核壳型耐寒丙烯酸酯静电植绒粘合剂的合成及应用yd19110

仇凯，孙继昌 辽宁恒星精细化工有限公司， 辽宁丹东 1 18003

投稿日期：2015-07-15

作者简介：仇凯(1969-)，男，辽宁丹东人，高级工程师，主要从事纺织助剂研发及应用工作。

通信作者：孙继昌(1969-)，教授级高级工程师，sjc@sunichem.CO1TI。

原载：染整技术2015/l2；35-37,51

【摘要】通过采用不同组分单体乳液分次滴加聚合的方式，合成了一种核壳型丙烯酸酯乳液聚合物，探讨了各功能单体用量对乳液性能的影响，对其核壳结构及粒径分布等微观结构进行了分析，确定了合成工艺路线，并通过试验应用，验证了自合成乳液的使用性能。

【关键词】乳液聚合；丙烯酸酯；核壳乳液；静电植绒

【中图分类号】：TS 193.2 2 文献标识码：B 文章编号：1005-9350(2015)12-0035-03

静电植绒是一种特殊的生产整理工艺，以粘合剂为媒介，通过高压静电将基材和绒毛有机地结合在一起，再经过多种后整理工艺，使植绒材料具有特殊的风格和功能。其应用领域非常广泛，如服装面料、汽车内饰、航天飞机绝缘材料、吸音材料、防伪材料、防污防蚀材料等，其应用基材可以是纺织品、各种金属和塑料、木材、纸张、人造革及真皮制品等等。在所有的应用领域中，纺织品的静电植绒是用途最广、用量最大的，因为纺织品在经过静电植绒之后，其风格特点与传统纺织品相比有了革命性的突破，可以给纺织品带来诸如立体、丰满、耐寒、仿毛皮、装饰性等特点。

在国内，研究静电植绒粘合剂的厂家和机构比较多，但其研究领域基本都是针对色牢度、发泡性能,耐溶剂性或其他一些专用产品，很少提及静电植绒粘合剂的耐寒性能，而耐寒性能与产品的水洗色牢度又始终是一对矛盾。耐寒性高的产品往往水洗色牢度较差，而牢度好的粘合剂一般都不具备较好的耐寒性，要实现高耐寒性和高水洗色牢度的协调平衡，是静电植绒粘合剂研究领域的一大课题。

本试验中的静电植绒粘合剂是以丙烯酸酯为主要原料，通过核壳结构的粒子设计，采用乳液聚合的方法，制备一种软核硬壳结构的乳液，设计核层／壳层的玻璃化转变温度为-45℃～25℃。本文主要围绕纺织品静电植绒的水洗色牢度、耐寒性能、表面干燥速度等技术性能指标进行了探讨。本试验产品在耐寒性和水洗色牢度方面做到了较好的协调统一。

1 试验

1.1 原料及设备

原料：丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸异辛酯(2-EHA)、丙烯酸(AAC)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、平平加O-25、N-丁氧基甲基丙烯酰胺(NBMA)、甲基丙烯酸羟乙酯(2-HEMA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)、过硫酸铵(APS)、亚硫酸氢钠、醋酸钠、氨水(均为工业品)。

设备：C-WBE恒温水浴锅，MS-3040变频调速搅拌机，1 000mL玻璃五口反应瓶，1 000mL滴液漏斗，20 mL滴液漏斗，温度计，RAPID定型烘干机，F140-Ⅱ高压静电发生器，Y522平磨仪，LFY-1B折皱弹性仪，DIP织物悬垂仪，302A调温调湿箱。

1.2 乳液制备

1.2.1 核层乳液的制备

核层单体主要由丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸异辛酯(2-EHA)、N-丁氧基甲基丙烯酰胺fNBMA1、甲基丙烯酸甲酯(MMA)组成，核层单体量为乳液单体总量的3／4。将乳化剂溶解于去离子水中并加入以上各单体，进行搅拌乳化，用去离子水将引发剂过硫酸铵(APs)和亚硫酸氢钠溶解待用，将pH缓冲剂、乳化剂和去离子水加入反应釜，将反应釜升温至68～70℃ ，同时滴加引发剂和核层乳化单体，保持反应温度70～75℃，约2.5～3.0 h将乳化单体加完，保留1／3引发剂水溶液，反应釜保温1 h。

