一种有机硅改性环氧树脂乳液的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及纤维处理助剂制备技术领域，具体涉及一种有机硅改性环氧树脂乳液的制备方法。
【背景技术】
[0002]使用碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维等高性能纤维与树脂复配、固化制备的复合材料，高性能纤维的加入能够大大提高材料的拉伸强度、模量、抗冲击等力学性能。为了提高纤维增强树脂的性能，通常在碳纤维、玻璃纤维以及玄武岩纤维等高性能纤维生产过程中，需要使用助剂对纤维表面进行处理，以提高树脂对纤维的浸润性和形成特定的纤维-树脂界面，如碳纤维生产中使用的上浆剂，在玻璃纤维或玄武岩纤维生产中使用的浸润剂。对于短切的高新能纤维增强树脂复合材料，短切纤维在树脂基体中的分散性也对复合材料产品的性能有着重要影响。不同于长丝纤维制备的复合材料的各向异性的特征，使用短切纤维制备的复合材料将具有明显的各向同性的特征。短切纤维在树脂基体中分散越好，所制备的复合材料的各向性能差别越小。因此针对碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维等高性能纤维的短切纤维在复合材料制备中的应用，不仅要求树脂对纤维具有良好浸润性，形成理想的纤维-树脂界面，还需提高短切纤维在树脂中的分散能力。
[0003]目前国内还没有专门针对碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维等高性能纤维的短切纤维的开发表面改性使用的上浆剂或浸润剂产品及相关报道，工业应用中通常以长丝纤维使用的产品代替。长丝纤维一般要求纤维具有良好的集束性和润滑性，以避免在生产、织布、缠绕成型、拉挤成型工艺中产生毛丝，从而影响产品性能，如专利CN 103790019 A、CN103797183 A中的碳纤维上浆剂都主要用于碳纤维长丝。但作为短切纤维的表面处理剂，难以达到短切纤维在树脂基体中分散性的要求。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种有机硅改性环氧树脂乳液的制备方法，通过该制备方法制备出的乳液能够作为碳纤维、玻璃纤维和玄武岩纤维等短切纤维的表面处理剂使用，使得处理后的短切纤维具有较低的表面能，大大提高了短切纤维在树脂中的分散性和浸润性。
[0005]为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0006]一种有机硅改性环氧树脂乳液的制备方法，包括如下步骤:
[0007]将具有反应活性的有机硅单体、含氨基的硅烷偶联剂、封端剂在催化剂的作用下合成氨基改性有机硅树脂；
[0008]将所述氨基改性有机硅树脂与环氧封端的聚醚反应，合成聚醚改性的氨基有机硅树脂；
[0009]将所述聚醚改性的氨基有机硅树脂与环氧树脂反应，合成有机硅改性环氧树脂；
[0010]向所述有机硅改性环氧树脂中一次性或分步加入去离子水，通过剪切乳化制备出有机硅改性环氧树脂乳液。
[0011]进一步地，所述将具有反应活性的有机硅单体、含氨基的硅烷偶联剂、封端剂在催化剂的作用下合成氨基改性有机硅树脂，具体包括如下步骤:
[0012]将100重量份具有反应活性的有机硅单体、1-10重量份含氨基的硅烷偶联剂、1-5重量份的封端剂，以及占反应体系总重的0.01%-0.1%的催化剂加入反应釜中，搅拌抽真空并升温至80-160°C，反应时间2-8小时得到氨基改性有机硅树脂。
[0013]进一步地，所述将所述氨基改性有机硅树脂与环氧封端的聚醚反应，合成聚醚改性的氨基有机硅树脂，具体包括如下步骤:
[0014]将10重量份氨基改性有机硅树脂与2-20重量份环氧封端的聚醚加入到反应釜中，升温至60-160°C，反应2-6小时，合成聚醚改性的氨基有机硅树脂。
[0015]进一步地，所述将所述聚醚改性的氨基有机硅树脂与环氧树脂反应，合成有机硅改性环氧树脂，具体包括如下步骤:
[0016]将10重量份聚醚改性的氨基有机硅树脂与2-20重量份环氧树脂加入反应釜中，升温至60-160°C，反应2-6小时，合成有机硅改性环氧树脂。
[0017]进一步地，所述向所述有机硅改性环氧树脂中一次性或分步加入去离子水，通过剪切乳化制备出有机硅改性环氧树脂乳液，具体包括如下步骤:
[0018]向100重量份有机硅改性环氧树脂中一次性或分步加入100-300重量份去离子水，在30-50°C下剪切乳化制备有机硅改性环氧树脂乳液。
[0019]进一步地，所述具有反应活性的有机硅单体包括:八甲基环四硅氧烷、六甲基环三硅氧烷、十甲基环五硅氧烷，端羟基线性硅油中的一种或几种。
