聚丙烯酸酯无皂乳液粘合剂的合成及应用zj20101014-7

李珺鹏,牛 松,赵振河   (西安工程大学,陕西西安710048)

收稿日期:2009-03-27

作者简介:李珺鹏(1985-),男,陕西西安人,在读硕士,主要从事高分子材料的开发及应用研究

原载:印染助剂,2010/4;39-41,43

 

【摘要】 将聚丙烯酸酯无皂乳液粘合剂采用涂料轧染的力法应用于织物的涂料染色分析了影晌织物性能的因素,通过改变粘合剂用量、功能单体用量、焙烘温度和时间等,确定了优化工艺:当甲基丙烯酸(MAA)用量为10%(对单体总质量)丙烯酸羟乙酯(HEA)用量为30%(对单体总质量),软单体丙烯酸丁酯(BA)与硬单体甲基丙烯酸甲酯(MMA)质量比[即MB比MMA]为7:3时,可以得到最佳粘合剂,选择涂料染色工艺为:织物浸轧染液(室温,粘合剂40g/L,二浸二轧,轧佘率70%)→预烘(80℃,3min)→焙烘(150℃ ,3min).

【关键词】 织物;粘合剂;丙烯酸酯;牢度

【中图分类号】TQ4334+36 文献标识码:B 文章编号:1004-0439(2001)04-0039-03

 

涂料是非水溶性的色素,对纤维没有亲和力,特别适用于棉及棉混纺织物的浅色染色.涂料轧染是先借轧辊的挤轧作用,把涂料均匀地分布在织物上,预烘之后,再高温焙烘,粘合剂在织物表面形成一层膜,借助粘合剂的粘结力将涂料机械地粘着在纤维上。涂料染色具有染料染色所不具备的许多优点,但是也有不足之处[1]。本文就如何获得较佳的涂料染色效果进行了探讨.

1   试验

1.1  原料和仪器

原料:甲基丙烯酸(MAA) ,丙烯酸羟乙酯(HEA),甲基丙烯酸甲酯(MMA),丙烯酸丁酯(BA),氮丙啶类交联剂(上海),过硫酸铵(APS),蒸馏水,涂料(市售)。

仪器: LA-205型实验用热定型机,Mu5057型气压电动轧车,ZBW04003-87型硬挺度测试仪,Master-Sizer2000E型Mastersizer 激光衍射粒度分析仪.

1.2   无皂乳液粘合剂合成

将单体甲基丙烯酸甲酯(硬单体)、丙烯酸丁酯(软单体)混合均匀,注入恒压漏斗中待用;将一定量引发剂过硫酸铵(APS)3%,及功能性单体MAA混合溶液加到另一恒压漏斗中,并调节pH值至弱碱性,滴加引发剂溶液及混合单体,控制滴加速率,加入丙烯酸羟乙酯(作为交联单体),在(80±1)℃ 反应1h,然后在85℃ 恒温熟化1h,冷却,出料,过滤,调节pH值至中性,即得成品(无皂乳液粘合剂)[2].

1.3   应用

织物浸轧染液(涂料5g/L,粘合剂10~50g/L,氮丙啶类交联剂5g/L,水X,室温,二浸二轧,轧余率70-80%→烘干80℃,3min→焙烘(130-170℃ ,1.5-4min.

1.4   性能测试

乳液粒径:采用激光衍射粒度分析仪测试;摩擦牢度:按GB/T3920-1997测试;皂洗牢度:按GB/T3921.1-1997测试;手感:将染色布剪成2.6cm×11.5cm的布条,按ZB04003-87斜面悬臂法进行测量,以硬挺度表示,数值越大,手感越硬.

