3·结果与讨论
3.1红外光谱分析
聚合物乳液经过破乳、洗涤、抽提、真空干燥后，与KBr研磨制成压片，利用美国Perkin-Elmer Spectrum型傅里叶红外光谱仪(FT-IR)对其进行检测，其结果如图1。可以看出，2 931 cm-1处有强吸收峰，为─CH2─非对称伸缩振动吸收峰；1 729 cm-1处的强吸收峰是羰基吸收峰，表明聚合物中含有酯键；1 166 cm-1处有C─O─C伸缩振动吸收峰，这是丙烯酸酯类聚合物的特征吸收峰；1 030、1 072和1 118 cm-1处出现了Si─O─Si键特征吸收峰，说明该红外试样存在由硅氧烷水解缩合后产生的交联结构；910 cm-1处出现了环氧树脂的环氧基特征峰，1 602 cm-1、1 452 cm-1处也出现了环氧树脂中苯环的骨架振动特征吸收峰。
3.2乳化剂的选择及用量
研究了复配型乳化剂体系，即阴离子型乳化剂十二烷基硫酸钠(SDS)和非离子型乳化剂OS-15的复配对乳液稳定性的影响，结果如表1所示。
研究发现，对于本实验的预乳化过程，复配体系比单独使用的预乳化效果更好，由此制得的乳液耐电解质及耐酸碱稳定性也更好，提升了最终涂膜的湿摩擦牢度及皂洗牢度。其原因在于当OS-15和SDS复合使用时，SDS粒子之间距离增大，粒子间的静电斥力减少，预乳化时可以得到更好的稳定效果。最佳配比选择为m(SDS)∶m(OS-15)=1∶3。
增加乳化剂用量可以提高反应转化率，但浓度过高则降低成膜后的耐水性及摩擦牢度。乳化剂用量(占单体总质量的百分率)对乳液稳定性及成膜性能的影响见表2。可以看出，乳化剂适宜的用量为单体总质量的4%。
3.3单体种类及配比对聚合物性能的影响
拟通过种子乳液聚合法制备具有软核硬壳的核壳结构乳液。实验中，保持壳单体和改性条件不变，考察了核单体的组合及配比对涂膜性能的影响。实验结果见表3。各配比构成的核单体成膜后都表现出良好的柔软性及弹性，性能差别主要反映在摩擦牢度及皂洗牢度方面。由表3可知，当核单体组成配比为m(MA)∶m(EA)∶m(BA)=1∶1∶3时，涂膜后的干、湿摩擦牢度及皂洗牢度都达到了设计要求。
在核单体和改性条件不变时，考察了合成壳单体的组合及配比对成膜性能的影响，结果如表4所示。不同配比的壳层成膜后，其柔软性、弹性良好，但摩擦牢度和皂洗牢度有差异。表4表明，选用壳单体组成为m(MA)∶m(EA)∶m(BA)=2∶1∶1时，涂膜性能满足设计要求。
分别以上述较佳配比制备核、壳单体，考察核、壳单体的用量对成膜性能的影响(以核单体占单体总质量的百分数表示)，结果见表5。
由表5可知，随着核单体质量分数的增加，成膜后手感、柔软性增强。这是因为核单体中的主要成分是丙烯酸丁酯。但核单体比例过大，则以丙烯酸甲酯为主的壳单体功能减弱，反而使摩擦牢度、皂洗牢度下降。兼顾考虑，确定最佳核单体质量分数为30%~40%。
3.4改性剂的种类及用量对乳液稳定性和成膜性能的影响
分别以甲基丙烯酸缩水甘油酯及环氧树脂E-44、E-20为改性剂对乳液的壳单体进行改性，改性效果见表6。
从表6可知，使用E-44改性的产品性能最优，且E-44的用量为2%时，具有最好的稳定性、手感及摩擦牢度。环氧树脂改性丙烯酸树脂的反应属于接枝反应，环氧树脂中活性较强的环氧基、羟基以及其他极性基团能增强涂料对含羟基的织物纤维表面的附着力。而且环氧树脂除了本身分子结构紧密外，其在后期烘焙过程中能进一步与丙烯酸中的羧基交联，使网络结构更加致密，从而增强了涂料的耐水性。
3.5有机硅用量的影响
加入KH-570对聚合物进行改性，研究了其用量对乳液性能的影响，结果如表7所示。
由表7可知，当有机硅氧烷的使用量为4%~8%时，聚合物成膜的干、湿摩擦牢度以及皂洗牢度均较好，吸水性显著降低。这些都是期望中的性能。而有机硅氧烷的含量超过6%时，乳液中凝胶量开始显著增加。原因在于有机硅氧烷单体在共聚反应过程中会水解形成硅醇，Si─OH能够自缩或者与聚合物活性基团进行交联反应。当有机硅氧烷过量，交联过度，则容易形成凝胶物，并使胶膜弹性变差。所以，确定KH-580的适宜用量为6%。
3.6改性后乳液及其涂膜的综合性能
通过种子乳液聚合法制备了软核硬壳的核壳结构乳液。当复合乳化剂质量占单体总质量的4%，核单体组成为m(MA)∶m(EA)∶m(BA)=1∶1∶3、质量分数为40%，壳单体组成为m(MA)∶m(EA)∶m(BA)=2∶1∶1，以质量分数为2%的环氧树脂E-44和质量分数为6%的KH-570对乳液进行改性，以改性后的聚合乳液制备水性印花涂料，所得涂膜手感柔软，弹性良好，干摩擦牢度4级，湿摩擦牢度3~4级，皂洗牢度4级。
4·结论
通过种子乳液聚合法制备了水性印花涂料用乳液，并加入有机硅氧烷、环氧树脂改性，研究乳化剂配比和用量，核单体和壳单体配比和用量，以及不同改性剂及其用量对乳液稳定性和成膜性能的影响。当复合乳化剂质量占单体总质量的4%，核单体组成为m(MA)∶m(EA)∶m(BA)=1∶1∶3、质量分数为30%~40%，壳单体组成为m(MA)∶m(EA)∶m(BA)=2∶1∶1，以质量分数为2%的环氧树脂E-44和质量分数为6%的有机硅氧烷KH-570对乳液进行改性，可以得到性能较好的聚合乳液。以该乳液制备水性印花涂料，其涂膜经140°C/3 min烘烤后，手感柔软，弹性良好，干摩擦牢度4级、湿摩擦牢度3~4级，皂洗牢度4级。涂膜各项性能指标均达到了设计要求。
参考文献：
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