[0020]进一步地，所述含氨基的硅烷偶联剂包括:γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、Ν-β (氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，Ν-β (氨乙基)-γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷中一种或几种。
[0021]进一步地，所述封端剂为六甲基二硅氧烷，所述催化剂为氢氧化钾、氢氧化钠或四甲基氢氧化钱。
[0022]进一步地，所述环氧封端的聚醚为环氧封端的聚氧乙烯醚或环氧封端的聚氧乙烯聚氧丙烯醚中的一种，所述环氧封端的聚醚的分子量为1000-20000，结构特征为:
[0023]CH2(O) CH- (CH2CH2O)n-A,
[0024]或:
[0025]CH2 (O) CH- (CH2CH2O) n_ (CH2CH2CH2O) m~A,
[0026]其中A 为 H，_013或-CH 2CH3。
[0027]进一步地，所述环氧树脂包括双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂，酚醛型环氧树脂，缩水甘油醚型环氧树脂中的一种或多种。
[0028]与现有技术方案相比，本发明采用的技术方案产生的有益效果如下:
[0029]使用本发明制备方法制备出的有机硅改性环氧树脂乳液，具有优异的稳定性，能够作为碳纤维、玻璃纤维和玄武岩纤维等短切纤维的表面处理剂使用，由于引入有机硅链段，使得处理后的短切纤维具有较低的表面能，大大提高了短切纤维在树脂中的分散性和浸润性。
【附图说明】
[0030]图1为本发明实施例提供的有机硅改性环氧树脂乳液的制备方法的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图和实施例对本发明技术方案进行详细描述。
[0032]如图1所示，本发明实施例提供一种有机硅改性环氧树脂乳液的制备方法，包括如下步骤:
[0033]步骤110:将具有反应活性的有机娃单体、含氣基的娃烧偶联剂、封端剂在催化剂的作用下合成氨基改性有机硅树脂；
[0034]具体地，将100重量份具有反应活性的有机硅单体、1-10重量份含氨基的硅烷偶联剂、1-5重量份的封端剂，以及占反应体系总重的0.01% -0.1 %的催化剂加入反应釜中，搅拌抽真空并升温至80-160°C，反应时间2-8小时得到氨基改性有机硅树脂。所述具有反应活性的有机硅单体包括:八甲基环四硅氧烷、六甲基环三硅氧烷、十甲基环五硅氧烷，端羟基线性硅油中的一种或几种。所述含氨基的硅烷偶联剂包括:γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、Ν-β (氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，Ν-β (氨乙基)-γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷中一种或几种。所述封端剂为六甲基二硅氧烷，所述催化剂为氢氧化钾、氢氧化钠或四甲基氢氧化铵。
[0035]步骤120:将所述氨基改性有机硅树脂与环氧封端的聚醚反应，合成聚醚改性的氣基有机娃树脂；
[0036]具体地，将10重量份氨基改性有机硅树脂与2-20重量份环氧封端的聚醚加入到反应釜中，升温至60-160°C，反应2-6小时，合成聚醚改性的氨基有机硅树脂。所述环氧封端的聚醚为环氧封端的聚氧乙烯醚或环氧封端的聚氧乙烯聚氧丙烯醚中的一种，所述环氧封端的聚醚的分子量为1000-20000，结构特征为:
[0037]CH2(O) CH- (CH2CH2O)n-A,
[0038]或:
[0039]CH2 (O) CH- (CH2CH2O) n_ (CH2CH2CH2O) m~A,
[0040]其中A 为 H，_013或-CH 2CH3。
[0041]步骤130:将所述聚醚改性的氨基有机硅树脂与环氧树脂反应，合成有机硅改性环氧树脂；
[0042]具体地，将10重量份聚醚改性的氨基有机硅树脂与2-20重量份环氧树脂加入反应釜中，升温至60-160°C，反应2-6小时，合成有机硅改性环氧树脂。所述环氧树脂包括双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂，酚醛型环氧树脂，缩水甘油醚型环氧树脂中的一种或多种。
[0043]步骤140:向所述有机硅改性环氧树脂中一次性或分步加入去离子水，通过剪切乳化制备出有机硅改性环氧树脂乳液；
[0044]具体地，向100重量份有机硅改性环氧树脂中一次性或分步加入10