2   结果与讨论

2.1  粘合剂成分对织物性能的影响

2.1.1  甲基丙烯酸用量

无皂乳液合成过程中,MAA的引入,可在一定程度上提高粘合剂的稳定性和涂膜性能.但大分子中含有亲水性的羧基,用量过高会降低乳液的成膜速率,使聚合物的耐水性下降[3]。由表1可知,随着MAA用量的增加,摩擦牢度先呈上升趋势,随后有所下降,但干摩擦牢度要好于湿摩擦牢度.原因是适量的MAA有利于增加涂层与织物之间的附着力,当MAA用量较大时,粘合剂膜亲水性会大幅度提高,其湿态强度急剧下降,则必然会影响粘合剂的湿摩擦牢度.但皂洗牢度变化不大.综合考虑.MMA以10%(对单体总质量)为宜。

表1  MAA用量对织物性能的影响

 MAA/%(对单体总质量)

摩擦牢度/级

皂洗牢度/级

干摩

湿摩

沾色

褪色

5

3-4

3-4

4

4-5

10

4-5

4

5

4-5

15

4-5

3-4

4-5

5

20

3

3

4

4

注; HEA4%, BA: MMA=7:3

2.1.2   丙烯酸羟乙酯用量

丙烯酸羟乙酯(HEA)在聚合过程中作为一种交联剂,其作用在于:通过交联可提高粘合剂的粘结强度、耐水性以及提高膜的粘结强度等.染色时,涂料被包裹在粘合剂皮膜中,通过交联剂,粘合剂可与纤维发生一定程度的交联,以提高织物的耐摩擦牢度[4]。由表2可知,随着聚合体系中丙烯酸羟乙酯用量的增加.染色后织物的干湿摩擦牢度也随之提升,用量为3.0%时,织物的干湿摩擦牢度达到最好.继续增加交联单体用量,摩擦牢度并没有随之增加,反而有所下降.此外.皂洗牢度随交联单体HEA用量的增加变化不大,综合考虑, HEA以3.0%(对单体总质量)为宜。

表2 丙烯酸羟乙酯用量对织物性能的影响

HEA%(对单体总质量)

摩擦牢度/级

皂洗牢度/级

干摩

湿湿摩

沾色

褪色

1.0

4

3-4

4-5

4-5

1.5

4

3-4

4-5

5

2.0

3-4

4

4-5

4-5

2.5

4-5

4

4-5

4-5

3.0

4-5

4

5

4-5

3.5

4

3-4

4-5

4-5

4.0

3-4

3-4

4-5

4

注: MAA=10%, BA:MMA=7: 3

2.1.3   软硬单体比

硬单体可赋予膜较高的使用温度和一定的光泽.赋予膜内聚力,使膜具有一定的硬度、耐磨性和结构强度,并使膜具有耐刮性;软单体赋予膜一定的柔韧性,使膜具有一定的弹性和耐久性,使膜在低温时有良好的使用性能[5].由表3可知,软单体使用较多时,织物的干湿摩擦牢度、皂洗牢度都很差,而且染色织物粘手容易吸附灰尘,硬单体增加,染色织物的干湿摩擦牢度及皂洗牢度逐渐变好。这是由于硬单体越多,粘合剂的玻璃化温度越高,粘合剂成膜硬,膜的强度高.但是使用过多硬单体,织物的手感变差,服用性能下降.故选择BA:MMA=7:3

表3 软硬单体比对织物性能的影响

BA: MMA

摩擦牢度/级

皂洗牢度/级

干摩

湿摩

沾色

褪色

9:1

4

3

4

4

8:2

4

3

4

4

7:3

4-5

4

4-5

4-5

6:4

4-5

4

4-5

4

5:5

4-5

4

4-5

4

注:MAA=10%, HEA=3.0%

2.1.4   无皂乳液粒子粒径

图1中出现了2个峰,大峰粒径主要分布在0.06-0.78µm,小峰粒径在163.77~477.01µm。经分析,大峰为无皂乳液粒径分布,小峰为成品乳液过滤时未除去的细小凝胶。

图1 无皂乳液粒子粒径

2.2   加工工艺对织物性能的影响

2.2.1   粘合剂用量

由表4可以看出,粘合剂用量及轧余率对涂料染色织物的性能均有一定的影响。随着粘合剂用量的增加织物的各项性能均有所提升,特别是干、湿摩擦牢度提高的幅度相对较大,但是,当粘合剂用量超过某一范围时,织物变硬会影响手感.因此,确定粘合剂用量为40g/L.

