氧化改性聚乙烯蜡微乳液的制备及应用yd12827
文水平
广东纺织职业技术学院轻化工程系,广东佛山258041
收稿日期：
基金项目：佛山市禅城区产学研专项资金项目,顼目编号:2008Bl007。
项目名称：针织物抗起毛起球/顶破强力提升剂的研制及应用。
作者简介：文水平(1974-),男,副教授,硕士,主要从事染整工程专业的教学,以及染整新技术、新工艺和纺织印染助剂的应用研究。
原载：印染2010/4/33-35
【摘要】以高密度氧化改性聚乙烯蜡Hi-Wax4O51E为原料,采用直接高温高压密闭乳化法制备氧化改性聚乙烯蜡微乳液。探讨了乳化剂配比和总用量、乳化时间及乳化温度等因素对乳液性能的影响。优化的乳化工艺为:乳化剂总用量30%(相对氧化聚乙烯蜡质量,其中异构脂肪醇聚氧乙烯醚A与脂肪醇聚氧乙烯醚B的质量比为1:1),快速升温到
【关键词】整理;氧化改性;聚乙烯蜡;乳化;抗起毛起球;胀破强度;针织物
【中图分类号】TS195.65
文献标识码:B 文章编号:1000-4017(2010)04-0033-O3
蜡产品无毒、无腐蚀性、化学性能稳定,且具有可抛光性、自修复性、抗擦痕性和耐用性,用途广泛。目前,所用的各类蜡产品主要是石蜡、微晶蜡和聚乙烯蜡等,它们都是非极性的碳氢长直链结构,不含亲水基团,故乳液制备比较困难[1]。即便制备得到的乳液,也是一种热力学不稳定体系,使其应用受到较大限制。随着科学技术的发展,现已开发出羧基或羟基改性的氧化聚乙烯蜡,但该方面的报道仍然不多。本试验主要探讨高密度氧化改性聚乙烯蜡乳化液的制备及其在纺织印染行业中的应用。
1 氧化改性聚乙烯蜡乳液的制备
1.1 原料
高密度氧化改性聚乙烯蜡Hi-Wax4051E(日本三井化学);混合乳化剂(由多种表面活性剂复配)。
1.2 设备
Rapid IR红外线染色试验机(台湾瑞比);L-600型台式多管架离心机(湘仪离心机仪器有限公司);UⅤ-1800紫外可见分光光度计(日本岛津)。
1.3 乳化方法
本试验中所用的高密度氧化改性聚乙烯蜡Hi-Wax4051E分子质量较高,熔滴点为
首先,将水、表面活性剂、高密度改性氧化聚乙烯蜡和其它添加物一次性加入压力反应釜中(试验采用红外线高温染色机替代),密闭后开始加热和搅拌。乳化一段时间后,冷却,即可得到质量百分数为40%的氧化改性聚乙烯蜡微乳液。
本试验中,超热水为有效热源,其可以提高生产中蜡产品的熔融速度,增加产量,即使某批次不合格,也可以重新回炉加工。
1.4 性能测定
乳液稳定性测试均在将乳块过滤之后进行。
(1)耐电解质稳定性
取5mL乳液样品于烧杯中,加水至100mL,加入
(2)离心稳定性
向15 mL离心试管内加入约1O mL乳液样品,用离心沉淀器处理30min,转速300Or/min。如果不破乳、不分层、不漂油,则稳定性好;反之稳定性差。
(3)热稳定性
将一定量乳液样品加人具塞密闭比色管中,置于ω℃恒温水浴锅中,记录乳液破乳或泛黄变色时间。
采用岛津UⅤ-1800型紫外-可见分光光度计自动扫描,测得高密度氧化改性聚乙烯蜡乳液的最大吸收波长为525nm。以蒸馏水作参比,将乳液稀释4倍,于525nm处测其透光率。乳液的粒径与其透光率直接相关。乳液粒径越小,光线透过乳液受粒子散射的几率越小,吸收的光强就越小,即测得的透射率越大。
2 乳化条件的确定[2]
2.1 乳化剂的选择
考虑到最终产品应用时的适应性和相容性,试验主要采用非离子型表面活性剂作为乳化剂。基于APEO类表面活性剂禁用的环保要求,经过大量筛选,最终选取异构脂肪醇聚氧乙烯醚(A)和脂肪醇聚氧乙烯醚(B)复配作为乳化剂。调节二者的比例,快速升温到
