[发明专利]异氰酸酯改性聚醚硅油非离子乳液的制备方法及其产品和应用

说明书

本发明提供一种异氰酸酯改性聚醚硅油非离子乳液的制备方法及其产品和应用，包括双端含氢硅油的合成、双端羟基改性硅油的合成、异氰酸酯改性聚醚硅油的合成，加入适量水乳化，与阳离子型氨基改性环氧硅油共乳化，复配制备碳纤维原丝油剂。本发明克服了聚醚改性硅油通过含氢硅油与高分子量聚乙二醇单烯丙基醚加成反应遇到的技术问题如反应难、产率低、分离纯化难、颜色深，同时克服氨基改性硅油在弱酸性水相中储存稳定性差，与阳离子型氨基改性环氧硅油复配制备碳纤维原丝油剂，上油后碳纤维原丝在高温干燥和收卷过程中黏辊问题。

技术领域

本发明涉及一种聚丙烯腈碳纤维原丝生产中使用的一种改性助剂的制备及产品和应用，特别是涉及一种异氰酸酯改性聚醚硅油非离子乳液的制备方法及其产品和应用。

背景技术

碳纤维原丝生产所用油剂的作用，主要是提高碳纤维原丝的强度，在纤维表面起到防静电作用，尤为重要的作用时防止碳纤维原丝在预氧化期间因高温（200~300℃）引起纤维的粘丝、并丝、熔断与燃烧，因此碳纤维原丝所用油剂普遍使用改性硅油，通常有环氧改性硅油、氨基改性硅油和聚醚（聚乙二醇）改性硅油三大类及其复配。改性硅油具有较多优点，如较强的耐高温性能、较高的生理惰性、优良的疏水性能、较强的抗压缩性能、很小的表面张力等，这些优良的性能决定了硅油具有广泛的应用市场。通过改变硅油的分子量和有机基团的种类，能够得到具有特殊功能的改性硅油。

市场上碳纤维原丝所用油剂通常由环氧改性硅油、氨基改性硅油和聚醚改性硅油的复配，采用添加外乳化剂方法进行乳化，其中氨基改性硅油存在贮存稳定性差，成本高等主要问题，聚醚改性硅油合成也存在很多问题，如含氢硅油与聚乙二单烯丙基醚发生硅氢加成反应时，副反应多，产率低，产品因铂催化剂造成颜色深，且因高分子量聚醚改性硅油粘度高，不易利用活性炭脱色过滤分离技术纯化等问题。

本专利研究开发一种新型制备方法，使用六亚甲基二异氰酸酯与双端羟基改性硅油和聚乙二醇单甲醚或聚乙二醇单烯丙基醚进行反应，合成了自组装、自乳化、储存稳定、粒径尺寸可控、耐温性（热分解温度）高的异氰酸酯改性聚醚硅油非离子乳液，并可与阳离子型氨基改性环氧硅油复配生产聚丙烯腈碳纤维原丝油剂。上油后聚丙烯腈碳纤维原丝在干燥和收卷过程中，没有黏辊现象，毛丝少。此外，异氰酸酯改性聚醚硅油还有集束作用，润滑和表面活性剂的作用，增强碳纤维原丝强度和原丝碳化后碳纤维力学性能。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，如聚醚改性硅油制备采用含氢硅油与烯丙基聚醚的硅氢加成反应难于实现；氨基改性硅油在弱酸性条件下在水相体系中储存稳定性差，与环氧改性硅油复配制备的油剂因此也继承了氨基改性硅油储存不稳定的缺点，上油过程中易造成碳纤维原丝粘辊，产生毛羽和断丝等问题。本发明的目的在于提供一种异氰酸酯改性聚醚硅油非离子乳液的制备方法。

本发明另一目的在于提供一种上述改性油剂复配碳纤维原丝油剂产品及应用。

本发明目的通过下述方案实现一种异氰酸酯改性聚醚硅油非离子乳液的制备方法，其特征在于步骤如下：

（1）双端含氢硅油的合成：以八甲基环四硅氧烷（D₄）或六甲基环三硅氧烷（D₃）为原料，1,1,3,3-四甲基二硅氧烷（HMM）为封端剂，浓硫酸为催化剂，通过开环聚合反应合成双端含氢硅油或通过二甲基二甲氧硅烷与HMM共水解缩合反应合成双端含氢硅油：

（2）双端羟基改性硅油的合成：以步骤（1）制得的双端含氢硅油和乙二醇单烯丙基醚为原料，在铂催化剂作用下发生硅氢加成反应：

（3）异氰酸酯改性聚醚硅油的合成：通过二异氰酸酯与步骤（2）制得的双端羟基改性硅油反应，再与聚乙二醇单甲醚（MPEG）或聚乙二醇单烯丙基醚（APEG）进行反应，制得异氰酸酯改性聚醚硅油：