1.2.2 核壳乳液的制备

反应釜保温期间可以制备壳层单体乳液，壳层单体主要由丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸(AAC)、N-丁氧基甲基丙烯酰胺(NBMA)、甲基丙烯酸羟乙酯(2-HEMA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)组成，壳层单体量为乳液单体总量的1／4，将乳化剂溶解于去离子水中并加入以上各单体，进行搅拌乳化。当核层乳液保温结束后，开始滴加壳层单体乳液和保留的引发剂水溶液，约1.0～1.5h将核层单体乳液和引发剂全部滴加完，将反应釜升温至85～90℃，保温熟化1 h之后降温，反应釜内温度降至45℃ 以下，用氨水将乳液pH调整至7～8即可出料。

1.3 静电植绒应用工艺

1.3.1 基布和绒毛选择

基布采用未经柔软整理的经编起毛布(目的是保证植绒胶对基布的粘合牢度)，起毛布规格为100％涤纶，幅宽150 cm，重量200 g／m ，绒毛高度为0.5m m 。绒毛使用1.5 D×0.5 mm尼龙绒毛，绒毛的含水率为22％～24％，进行静电植绒。

1.3.2 粘合剂打浆及涂布

核壳型静电植绒粘合剂100份，加入消泡剂0.1份，氨基树脂交联剂4份，丙烯酸合成增稠剂3％～5％，搅拌均匀，调节粘度至(25 000±2 000)mPa·S。采用悬浮刮刀涂布的方式，平面涂胶，控制上胶量(湿重)为180 g／m ， (上胶量由刀刃与布面之间的距离、粘合剂的粘度和车速控制)，车速控制在8～10 m／s，保证粘合剂充分烘干固化。

1.3.3 工艺参数控制

静电植绒室内分置4个落毛斗，高压直流电压设定为：第1落毛斗4万V，第2落毛斗3.5万V，第3落毛斗2万V，第4落毛斗2万V，前3个落毛斗落绒，第4落毛斗保持电压但不落绒，控制植绒密度，植绒后经打布辊将浮毛打起，再由真空系统回收浮毛。因落毛斗的电压和数量影响植绒的密度和绒毛插入粘合剂的深度，这样的电压设置可以保证绒毛充分插入粘合剂，提高固化后的牢度，而且通过前3个落毛斗后植绒密度已达到要求，所以，第4落毛斗不须再落绒以节约生产成本。

为保证绒毛的植入深度，植绒产品粘合剂一般都涂布较厚，因而在进入烘箱时不宜立即将温度升得太高，这样会造成粘合剂表面成膜后内部水分快速蒸发，容易在胶膜中生成气泡，产生瑕疵，增加废品率.在实际生产中，可以将18 m烘箱分成6个区，各区温度分别设定第1区100～110℃ ，第2区120～130℃，第3区130～140℃，第4区150℃，第5区120～l30℃，第6区160℃，这样既保证了粘合剂能够充分烘干、固化、交联，又防止了气泡的产生。烘干后再经过刷毛，抽真空去掉浮毛，此处回收的浮毛应废弃，不能重新回用。

1.3.4 柔软整理

将有机硅柔软剂配成1％ 的工作液，采用浸压的方法将植绒布进行柔软整理，压余率8％～1 0％，先经110℃预烘2min，然后130-140℃烘1min，得到成品。

1.4 应用性能测试

耐摩擦色牢度试验使用Y522平磨仪，加压500 g，以试样部分露底为终点，记录摩擦次数。织物悬垂性试验用织物悬垂仪测试，悬垂系数越小表示悬垂性越好。

手感评定：先将前面静电植绒成品布样剪成2.6cm X 11.5 cm试样，然后按照ZB W04003-1987《织物硬挺度试验方法斜面悬臂法》测定，数值越大手感越硬。

