聚季铵盐、聚马来酸酐中的一种或几种。

所述的粘合剂中含有羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠中的一种或几种。

所述的乳化剂为乳化剂A(OEO)系列中的一种或几种。

所述的溶剂中含有乙醇和去离子水中的一种或两种。

本发明的上浆剂的制备方法具体是：在60～100℃下，将水溶性聚合物加入溶剂总量的20～50％的溶剂中，使之溶于溶剂中，再加入常温下剩余的溶剂，调节温度；再将粘合剂和乳化剂加入上述溶液中，搅拌溶解使之成为一体的溶液，即可制得。

本发明的上浆剂的制备方法具体还可以是：在60～100℃下，将水溶性聚合物加入所有溶剂中，搅拌到一定程度后，再将粘合剂和乳化剂加入上述溶液中，搅拌溶解使之成为一体的溶液，即可制得。

上述的水溶性碳纤维上浆剂可以用在专用于水处理方向的碳纤维上，也可以用于对碳纤维具有良好分散性要求的其它方面的碳纤维上，以保护碳纤维为基础，提高碳纤维表面的亲水性和分散性。

一种碳纤维，含有上述的水溶性碳纤维上浆剂，水溶性碳纤维上浆剂的质量为碳纤维总质量的0.1～5％。

本发明水溶性碳纤维上浆剂，所用原料均无毒、对环境无害，便于配浆和上浆；具有很好的渗透性和较好的粘结强度，能渗入纤维束内部进行粘结且赋予碳纤维良好的加工性能；制得的水溶性碳纤维上浆剂对碳纤维可以起到很好的保护作用。碳纤维上浆烘干后，溶剂全部挥发掉，不会残留在纤维表面。用水溶性碳纤维上浆剂处理碳纤维后，碳纤维表面含有大量的活性官能团(羟基、氨基、酰胺基、醚基和羧酸基中的一种或几种)，能有效改善碳纤维表面的亲水性和在水中的分散性，并能同时保证碳纤维具有良好的光滑度、柔软性、柔韧性。本发明制备方法简单，效果好，成本低，可满足批量生产的要求。

附图说明

图1是未上浆碳纤维浸渍在水中20s后的分散情况，图2是国内环氧树脂上浆后碳纤维浸渍在水中20s后的分散情况，图3具体实施方式六中采用水溶性碳纤维上浆剂上浆后碳纤维浸渍在水中20s后的分散情况。

具体实施方式

以下进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。

具体实施方式一：一种碳纤维上浆剂，它是由聚乙烯醇和聚季铵盐的混合物、羧甲基纤维素、A-110规格的乳化剂和乙醇水溶液制成，重量配比为8:0.7:0.6:90。制作时，先在60～70℃下，将8份聚乙烯醇和聚季铵盐的混合物加入到40份乙醇水溶液中，搅拌使之完全溶解，再加入50份剩余乙醇水溶液，调节温度至30～50℃；再将0.7份羧甲基纤维素和0.6份A-110规格的乳化剂加入上述溶液中，搅拌溶解使之成为一体的溶液，即得到一种水溶性碳纤维上浆剂。

用此上浆剂上浆后的碳纤维含浆重量分数为1.9％；通过接触角测试得出上浆后碳纤维与水的接触角较上浆前的降低了21％，亲水性有所改善；上浆后的碳纤维浸渍水中后约4s后分散。

具体实施方式二：一种碳纤维上浆剂，它是由聚乙烯吡咯烷酮和聚丙烯酸和聚马来酸酐的混合物、羟乙基纤维素、A-110规格和A-115规格的乳化剂、乙醇水溶液制成，重量配比为5:0.1:0.2:95。制作时，先在70～80℃下，将5份聚乙烯吡咯烷酮和聚丙烯酸和聚马来酸酐的混合物加入到45份乙醇水溶液中，搅拌使之完全溶解，再加入50份剩余乙醇水溶液，调节温度至30～50℃；再将0.1份羟乙基纤维素和0.2份A-110规格和A-115规格的乳化剂加入上述溶液中，搅拌溶解使之成为一体的溶液，即得到一种水溶性碳纤维上浆剂。

用此上浆剂上浆后的碳纤维含浆重量分数为1.5％；通过接触角测试得出上浆后碳纤维与水的接触角较上浆前的降低了25％，亲水性有所改善；上浆后的碳纤维浸渍水中后约3s后分散。

具体实施方式三：一种碳纤维上浆剂，它是由聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯醇的混合物、甲基纤维素和聚丙烯酸钠的混合物、A-105规格和A-115规格的乳化剂、去离子水制成，重量配比为7:0.1:0.2:90。制作时，先在80～100℃下，将7份聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯醇的混合物加入到90份去离子水中，搅拌使之完全溶解，待温度适中，再将0.1份甲基纤维素和聚丙烯酸钠的混合物和0.2份A-105规格和A-115规格的乳化剂加入上述溶液中，搅拌溶解使之成为一体的溶液，即得到一种水溶性碳纤维上浆剂。

