增强聚氨酯用玻璃纤维浸润剂及其制备方法和用途与流程

[0001]
本发明涉及玻璃纤维技术领域，尤其涉及增强聚氨酯用玻璃纤维浸润剂及其制备方法和用途。


背景技术：

[0002]
玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，具有质轻比强度高、化学稳定性好、绝缘性能好、耐热不燃烧、抗腐蚀不易变形等特点，被用作复合材料中的增强材料、电绝缘材料和绝热保温材料等，广泛应用于建筑、交通、能源、化工、电子电器、航空航天、环境保护等国民经济的各个领域。随着新兴制造业的兴起，以及材料科学、制造技术和应用技术的发展，玻璃纤维品种越来越多，质量也随之提高。
[0003]
聚氨酯材料应用范围十分广泛，遍及国民经济及工业生产各部门，亦在日常生活中随处可见。聚氨酯材料是目前国际上性价比最高的保温材料之一，广泛运用于家具、家电、建筑、交通、体育、制鞋制革业等。聚氨酯硬泡主要用于建筑行业，如外墙保温板材、冷藏冷冻设备及冷库保温材料、管道保温材料、密封胶、防水涂料等。在欧美发达国家，建筑用聚氨酯硬泡占硬泡总消耗量的70％左右。在中国，硬泡在建筑业中的应用还不像西方发达国家那样普遍，所以发展的潜力非常大。近年来，聚氨酯硬泡逐渐在门窗型材中应用，并取得了优秀的保温隔热表现，使其在门窗节能领域开始发挥重要作用。
[0004]
随着新的建筑节能政策的出台，门窗节能标准不断提高，断桥铝合金窗、pvc塑钢窗、铝包木窗等保温门窗大受市场欢迎。然而，此类建材在生产及使用过程中会造成大量能源消耗，容易产生固体废弃物及有害挥发物，并且耐火性能欠佳。
[0005]
聚氨酯门窗型材为玻璃纤维增强聚氨复合材料，以无捻玻璃纤维纱为增强相，聚氨酯树脂为基体树脂，通过拉挤工艺成型。聚氨酯节能门窗的防火性能源自材料本身。由于玻璃纤维是一种无机非金属材料，有很好的阻燃性和耐热性，常规熔点在900℃以上。聚氨酯材料属热固性材料，遇火后会在表面形成一层碳化层，阻止火焰深入，不熔融、不产生溶滴。所以，玻纤增强聚氨酯复合材料遇火难以燃烧，遇火面的高温也难以传导至另一面。高耐火性使聚氨酯门窗型材在保护用户生命财产安全方面的功能大大提升。
[0006]
作为环保节能型产品，聚氨酯门窗型材除了在使用过程中实现建筑节能之外，更关键的是从源头遏制环境污染。该型材的原料无可挥发性组分，生产加工后还可对固体废弃物进行循环利用，避免环境污染，完整地诠释了“绿色环保”的理念。
[0007]
目前，国内暂未公开用于增强聚氨酯玻璃纤维的浸润剂配方，只查询到类似生产聚氨酯门窗的制备方法，如cn201710139423.5《一种玻纤增强聚氨酯门窗型材及其制备方法》，该专利只提及到聚氨酯门窗的制备方法，未涉及到玻璃纤维和浸润剂配方。


技术实现要素：

[0008]
针对上述市场需求和要求，本专利申请所要解决的技术问题是：如何提供一种能提高玻璃纤维强度，膨缩性能，隔热性能，拉伸强度、弯曲强度和耐腐蚀性的浸润剂及其制
备方法。
[0009]
为了实现上述目的，本发明公开了一种用于生产聚氨酯的玻璃纤维浸润剂，关键在于，所述浸润剂包括偶联剂、润滑剂、成膜剂、交联剂、ph值调节剂、抗静电剂以及去离子水，其中，所述浸润剂中各组分的质量百分比如下：
[0010][0011]
优选的，所述偶联剂为质量比为3:1～1:2的偶联剂a和偶联剂b的组合，偶联剂a为γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷，偶联剂b为γ-脲基丙基三乙氧基硅烷。
[0012]
优选的，所述润滑剂为质量比为10:3～1:3的润滑剂a和润滑剂b，所述润滑剂a为有机硅油润滑剂，所述润滑剂b为聚乙二醇单硬脂酸脂。
[0013]
优选的，所述成膜剂为双酚a型环氧乳液。
[0014]
优选的，所述环氧乳液的环氧当量为230～300。
[0015]
优选的，所述交联剂为季戊四醇。
[0016]
优选的，所述ph值调节剂为冰醋酸或柠檬酸中的一种或任意组合。