表4 粘合剂用量、轧余率对织物性能的影响

粘合剂用量g/L

摩擦牢度/级

皂洗牢度/级

硬挺度

干摩

湿摩

沾色

褪色

1#

2#

1#

2#

1#

2#

1#

2#

10

4

4

3-4

3-4

4

4-5

5

4-5

4.5

20

4-5

4

3-4

3-4

4-5

3-4

5

5

4.6

30

4-5

4

4

3-4

4-5

4

4-5

5

4.6

40

5

5

4-5

3-4

4-5

4-5

5

5

4.7

50

5

5

4-5

4

4-5

4-5

5

4

4.9

注:使用2.1所得的最佳配方合成粘合剂并对织物进行染色处理,1#为轧余率70%,2#为轧余率80‰原样布的硬挺度为4.3cm,150℃焙烘2.5min.

2.2.2   轧余率

在涂料染色过程中,较高的轧余率对染色织物有如下影响:(1)织物易被染花,正反面色泽有差异,一般涂料染色的织物色泽鲜艳.若织物局部的涂料浓度过高烘干时织物表面水分蒸发,但因涂料的分子质量较大而不会发生移动,烘干后这种染花现象即可显现出来,还有可能是轧过液的织物没有放平,受重力的影响,涂料会在织物的毛细管空隙及织物间隙中流动,造成涂料在局部聚集,导致染色不匀;(2)织物的耐摩擦性能有所下降,原因是织物上的带液率增加,过多的涂料不会通过粘合剂而与织物发生牢固结合。结合表4确定轧余率为70%。

2.2.3   焙烘温度

涂料对纤维没有亲和力,要想使其与纤维牢固结合,就必须使用粘合剂。但必须在较高温度下才能使粘合剂与纤维发生交联反应,其温度的变化必然会对加工后的织物性能有所影响,因此,控制好焙烘温度非常重要。由表5可知,焙烘温度的变化对织物的性能有一定影响,特别是对干、湿摩擦牢度的影响较大,而对皂洗牢度的影响较小.焙烘温度较低时,交联反应不充分,涂料与织物结合不牢固;焙烘温度过高,织物的强力又会受到损伤,致使其服用性能大大降低。而焙烘温度的变化对织物的皂洗牢度影响不大.综合考虑,确定最佳的焙烘温度为150℃。

表5 焙烘温度对织物性能的影响

焙烘温度/℃

摩擦牢度/级

皂洗牢度/级

干摩

湿摩

沾色

褪色

130

4-5

3-4

4

5

140

4-5

4

4

5

150

4-5

4

4-5

5

160

4

4

4-5

4

170

4

3-4

5

4-5

注:粘合剂40g/L,轧余率70%,焙烘3min

2.2.4   焙烘时间

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.由表6可以看出,焙烘时间的变化对织物的性能影响不大,原因是织物染色较浅(涂料质量浓度为5g/L),使得织物的性能变化不太明显,但在高温条件下,时间的延长势必会损伤织物强力,而且还耗能费时.综合考虑,确定焙烘时间为3min.

表6 焙烘时间对织物性能的影响

焙烘时间/min

摩擦牢度/级

皂洗牢度/级

干摩

湿摩

沾色

褪色

1.5

4-5

4

4

4-5

2.0

4-5

4

4

5

2.5

4-5

4

4-5

5

3.0

4-5

4-5

4-5

4-5

3.5

4-5

4

4-5

4-5

4.0

5

4

4-5

5

注:粘合剂40g/L,轧余率70%,焙烘温度150℃

3   结论

当甲基丙烯酸(MAA)用量为10%(对单体总质量)、丙烯酸羟乙酯(HEA)用量为3.0%(对单体总质量),软单体丙烯酸丁酯(BA)与硬单体甲基丙烯酸甲酯(MMA)质量比[即BA:MMA为7:3时,可以得到较佳粘合剂。涂料染色工艺为: 织物→浸轧染液(室温,粘合剂40g/L,二浸二轧,轧余率70%)→预烘(80℃,3min)→焙烘(150℃,3min).

参考文献:

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[2] 吴跃焕,高固含量丙烯酸酯的微乳液聚合[J]应用化学,2008,25(2):218-223

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[5] 张瑜,韦亚兵,杨颖,无皂核壳丙烯酸酯乳液的合成与性能研究[J]涂料工业,2001,31(I2);31-33