关键词:涂料印花;丙烯酸酯;无皂乳液聚合;粘合剂

    中图分类号:TQ331. 4 7　文献标识码:A　文章编号:1001-5922(2008)12-0020-04

    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。

    2.6　粘合剂用量对织物性能的影响

    按1. 3工艺操作,改变粘合剂用量,印花后按照 1. 6方法测定织物的性能,结果见表4。

    由表4可以看出,随着粘合剂用量的增加,织物的各项性能均有明显提升,尤其是干、湿摩擦牢度的提高幅度相对较大。但是,涂料是借助粘合剂的作用才能与纤维发生牢固结合,当粘合剂用量超过30%时,织物各项牢度反而下降。粘合剂的最佳用量为25%。

    2.7　交联剂用量对织物性能的影响

    按1. 3工艺操作,改变交联剂用量,印花后按照1. 6方法测定织物的性能,结果见表5。

    由表5可以看出,随着交联剂用量的增加,织物的摩擦及皂洗牢度均有一定程度的提高,这是由于粘合剂交联密度增加的缘故,使织物的牢度得到进一步提高,但交联剂用量过高,交联度过大,使织物的手感变差。因此,最佳交联剂用量以3%为宜。

    2.8　乳化糊用量对织物性能的影响

    按1. 3工艺操作,改变乳化糊用量,印花后按照 1. 6方法测定织物的性能,结果见表6。

    由表6可知,随着乳化糊用量的增加,织物的摩擦、皂洗牢度也随之增加,但其用量过多会降低织物的耐洗牢度,而且手感变得更差。因此,最佳乳化糊的用量为30%。

    2.9　乳液应用效果

    1)涂料印花最佳工艺及条件

    印花色浆配方:

    原料　配方/(g/L)

    涂料　6

    粘合剂　25

    交联剂32　3

    乳化糊　30

    印花工艺流程:

    印花→烘干(80℃/3 min)→焙烘(170℃/4 min)。

    2)涂料印花织物性能

    按2. 9. 1)中工艺进行涂料印花,按1. 6法测试织物性能,结果见表7。

    由表7可知,涂料印花织物的干、湿摩擦牢度、皂洗牢度均较好,织物的手感柔软。可见,该无皂乳液粘合剂能很好地粘附在纤维上,并形成强度较高的薄膜,耐水性较好。

    3.结语

    (1)无皂乳液粘合剂NZ-071呈淡黄色,蓝光较好;固含量为22%;电解质、化学、机械、耐水稳定性等均良好。生产设备简单,操作简便,成本较廉。

    (2)将合成的粘合剂应用于织物涂料印花上,织物的干、湿摩擦牢度、皂洗牢度等达到了工业粘合剂的性能指标,色泽鲜艳,手感柔软。

    参考文献

    [1]杨群,赵振河,崔进.自交联型丙烯酸酯类印花粘合剂的合成与应用[J].中国胶粘剂, 2006, 15(6): 12-13.

    [2]张洪涛,黄锦霞.乳液聚合新技术及应用[M].北京:化学工业出版社, 2007. 74-75.

    [3]马彩霞,刘方方,刘少琴.无皂乳液聚合的研究及应用 [J].河北化工, 2004(3): 10.

    [4]唐娅娟,李成海,张海明.丙烯酸酯无皂乳液的制备及性能研究[J].化学建材, 2007, 23(1): 23.

    [5]蔡斯让,郑田菱,张瑞姝.丙烯酸酯乳液无皂乳液聚合的研究[J].中国胶粘剂, 1996, 6(5): 5.

    [6]秦总根,涂伟萍.四元纯丙无皂共聚物乳液的研制[J]. 涂料工业, 2004, 34(2): 3.