[0017]
优选的，所述抗静电剂为阳离子抗静电剂或非离子抗静电剂。
[0018]
本发明还公开了一种增强聚氨酯用玻璃纤维浸润剂的制备方法，包括以下步骤：
[0019]
s1：反应釜放入占配制量40～50％的去离子水，开启机械搅拌器；
[0020]
s2：反应釜加入ph值调节剂，调整ph3～4；
[0021]
s3：依次加入偶联剂a和偶联剂b，搅拌50分钟；
[0022]
s4：使用3～5倍60～70℃温水稀释润滑剂a，加入反应釜；使用3～5倍60～70℃温水稀释润滑剂b，加入反应釜；
[0023]
s5：使用100倍热水稀释交联剂，加入反应釜；
[0024]
s6：使用3～5倍常温去离子水稀释抗静电剂，加入反应釜；
[0025]
s7：使用1倍常温去离子水稀释成膜剂，加入反应釜；
[0026]
s8：加入余量去离子水，搅拌5分钟即可使用。
[0027]
本发明还公开了上述浸润剂在玻璃纤维增强聚氨酯材料上的用途。
[0028]
与现有技术相比，本专利申请具有以下优点：
[0029]
(1)本发明提供的增强聚氨酯材料用的玻璃纤维浸润剂，是通过选择了合适的偶联剂、润滑剂、成膜剂及ph值调节剂、抗静电剂等组分及其配比，使玻璃纤维丝束集束性得
到明显提高，涂覆性能优越，制品强度高；
[0030]
该浸润剂中各组分的作用及含量说明如下：
[0031]
成膜剂选用环氧乳液环氧乳液组分，并研究了合适的占比含量，明显改善玻璃纤维的表面性能、集束性和制品表面性能；
[0032]
偶联剂，又称架桥剂，可起到玻璃纤维与基体树脂间的偶联作用，一方面可减少玻璃纤维在拉丝过程中的受损程度，另一方面还是影响玻璃纤维强度以及复合制品强度的关键。偶联剂选择a为γ-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，偶联剂b为乙烯基苄基氨基丙基三甲基硅烷，与玻璃纤维表面硅离子结合，与本申请提供的润滑剂相配合，极大提高玻璃纤维与树脂的相容性，显著提高产品强度。本申请选择合适的配比范围，制备出的复合材料韧性优越，不易变形；
[0033]
润滑剂，主要是为了保证玻璃纤维在原丝生产过程中，以及在内退使用时保证能顺利进行。含量过少则达不到润滑效果，过多会影响原丝之间的粘结性，降低纱线的硬挺性以至于会影响在基体树脂中的浸透和相容性，造成对最终复合材料的机械性能有负面影响，本发明润滑剂的固体含量占浸润剂固体总量的0.15～1.3％，可以有效避免负面影响，提高润滑效果，提高表面质量。润滑剂采用滑剂a和润滑剂b同时使用时，使用润滑剂a属于一种湿态润滑剂，保障原丝生产时可以顺利进行，润滑剂b属于一种干态润滑剂，可以保证客户端使用时内退解不产生毛羽，耐磨性好；
[0034]
环氧乳液，环氧当量为230～300、双酚a型环氧乳液，使用此种环氧当量树脂高低温时强度均好，伏贴在玻璃纤维表面成膜后纱线软，集束性好，有一定韧性，有利于提高玻璃纤维的浸透速度，所制成的玻璃纤维复合材料耐气候性、耐腐蚀性、阻燃性等性能均优于其他成膜剂；
[0035]
酸作为ph值调节剂，可选用冰醋酸或柠檬酸一种或两种，主要起调节浸润剂ph值的作用。ph值调节剂的固体质量占浸润剂固体总质量的0.06～0.38％。浸润剂中偶联剂的水解与分散需要在一定的ph环境下，为了满足分散要求，本发明的浸润剂需控制为酸性环境下，其ph值为3～4；
[0036]
水指去离子水，主要起到分散浸润剂中各组分的作用，浸润剂的固体质量占浸润剂总质量的4～11％；
[0037]
交联剂又称架桥剂，它可以在线型的分子之间产生化学键，使线型分子相互连接在一起，形成网状，这样可以提高玻纤和树脂的结合度，增加制品的抗拉抗弯强度。本发明使用季戊四醇作为交联剂，分子中含有四个等同的羟甲基，具有高度的对称性，可为聚氨酯提供所需的支链；
[0038]
抗静电剂可以将玻纤表面的负电荷迅速排除，产品集束性更好，使得玻璃纤维和树脂结合性更好；
[0039]
