自交联型丙烯酸酯无皂粘合剂的合成及应用Yd16028

杨少艳，赵振河，孙玮佳，施建刚 西安工程大学，陕西西安710048

收稿日期：2012-11-21

作者简介：杨少艳，西安工程大学在读研究生，专业为纺织化学与染整工程。

原载: 染整技术,2013/4;31-34

【摘要】以丙烯酸异辛酯、丙烯酸丁酯、苯乙烯、丙烯酸羟乙酯及丙烯酸等合成自交联型丙烯酸酯无皂乳液，并探讨了引发剂、乳化剂、功能单体及软硬单体比例等因素对乳液性能的影响，确定了乳液聚合的最佳条件。将无皂乳液应用于涂料印花，获得了较好的整理效果，并确定了其最佳用量。

【关键词】丙烯酸酯；无皂乳液聚合；粘合剂；涂料印花

【中图分类号】TS 190.2 文献标识码：A 文章编号：1005-9350(2013)04-0031-04

传统丙烯酸酯乳液聚合是单体分散于含有乳化剂的水溶液中，形成由增溶胶束和小液滴组成的乳化液。但由于乳化剂的存在，给某些产物和应用过程带来许多问题，如泡沫的产生、隔离、吸水和溶出作用，也会使聚合物材料的某些应用性能受到影响。而无皂乳液聚合是指在反应过程中完全不加或仅加入微量乳化剂(其浓度小于临界胶束浓度)的乳液聚合过程，可消除乳化剂对环境的污染，克服传统乳液聚合的弊端，乳液性能稳定，织物摩擦、皂洗牢度良好。因此，无皂乳液聚合越来越受到人们的关注[1-3]。

本文采用无皂乳液聚合工艺合成聚丙烯酸酯类涂料印花用粘合剂，探索优化其合成工艺，选择适当的乳化剂合成柔软性好，干摩、湿摩、耐水洗牢度好的适宜聚丙烯酸类涂料印花的自交联型粘合剂。并探讨了其在涂料印花工艺中的应用性能。

1 试验

1.1 材料及仪器

纯棉布(100 mm×200 mm)，涂料妃红FGR、乳化糊(陕西华润印染有限公司)，丙烯酸丁酯(BA)、苯乙烯(St)、丙烯酸异辛酯(EHA)、丙烯酸羟乙酯(HEA)(无锡威尔化工有限公司)，丙烯酸(AA)、过硫酸钾(KPS)、对苯二酚(天津市巴斯夫化工有限公司)，TM-200(上海忠诚化工有限公司)。

JJ-1型电动搅拌器(上海浦东物理光学仪器厂)，H.H.S 11-28电热恒温水浴锅(上海医疗器械五厂).DHG-9076A型电热控温鼓风干燥箱(北京科伟永兴仪器有限公司)。BP221S型电子天平(德国塞多利斯公司)，LA-205型织物热定型机(日本株式会社)，Y571B摩擦牢度测试仪(温州纺织仪器厂)，sw-12型耐洗色牢度试验机(无锡纺织仪器厂)。

1.2 聚丙烯酸酯无皂乳液的制备

在三口烧瓶中加入规定量的水.搅拌，将所有单体和1／2的引发剂依次加入。保持在800 r／min左右乳化0.5 h。将预乳化液的2／3倒出，在剩余的预乳化液中加入水和引发剂，升温并降低搅拌速度至200～250 r／min。当温度升到82-83℃时，液体开始泛蓝光，开始滴加剩余的2／3乳化液，大约60 min滴加完成。将剩余引发剂全部倒人，升温，保温1 h，降至室温后调节pH。

1.3 涂料印花工艺

印花(印花色浆共50 g：涂料5 g，粘合剂5～20g，乳化糊2 g，其余为水)→烘干(80℃，3 min) →焙烘(130-160℃，4min)。

1.4 性能测试[4-10]

转化率：用滴管吸取l～2 g乳液于已称重的称量瓶，滴人5％的对苯二酚水溶液2～3滴。放人烘箱中于110—120℃烘干至恒重，转化率按公式计算：

Y=(m₁×A／m₀-B)×100％／m

其中，m₀为试样质量，g；m₁为试样干燥后恒重，g；A为投料总重，g；B为投料中不挥发物质量，g；m为单体总质量，g。

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

2 结果与讨论

2.1 聚丙烯酸酯粘合剂的合成工艺优化

2.1.1 预乳化液的滴加时间

由表1可知，随着滴加时间的延长.转化率不断提高，单体残余量减少，凝胶率降低。60 min时转化率达到最高，且无单体的刺激气味，有较好的外观；超过60 min对结果影响不大，但耗能耗时，所以确定滴加时间为60 min。

表1 滴加时间对乳液性能的影响

2.1.2 保温时间

如表2所示，保温时单体进一步发生反应，在60min时，转化率已达到97％以上，继续保温对转化率影响不大，而且会延长生产周期，降低企业效益。故保温时间选为60 min。

表2 保温时间对乳液性能的影响

2.1.3 乳化剂用量

如图1所示，当乳化剂用量过低时，转化率过低，凝胶率较大，而当乳化剂用量过多时，凝胶物减少，转化率也有所下降。根据实际情况，乳化剂用量越少越好，更有利于完全反应。综合考虑乳液的转化率和凝胶率.选择乳化剂用量为0.6％。