表1 乳化剂不同配比对乳液性能的影响
|
A:B(质量比) |
外观 |
耐电解质稳定性 |
离心稳定性 |
热稳定性 |
透光率% |
|
4:1 |
白色、有浮块 |
基本稳定 |
分层 |
当天破乳 |
5.2 |
|
3:1 |
白色、挂壁颗粒 |
基本稳定 |
分层 |
5天后破乳 |
11.2 |
|
2:1 |
米白色泛蓝光 |
稳定 |
稳定 |
15天无现象 |
45.1 |
|
1:1 |
米白色泛蓝光 |
稳定 |
稳定 |
15天无现象 |
49.7 |
|
1:2 |
米白色泛蓝光 |
稳定 |
轻微分层 |
5天轻微破乳 |
25.1 |
|
1:3 |
白色、有小颗粒 |
不稳定 |
分层 |
当天破乳 |
4.3 |
|
1:4 |
白色、有浮块 |
不稳定 |
分层 |
当天破乳 |
3.2 |
表面活性剂A为异构醇长碳链结构,具有优异的乳化性能,而表面活性剂B则具有较高的浊点。由表1可知,表面活性剂A与B的配比不同时,乳液体系外观呈现较大差异。当A与B的质量比为2:1～1:1时,乳化效果最好,乳液颗粒最小,能得到微泛蓝光的米白色稳定乳液。
2.2 乳化剂用量
考察乳化剂用量(相对于氧化改性聚乙烯蜡的质量百分数)对乳液性能的影响,结果见表2。
表2 乳化剂用量对乳液性能的影响
|
乳化剂用量% |
耐电解质稳定性 |
离心稳定性 |
热稳定性 |
透光率% |
|
10 |
轻微浮渣 |
明显分层 |
当天现浮渣 |
8.6 |
|
20 |
基本稳定 |
轻微分层 |
5天后破乳 |
13.5 |
|
25 |
稳定 |
稳定 |
15天无现象 |
42.4 |
|
30 |
稳定 |
稳定 |
15天无现象 |
45.5 |
|
35 |
稳定 |
稳定 |
15天无现象 |
46.2 |
由表2可知,当乳化剂用量为氧化聚乙烯蜡质量的10%时,蜡固体没有乳化彻底,很不稳定而易分层。这主要是由于氧化聚乙烯蜡是固体,将其变为分散性乳液的过程是一个热力学不稳定过程,若乳化剂用量过少,则无法形成稳定牢固的保护膜。增加乳化剂用量,乳液的透光率增大,稳定性明显改善。综合考虑成本和乳液稳定性,建议乳化剂总用量为3O%左右。
2.3 乳化温度
考察乳化温度对氧化改性聚乙烯蜡乳液性能的影响,结果见表3。
表3 乳化温度对乳液性能的影响
|
温度/℃ |
外观 |
离心稳定性 |
热稳定性 |
透光率% |
|
115 |
米白色膏状物 |
/ |
/ |
/ |
|
120 |
米白色微小颗粒 |
轻微分层 |
8天后轻微破乳 |
12.3 |
|
125 |
米白色微泛蓝光 |
稳定 |
15天无变化 |
21.4 |
|
130 |
米白色微泛蓝光 |
稳定 |
15天无变化 |
46.3 |
|
135 |
米白色微泛蓝光 |
稳定 |
15天无变化 |
46.7 |
由表3知,当乳化温度接近高密度氧化聚乙烯蜡的熔滴点时,得到的乳液为夹杂着一些膏状物的白色液体;随温度升高,乳液透光率增大,各种稳定性提高;温度为
2.4 乳化时间
考察
表4 乳化时间对乳液性能的影响
|
乳化时间/min |
离心稳定性 |
热稳定性 |
透光率% |
|
15 |
轻微分层 |
14天后破乳 |
30.4 |
|
30 |
稳定 |
I5天后仍正常 |
46.1 |
|
45 |
稳定 |
15天后仍正常 |
46.4 |
由表4可知,乳化30min后,乳液的离心稳定性、热稳定性和透光率均有所提高;乳化45min,乳液的透光率基本不变,可见乳化时间对乳化效果的影响相对较小。本试验选定乳化时间为30～45min。
