[摘要]采用无皂乳液聚合法合成了丙烯酸酯类涂料印花粘合剂NZ-071。讨论了各种因素对该涂料印花粘合剂性能及印花效果的影响,并得出了较佳合成工艺及织物整理工艺。结果表明,该涂料印花粘合剂稳定性良好,印花织物耐摩擦、皂洗等牢度好,手感柔软。
关键词:涂料印花;丙烯酸酯;无皂乳液聚合;粘合剂
印花色浆由涂料、粘合剂、增稠剂与少量辅料组 成,由于涂料是借粘合剂机械地固着在纤维表面,因 此粘合剂决定了印花织物的摩擦牢度和皂洗牢度, 粘合剂的性能在印花中起着重要作用[1]。
目前,涂料印花粘合剂多以常规乳液聚合的方 式获得。由于乳化剂的存在,导致粘合剂的附着牢 度降低,使得织物耐洗牢度、耐摩擦牢度、手感、抗起 毛起球等性能均有所下降。同时,乳化剂造成的环 境污染也日益引起人们的关注。为了解决以上问 题,人们采用无皂乳液聚合法合成涂料印花粘合剂 [2]。由于无皂乳液的乳胶粒表面洁净,单分散性良 好,同时也消除了传统乳液聚合中乳化剂对环境的 污染问题[3],因此,无皂乳液聚合技术在涂料印花粘 合剂的合成方面受到了广泛关注。
本工作从丙烯酸酯的无皂乳液聚合反应机理出 发,在无N2保护等复杂条件下,制备出一种性能优 良的无皂乳液涂料印花粘合剂NZ-071,将其应用于 织物上,使印花织物的摩擦、皂洗牢度及手感均有明 显改善,从而解决常规乳液聚合因加入乳化剂而导 致的耐水、耐污性差,织物手感硬和光泽弱的问题。
1 实验部分
1.1 主要原料
单体:甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯 (BA);
功能单体:丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸(MAA); 引发剂:过硫酸铵(APS);
交联单体:丙烯酸羟乙酯(HEA)、N-羟甲基丙烯 酰胺(NMA);
保护胶体:聚乙烯醇PVA(1799型)、羧甲基纤 维素钠(CMC);
涂料:涂料妃红FGR、涂料金黄FGR、涂料翠蓝 FG。
1.2 主要仪器及设备
Y571B型摩擦牢度测试仪; MU505T型均匀小 轧车; DHG-9076A型电热控温鼓风干燥机; BP221S LA-205型织物热定型机; SW-12A型耐洗色牢度试验机等。
1.3 印花粘合剂NZ-071的制备
将装有搅拌器、恒压滴液漏斗、温度计的三口烧 瓶置于恒温水浴锅中,将一定体积的去离子水加入 到三口烧瓶内,搅拌升温至70℃,加入一定量聚乙 烯醇与羧甲基纤维素钠的水溶液,保持温度为75~ 80℃。采用连续滴加工艺,先滴加pH值已调至弱 碱性的引发剂APS、AA及HEA的混合液, 1~2 min 后再开始滴软硬单体质量比为3∶7的BA/MMA混 合单体, 2 h内滴完。保温1~2 h,降至室温,过滤。
1.4 涂料印花工艺
1)印花色浆
原料 配方/(g/L)
涂料 2~12
粘合剂 10~50
交联剂32 1~6
乳化糊 10~60
2)工艺流程
印花→烘干(80℃/3 min)→焙烘(120~180 ℃/1. 5~5 min)
1.5 乳液性能测试
(1)固含量
称取2 g左右乳液放入已恒重的称量瓶中,置于 120℃烘箱内加热2 h,平行称取2次样品取平均值, 固含量用质量分数表示[4]。
(2)电解质稳定性[4]
取等量的乳液加入相同质量浓度为0. 1 mol/L 电解质,观察一定时间后的乳液絮凝量,以此测试乳液的电解质稳定性。
(3)化学稳定性[5]
用一定浓度硫酸铝和氯化钙水溶液分别慢慢滴入稀释50倍的乳液中,观察乳液凝聚析出时所消耗的试剂毫升数。
(4)机械稳定性[6]
将一定量的乳液装入小塑料瓶中,在1 400 r/ min的转速下搅拌30 min,观察其是否分层或破乳。
(5)耐水性[7]
在玻璃板上涂上乳液,晾干后送入烘箱,在120 ℃下烘干,浸入装有蒸馏水的表面皿中,浸入涂膜的 2/3,适时观察是否起皮、脱落。
1.6 织物性能测试
耐干、湿摩擦牢度:按GB/T 3920—1997测试。 皂洗牢度:按GB/T 3921. 1—1997测试。
柔软性:以5~10人一组,用人工法比较织物经 涂料印花后的手感[1]。
2 结果与分析
2.1 引发剂用量对乳液性能的影响
只改变引发剂APS的用量,其余按1. 3的规定 进行无皂乳液聚合,结果见表1。
引发剂用量直接影响反应体系中自由基的数目,还会影响聚合反应时间、单体转化率及乳液性 能。由表1可知,随着引发剂用量的增加,乳液的气 味有所降低,说明无皂聚合反应的完全程度随引发 剂用量的增加而提升,乳液的稳定性随引发剂用量的增加而提高,这可能因为引发剂APS用量过小时, 乳液粒子表面电位下降,致使粒径增大而相互粘连, 乳液体系稳定性遭到破坏。当引发剂用量增大到一 定程度时,体系中自由基数目增多,聚合速率加快, 成核粒子数目增多,乳液粒子表面电位升高而使乳液变得稳定。综合考虑,确定引发剂用量为单体量的1. 0%。
2.2 聚合温度对合成的影响
聚合温度低,诱导期长,聚合速率低;而聚合温度过高,引发剂的分解速率过快,反应剧烈,乳液粒子的布朗运动加剧,也会使乳液粒子表面水化层变薄,从而导致乳液稳定性变差。聚合温度对产品性能的影响见表2。
本试验发现,反应温度控制在70~75℃时,反 应时间较长,残存的单体含量较高,难以得到较高固 含量的共聚物乳液,乳液易分层;反应温度控制在75 ~78℃时,反应容易控制,单体味较少,反应转化率 较高,凝胶量较少,蓝光较强;当温度超过82℃时, 反应速度过快,体系产生的热量较大,一时难以排出,制得的乳液稳定性差,凝胶量较多,无蓝光,易分层。综合考虑,确定较佳的聚合反应温度为75~78 ℃。
2.3 单体滴加速率对合成的影响
一般单体的滴加速率应略慢于聚合反应速率, 以使反应过程中吸收的热量与放出的热量维持平 衡。若单体滴加过快,放热量过大,会形成乳胶粒凝 聚,甚至暴聚,得到的乳液成膜性、耐水性也差。综 合考虑,确定单体的滴加速率为1滴/s。
2.4 搅拌速度对合成的影响
无皂乳液聚合中,凝胶量与搅拌速度有很大的 关系。搅拌速度过小,体系不能充分均匀混合,聚合 反应不能顺利进行,会出现大量凝胶;搅拌速度过 大,由于剪切力的作用,乳胶粒子动能增加,粒子间 的碰撞几率也随之增大,最终会粘连在一起产生凝 胶。试验表明,搅拌速度以250~400 r/min为宜。
2.5 无皂乳液的性能
无皂乳液的测试性能见表3。
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