使用本发明制备的浸润剂溶液具有稳定性能好、不易分层、泡沫少、可轻易涂覆在玻璃纤维表面、涂覆均匀、消耗量低等特点；
[0040]
使用本发明的浸润剂生产的玻璃纤维纱具有易短切、集束性好、与聚氨酯材料的相容性好等优点，采用玻璃纤维增强的聚氨酯复合材料在拉挤过程中玻纤分布均匀，玻纤与树脂的相容性好，吸脂量大，无缝隙；
[0041]
玻璃纤维增强的聚氨酯复合材料在加工过程中尺寸收缩率小于0.2％，与设计尺
寸偏差小，具有良好的尺寸稳定性。其线膨胀系数大大低于铝合金和pvc塑料，与混凝土墙体接近，可以有效避免由于热胀冷缩引起的门窗框尺寸变化，防止出现开关不易、密封不好等现象。经检测，聚氨酯复合材料门窗气密性可达到国家标准《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法》8级水平，水密性达到该标准6级水平，隔声性能达到标准5级水平；具有高隔热性，拥有很低的导热系数，与实木和pvc的导热系数相当；高耐候性，该型材为三维网状结构，因而本身具有良好的耐老化性能，耐低温性能更出色，尤其适合严寒地区；在温度变化时不会与墙体产生缝隙，具有很好的密封性，保证整窗良好的绝热性能；不变形，握钉力强，不需要钢衬，具有耐腐蚀、阻燃、不影响信号的特性。
附图说明
[0042]
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
[0043]
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
[0044]
实施例1一种玻璃纤维浸润剂
[0045]
将质量百分比为45％的去离子水加入反应釜中，开启机械搅拌器，然后加入质量分数为0.07％的冰醋酸，调整ph 3～4，再依次加入质量分数为0.2％的γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷和质量分数为0.4％的γ-脲基丙基三乙氧基硅烷，搅拌50～70分钟，将质量分数为0.5％的有机硅油润滑剂使用3～5倍60～70℃温水稀释后加入反应釜；将质量分数为0.15％的聚乙二醇单硬脂酸脂使用3～5倍60～70℃温水稀释后加入反应釜，将质量分数为0.13％的季戊四醇使用100倍热水稀释后加入反应釜；将质量分数为0.04％的阳离子抗静电剂使用3～5倍常温去离子水稀释后加入反应釜；将质量分数为3.25％的双酚a型环氧乳液使用3倍常温去离子水稀释后加入反应釜，最后加入余量去离子水，搅拌5分钟即得。
[0046]
实施例2一种玻璃纤维浸润剂
[0047]
将质量百分比为45％的去离子水加入反应釜中，开启机械搅拌器，然后加入质量分数为0.21％的柠檬酸，调整ph 3～4，再依次加入质量分数为0.28％的γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷和质量分数为0.40％的γ-脲基丙基三乙氧基硅烷，搅拌50～70分钟，将质量分数为0.75％的有机硅油润滑剂使用3～5倍60～70℃温水稀释后加入反应釜；将质量分数为0.45％的聚乙二醇单硬脂酸脂使用3～5倍60～70℃温水稀释后加入反应釜，将质量分数为0.47％的季戊四醇使用100倍热水稀释后加入反应釜；将质量分数为0.02％的阳离子抗静电剂使用3～5倍常温去离子水稀释后加入反应釜；将质量分数为4.1％的双酚a型环氧乳液使用3倍常温去离子水稀释后加入反应釜，最后加入余量去离子水，搅拌5分钟即得。
[0048]
实施例3一种玻璃纤维浸润剂
[0049]
将质量百分比为45％的去离子水加入反应釜中，开启机械搅拌器，然后加入质量分数为0.18％的柠檬酸，调整ph 3～4，再依次加入质量分数为0.75％的γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷和质量分数为0.25％的γ-脲基丙基三乙氧基硅烷，搅拌50～70分