◆一转化率：■一凝胶率

图1 乳化剂用量对乳液性能的影响

2.1.4 引发剂用量

引发剂用量会影响体系中自由基团数目、聚合反应时间、单体转化率及乳液性能。引发剂用量过多，乳液聚合不易控制，凝聚物多；若引发剂用量过少.乳液聚合反应不完全，所得产物中游离单体含量较高，气味较重。引发剂的用量对转化率和凝胶率的影响如表3。

表3 引发剂用量对乳液性能的影响

引发剂用量(%) 转化率(%) 凝胶

由表3可知，当引发剂用量为0.8％时.转化率最高，且无凝胶。所以，确定最佳的引发剂用量为0.8％。

2.1.5 丙烯酸用量

无皂乳液合成过程中，丙烯酸的引入，可在一定程度上提高粘合剂的稳定性和涂膜性能。其结果如表4所示。

表4 丙烯酸用量对乳液性能的影响

由表4可以看出。随着丙烯酸用量的增加.乳液的转化率和粘度也在变大，而凝胶率则变小；其原因是丙烯酸是一种亲水性单体，不仅可以溶于油相也可以溶于水相，从而能抑制凝胶的产生：另外乳胶粒之间产生了大量的氢键，提高了胶膜分子的内聚力，改善了聚合物膜的粘结强度。综合考虑，选定丙烯酸用量为2.4％。

2.2 聚丙烯酸酯粘合剂及其用量对印花性能的影响

2.2.1 乳化糊用量

为进一步提高织物手感的柔软度.通常在涂料色浆中拼人少量的乳化糊，以赋予糊料润滑作用，渗入到织物后可降低纤维大分子间的摩擦阻力，使纤维易于滑动。从而提高印制品的柔软度。乳化糊在生产过程中耗用大量石油溶剂，所以用量不宜过多，否则织物容易带有火油气味，也影响手感。

由表5看出。乳化糊为2％时，织物性能比较优良，从节约成本出发，乳化糊用量为2％较合适。

表5 乳化糊用量对织物性能的影响

注：粘合剂20％ ，涂料3％ ，160℃焙烘4 min。

2.2.2 焙烘温度

按印花工艺进行操作，固定涂料用量(3％)、乳化糊(3％)、粘合剂(20％)及焙烘时间(4 min)，改变焙烘温度(130～175℃)，印花结束后按照测定织物性能的标准进行对比。结果见表6。

表6 焙烘温度对织物性能的影响

由表6可以看出，160℃的干、湿摩擦牢度最高。高于160℃时，织物容易泛黄。另外，随着焙烘温度的升高，印花织物的湿摩擦牢度始终较好且变化不明显，而干摩擦牢度增大到一定程度后不再变化。可见，温度升高有利于聚合物高分子上的羟甲基(-CH OH)与棉纤维的羟基(一OH)的交联反应，使得印花织物的干摩擦牢度上升，但温度过高不仅使得织物强力下降，而且还浪费能源。综合考虑，选择温度为160℃ 。

2.2.3 焙烘时间

由表7可以看出，在染整加工过程中.温度与时间有着明显的依赖关系，也就是说，织物应在适当的温度下处理一定的时间，这样才能赋予织物良好的服用性能。在高温条件下，时间的延长势必会损伤织物强力，而且还耗能费时。此外，由表7可知，不同的焙烘时间对印花织物的皂洗牢度影响不是很明显。因此确定最佳焙烘时间为4 min。

表7 焙烘时间对织物性能的影响

注：涂料3％，粘合剂20％ ，乳化糊2％ ，焙烘温度160℃。

2.2.4 粘合剂用量

涂料本身对纤维没有亲和力，借助粘合剂可以使其固着在纤维表面，粘合剂决定了印花织物的摩擦牢度和皂洗牢度。粘合剂用量对涂料染色织物的性能有一定的影响。将最佳工艺合成的聚丙烯酸无皂乳液用于涂料印花,其用量对印花性能的影响见表8。

表8 粘合剂用量对织物性能的影响

由表8可以看出,随着粘合剂用量的增加，织物涂料印花的各项色牢度均有所提升,达到一定值后干摩擦牢度有明显下降，这是由于同一焙烘温度,焙烘时间下的印花织物,粘合剂越多成膜速率越慢，膜的强度有所下降，当粘合剂用量继续增加时，湿摩擦牢度不再变化。这是由于粘合剂较少时，胶膜对涂料的包覆能力较弱，因此湿摩擦牢度相对较差。皂洗牢度在不同的粘合剂用量下．沾色和褪色都没有明显变化，综合考虑，确定粘合剂最佳的用量为20g。

3 结论

无皂丙烯酸酯类粘合剂呈乳白色带有蓝光，含固量在45％左右，乳液稳定性好，粘合力强。无皂聚丙烯酸酯粘合剂用于涂料印花的最佳用量为20g，印花效果佳，花型轮廓好，牢度理想．工艺简单，成本低，适宜于工厂使用。

4 参考文献

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