用此上浆剂上浆后的碳纤维含浆重量分数为1.77％；通过接触角测试得出上浆后碳纤维与水的接触角较上浆前的降低了30％，亲水性有所改善；上浆后的碳纤维浸渍水中后约2s后分散。

具体实施方式四：一种碳纤维上浆剂，它是由聚氧化乙烯和聚乙二醇的混合物、甲基纤维素和聚丙烯酰胺的混合物、A-103规格和A-115规格的乳化剂和去离子水制成，重量配比为7:0.1:0.2:97。制作时，先在80～100℃下，将7份聚氧化乙烯和聚乙二醇的混合物加入到97份去离子水中，搅拌使之完全溶解，待温度适中，再将0.1份甲基纤维素和聚丙烯酰胺的混合物和0.2份A-103规格和A-115规格的乳化剂加入上述溶液中，搅拌溶解使之成为一体的溶液，即得到一种水溶性碳纤维上浆剂。

用此上浆剂上浆后的碳纤维含浆重量分数为1.65％；通过接触角测试得出上浆后碳纤维与水的接触角较上浆前的降低了28％，亲水性有所改善；上浆后的碳纤维浸渍水中后约2s后分散。

具体实施方式五：一种碳纤维上浆剂，它是由聚乙烯醇和聚季铵盐的混合物、聚丙烯酸钠、A-110规格的乳化剂和去离子水制成，重量配比为5:0.1:0.2:95。制作时，先在80～90℃下，将5份聚乙烯醇和聚季铵盐的混合物加入到40份去离子水中，搅拌使之完全溶解，再加入45份剩余去离子水，调节温度至40～60℃；再将0.1份聚丙烯酸钠和0.2份A-110规格的乳化剂加入上述溶液中，搅拌溶解使之成为一体的溶液，即得到一种水溶性碳纤维上浆剂。

用此上浆剂上浆后的碳纤维含浆重量分数为1.36％；通过接触角测试得出上浆后碳纤维与水的接触角较上浆前的降低了35％，亲水性有所改善；上浆后的碳纤维浸渍水中后立即分散。

具体实施方式六：一种碳纤维上浆剂，它是由聚丙烯酸和聚马来酸酐的混合物、羧甲基纤维素和羟乙基纤维素的混合物、A-103规格和A-105规格的乳化剂和乙醇水溶液制成，重量配比为6:0.1:0.2:95。制作时，先在80～90℃下，将6份聚丙烯酸和聚马来酸酐的混合物加入到40份乙醇水溶液中，搅拌使之完全溶解，再加入55份剩余乙醇水溶液中，调节温度至40～50℃；再将0.1份羧甲基纤维素和羟乙基纤维素的混合物和0.2份A-103规格和A-105规格的乳化剂加入上述溶液中，搅拌溶解使之成为一体的溶液，即得到一种水溶性碳纤维上浆剂。

用此上浆剂上浆后的碳纤维含浆重量分数为2.02％；通过接触角测试得出上浆后碳纤维与水的接触角较上浆前的降低了26％，亲水性有所改善；上浆后的碳纤维浸渍水中后立即分散。

Claims (9)

1.一种水溶性碳纤维上浆剂，特征在于：其制备原料包括以下质量百分比的成分：水溶性聚合物3～30份，粘合剂0.04～1份，乳化剂0.1～2份，溶剂60～97份。

2.根据权利要求1所述的水溶性碳纤维上浆剂，特征在于：所述的水溶性聚合物是指分子中含有大量羟基、氨基、酰胺基、醚基和羧酸基中的一种或几种，优选聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚丙烯酸、聚季铵盐、聚马来酸酐中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的水溶性碳纤维上浆剂，特征在于：所述的粘合剂中含有羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的水溶性碳纤维上浆剂，特征在于：所述的乳化剂为乳化剂A(OEO)系列中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的水溶性碳纤维上浆剂，特征在于：所述的溶剂中含有乙醇和去离子水中的一种或两种。

6.权利要求1～5任一项所述的水溶性碳纤维上浆剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：在60～100℃下，将水溶性聚合物加入溶剂总量的20～50％的溶剂中，使之溶于溶剂中，再加入常温下剩余的溶剂，调节温度；再将粘合剂和乳化剂加入上述溶液中，搅拌溶解使之成为一体的溶液，即可制得水溶性碳纤维上浆剂。

7.权利要求1～5任一项所述的水溶性碳纤维上浆剂的制备方法，其特征在于还可以包括以下步骤：在60～100℃下，将水溶性聚合物加入所有溶剂中，搅拌到一定程度后，再将粘合剂和乳化剂加入上述溶液中，搅拌溶解使之成为一体的溶液，即可制得水溶性碳纤维上浆剂。

8.权利要求1～5任一项所述的水溶性碳纤维上浆剂用于水处理方向以及对碳纤维有良好分散性要求其它方面。

9.一种碳纤维，其特征在于：含有权利要求1～5任一项所述的的水溶性碳纤维上浆剂，水溶性碳纤维上浆剂的质量为碳纤维总质量的0.1～5％。