2.5 其它因素的影响
由于氧化改性聚乙烯蜡是聚乙烯高温裂解后再氧化的产物,因此其中含有少量羧基和羟基极性基团。为使乳化更容易进行,乳化时有必要加入碱中和,增大其离子化程度。由于静电斥力作用,可使乳液体系更为稳定。
3
氧化改性聚乙烯蜡乳液的应用
高密度氧化改性聚乙烯蜡的分子质量相对较大、熔化点高,耐磨损性和耐洗涤性优良[3]。本试验将其应用于针织物抗起毛起球整理和顶破强力提升整理。
3.1
抗起毛起球整理
由于针织物的组织结构比较疏松,且暴露的纱线表面积较大,在使用过程中不可避免地要反复经受摩擦,纤维两端易露出表面而形成茸毛,并相互缠结而起毛起球,从而影响织物外观[4]。
18tex涤棉(65/35)针织汗布。
浸轧整理液(聚氨酯或聚氨酯+氧化改性聚乙烯蜡,一浸一轧,轧余率8O%)→预烘(1OO℃×3min)→焙烘(15O℃×2min)
采用圆轨迹式织物起球仪,按照GB/T4802.1―2O08《纺织品织物起毛起球性能的测定第1部分:圆轨迹法》测定试样的起毛起球等级,结果见表5。
表5 抗起毛起球测试结果
|
指标 |
空白样 |
整理样 |
|
|
|
|
||
|
起毛起球等级/级 |
1/1.5 |
2.5-3 |
3-3.5 |
由表5可知,向水性聚氨酯乳液中加入氧化改性聚乙烯蜡乳液对涤棉针织物进行抗起毛起球整理,可进一步降低纱线表面的摩擦系数,减少起毛几率,即使起毛,由于纤维表面光滑,也难以缠结成球,从而大大提高了织物的抗起毛起球性能。
3.2
针织物顶破强力提升整理
针织物由于其独特的线圈结构而具有一定的拉伸性能,但其在染整加工和穿着过程中易受到化学品和外力的作用而造成强力下降、变形或破裂。针织物顶破强力一旦达不到要求,则只能降等或当次品处理[5]。
16tex/1×2全棉染色双珠地针织物(经过生物抛光处理)
染色抛光布→浸渍整理液(氧化改性聚乙烯蜡乳液)→脱水→预烘[(9O
按照美国ASTM D3787-2001《纺织织物顶破强力的标准试验方法等速牵引(CRT)钢球顶破试验》测试针织物的顶破强力,试验结果见表6。
表6 顶破强力测试结果
|
指标 |
未处理 |
氧化改性聚乙烯腊乳液/(g/L) |
|
|
顶破强力/N |
135.8 |
146.7 |
162.4 |
由表6可知,针织物经氧化改性聚乙烯蜡乳液整理后,顶破强力明显提高,且乳液用量较大时效果更好。主要原因是氧化改性聚乙烯蜡乳液可渗入到纱线之间,焙烘后在纤维表面成膜。该膜具有良好的平滑性,可显著降低纤维间的摩擦系数,纱线易滑动,受力更均匀,故采用能经受更大的顶破外力。
4 结论
(1)采用高密度氧化改性聚乙烯蜡Hi-Wax4051E 制备微乳液,优化工艺为:乳化剂总用量3O%(相对氧化聚乙烯蜡质量,其中异构脂肪醇聚氧乙烯醚A和脂肪醇聚氧乙烯醚B质量比1:1),快速升温到
(2)氧化改性聚乙烯蜡乳液与水性聚氨酯并用时,利用二者的协同作用,可显著提升涤棉针织面料的抗起毛起球;其单独应用于全棉针织面料后整理中,可提高织物的顶破强力。
参考文献:
[1] 李劲松,李继革,丁蕊艳。氧化聚乙烯蜡粘均分子量的测定[J]山东化工,2OO6,35(3):35-37
[2] 沈本贤,冯玉海,高晋生,氧化石蜡微乳液的研制[J]日用化学工业,2002,32(4);72-74
[3] 翟保京,聚乙烯乳液柔软剂应用实践[J]印染,2008,34(15):23-32
[4] 曹万里,顾志安,涤纶及其混纺织物的抗起毛起球整理[J]印染,2O04,30(7);31-32
[5] 文水平,棉针织物在染整加工中顶破强力损失的探讨[J]针织工业,2008(4);49-51