2 结果与讨论

2.1 乳液合成工艺优化

2.1.1 丙烯酸(AAC)单体用量的影响

因为丙烯酸是亲水性单体，为保证乳液核壳结构的完整性，在核层聚合时没有使用丙烯酸，而将全部的丙烯酸都加入到壳层单体乳液中，加入量对核壳乳液性能有很大的影响，结果见表1。

表1 丙烯酸(AAC)单体对乳液性能的影响

由表1可以看出，增加丙烯酸用量对乳液的外观、粘度、凝胶量和耐水性都有影响，在用量3％ 时各项性能指标都比较好，随着用量的增加，乳液的凝胶量和耐水性指标都会变差。

2.1.2 交联单体N-丁氧基甲基丙烯酰胺(NBMA)用量的影响

N-丁氧基甲基丙烯酰胺(NBMA)是一种具有反应基团的可交联单体，对静电植绒后的产品性能有较大影响，结果见表2。

表2 N-丁氧基甲基丙烯酰胺(NBMA)用量对产品性能的影响

表2结果说明，随着N-丁氧基甲基丙烯酰胺(NBMA)用量的增加，干洗色牢度提高，干摩色牢度先提高后下降，而水洗色牢度当其用量达到5.5％后再增加用量并没有明显提高。综合考量，N-丁氧基甲基丙烯酰胺(NBMA)使用量在5.5％ 时，产品的各项性能指标较为均衡。

2.1.3 功能单体二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)用量的影响

二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)是含有2个双键的功能性单体，能够提高聚合物的分子质量和内交联度，对乳液成膜后的耐水性、强力和耐寒性会产生不同的作用，应用情况见表3。

表3 二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)用量对乳液应用性能的影响

表3结果表明，随着二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)用量的增加，乳液成膜后的耐水性和强力提高，但耐寒性下降。而本试验是要合成一种耐寒静电植绒粘合剂，综合考虑，二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)的用量在0.35％ 比较合适。

2.2 核壳乳液微观结构及形态分析

2.2.1 微观形态

图1为核壳乳液的TEM照片，能够反应出乳胶粒的均一性、规整度及基本结构。

图1 核壳乳液的TEM照片

经分析，聚合物乳胶粒具有明显的核壳结构，核壳结构较为完整，其壳层较薄，主要是因为乳液为软核硬壳型，而且要合成耐寒型乳液，核层单体量较壳层单体明显要多，与实际核壳单体比例基本相符。

2.2.2 乳液粒径分布情况

图2是核壳乳液乳胶粒的粒径分布情况，可以发映出乳胶粒粒径大小及分布范围。

图2 核壳乳液乳胶粒的粒径分布

从图2可以看出，乳液粒径分布基本在70～11Onm，粒径分布较窄，乳胶粒整体形态比较规整。

3 结论

以丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸异辛酯(2-EHA)、丙烯酸(AAC)、N-丁氧基甲基丙烯酰胺(NBMA)、甲基丙烯酸羟乙酯(2-HEMA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、二甲基丙烯酸乙二醇酯（EGDMA)为聚合单体，采用十二烷基苯磺酸钠(SDBS1、平平加0-25的阴／非离子乳化体系，通过合理调整单体比例，确定聚合物的玻璃化温度，采用不同组分单体乳液分次滴加聚合的方式，合成了一种核壳型丙烯酸酯乳液聚合物，可用作纺织品静电植绒粘合剂，具有耐寒性好、色牢度高、手感柔软的特点。

参考文献：

[l]曹同玉，刘庆普，胡金生.聚合物乳液合成原理、性能及应用[M].北京：化学工业出版社，2007.

[2] 大森英三.功能性丙烯酸树脂[M].北京：化学工业出版社，1995.

[3]鲍艳，吴喜元，马建中.核壳型聚丙烯酸酯乳胶粒子及其乳液的研究进展[J].功能高分子学报，2012，25(1)：100-108.

[4]张洪涛，谭必恩，胡芳，等.氧化一还原低温引发苯乙烯／丙烯酸丁酯细乳液聚合粒度分布和成核机理的研究[J].高等学校化学学报，2000，21(1)：156-159.

[5]NATHALIE H，ACHIM K，MARC CARLO M ，et a1.Shell oil company，High solids coating compositions：US，6069203[P].2000-05-30.