钟，将质量分数为0.48％的有机硅油润滑剂使用3～5倍60～70℃温水稀释后加入反应釜；将质量分数为0.46％的聚乙二醇单硬脂酸脂使用3～5倍60～70℃温水稀释后加入反应釜，将质量分数为0.26％的季戊四醇使用100倍热水稀释后加入反应釜；将质量分数为0.06％的非离子抗静电剂使用3～5倍常温去离子水稀释后加入反应釜；将质量分数为3.97％的双酚a型环氧乳液使用3倍常温去离子水稀释后加入反应釜，最后加入余量去离子水，搅拌5分钟即得。
[0050]
实施例4一种玻璃纤维浸润剂
[0051]
将质量百分比为45％的去离子水加入反应釜中，开启机械搅拌器，然后加入质量分数为0.30％冰醋酸，调整ph 3～4，再依次加入质量分数为0.5％的γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷和质量分数为0.35％的γ-脲基丙基三乙氧基硅烷，搅拌50～70分钟，将质量分数为0.25％的有机硅油润滑剂使用3～5倍60～70℃温水稀释后加入反应釜；将质量分数为0.75％的聚乙二醇单硬脂酸脂使用3～5倍60～70℃温水稀释后加入反应釜，将质量分数为0.24％的季戊四醇使用100倍热水稀释后加入反应釜；将质量分数为0.05％的非离子抗静电剂使用3～5倍常温去离子水稀释后加入反应釜；将质量分数为4.23％的双酚a型环氧乳液使用3倍常温去离子水稀释后加入反应釜，最后加入余量去离子水，搅拌5分钟即得。
[0052]
对比例
[0053]
将质量百分比为45％的去离子水加入反应釜中，开启机械搅拌器，然后加入质量分数为0.39％冰醋酸，调整ph 3～4，再依次加入质量分数为0.65％的γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷和质量分数为0.77％偶联剂b，搅拌50～70分钟，将质量分数为0.07％的有机硅油润滑剂使用3～5倍60～70℃温水稀释后加入反应釜；将质量分数为0.09％的聚乙二醇单硬脂酸脂使用3～5倍60～70℃温水稀释后加入反应釜，将质量分数为0.56％的季戊四醇使用100倍热水稀释后加入反应釜；将质量分数为0.1％的非离子抗静电剂使用3～5倍常温去离子水稀释后加入反应釜；将质量分数为6.8％的双酚a型环氧乳液使用3倍常温去离子水稀释后加入反应釜，最后加入余量去离子水，搅拌5分钟即得。
[0054]
(1)将上述实施例与对比例应用于玻璃纤维的生产，并将对应的玻璃纤维应用于聚氨酯材料，对最终得到的玻璃纤维增强聚氨酯材料进行测试，结果如下表1所示：
[0055]
表1不同玻璃纤维增强聚氨酯材料性能测试结果
[0056][0057][0058]
备注：等级越高，性能越好
[0059]
通过上表中可以看出，实施例1-4的毛羽量明显少于对比例，并且制品力学性能显著提高，即拉伸强度与弯曲强度明显高于对比实施例，而且玻璃纤维聚氨酯门窗在传热系数、气密性和隔声性都有绝对优势。总体来讲，利用本发明提供的增强聚氨酯用玻璃纤维浸润剂，能显著提高玻璃纤维的表面性能、集束性和制品的物理性能。
[0060]
(2)将采用实施例1生产的玻璃纤维分别应用于各类树脂，对最终得到的玻璃纤维增强型材进行测试，结果如下表2所示：
[0061]
项目聚氨酯树脂乙烯基树脂不饱和聚酯树脂环氧树脂拉伸强度(mpa)1161138298弯曲强度(mpa)184151147163玻纤含量(％)71656065
[0062]
通过上表中可以看出，玻璃纤维增强聚氨酯型材的力学性能显著高于其它型材，即拉伸强度提升了12.9-25.2％，弯曲强度提升了1.8-41.5％，总体来讲，本发明提供的增强聚氨酯用玻璃纤维浸润剂，能显著提高玻璃纤维的表面性能、集束性和制品的物理性能，能有效的增强聚氨酯塑料制品的机械强度和使用寿命。
[0063]
综上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

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