【集萃網(wǎng)觀察】無(wú)皂乳液聚合是指在反應(yīng)過(guò)程中完全不加或僅加入微量乳化劑(其濃度小于臨界膠束濃度)的乳液聚合過(guò)程,可消除乳化劑對(duì)環(huán)境的污染,克服傳統(tǒng)乳液聚合的弊端,并可以通過(guò)設(shè)計(jì)使粒子表面帶有各種功能基團(tuán)[1]。因此,無(wú)皂乳液聚合越來(lái)越受到人們的關(guān)注。
本試驗(yàn)采用無(wú)皂乳液聚合工藝合成聚丙烯酸酯類涂料印花用粘合劑,優(yōu)化了其合成工藝,并探討了其在涂料印花工藝中的應(yīng)用性能。
1 試驗(yàn)
1.1 材料和儀器
織物 純棉漂白布(29.5tex×29.5tex,236根/10cm×236根/10cm)。
藥品 甲基丙烯酸甲酯(MMA),丙烯酸異辛酯,丙烯酸丁酯(BA),丙烯酸(AA),丙烯酸羥乙酯(HEA),以上均為無(wú)錫威爾化工有限公司制造;聚乙烯醇(PVA,廣州市嘉偉達(dá)化工有限公司);華潤(rùn)粘合劑(陜西華潤(rùn)印染有限公司);KSD-771粘合劑(陜西科信染化料有限公司);乳化糊(陜西華昌印染有限公司),以上均為工業(yè)品;甲基丙烯酸(MAA),聚乙烯醇過(guò)硫酸銨(APS),N-羥甲基丙烯酰胺(NMA)(天津巴斯夫化工有限公司制造),以上均為化學(xué)純。
儀器 D60-2F型電動(dòng)攪拌器(杭州儀表電機(jī)廠), DHG-9076A型電熱控溫鼓風(fēng)干燥箱(北京科偉永興儀器有限公司),Sapphire DSC型差示熱量掃描儀(美國(guó)尼高力公司),JEM-2OOCⅩ型透射電鏡和DT-40型熱重儀(日本電子株式會(huì)社)。
1.2 合成工藝
將一定體積的去離子水加至三口燒瓶中,升溫至75-85℃,開啟攪拌,加入PVA與羧甲基纖維素鈉水溶液。將一定配比的混合單體MMA/BA注入恒壓漏斗中,待用;將引發(fā)劑過(guò)硫酸銨(APS)和功能性單體MAA混合溶液加到另一恒壓漏斗中,并調(diào)節(jié)pH值至弱堿性。向三口燒瓶中滴加引發(fā)劑溶液及混合單體,控制滴加速率,加入功能單體丙烯酸羥乙酯。恒溫反應(yīng)一段時(shí)間,冷卻,出料、過(guò)濾,調(diào)節(jié)pH值至中性。
1.3 涂料印花工藝
工藝處方/g
涂料
粘合劑
乳化糊
交聯(lián)劑⒓
總計(jì)2-12
10-50
10-60
1-6
100
工藝流程 印花→烘干(80℃×3min)→焙烘120-180℃×1.5-5min
1.4 測(cè)試方法
1.4.1 電解質(zhì)(Ca++)穩(wěn)定性
按乳液配比V乳液:VCaCl2(0.5%)=4:1,將自制的聚丙烯酸酯無(wú)皂乳液放置24h,觀察有否分層或破乳[2]。
1.4.2 機(jī)械穩(wěn)定性
將自制的聚丙烯酸酯無(wú)皂乳液于1400r/min轉(zhuǎn)速下攪拌30min,觀察有否分層或破乳[3]。
1.4.3 差示掃描量熱法(DSC)分析
將自制的聚丙烯酸酯無(wú)皂乳液于120℃烘箱中烘干成膜,用Sapphire DSC型差示掃描儀進(jìn)行DSC分析,測(cè)試溫度范圍0~300℃,升溫速率10℃/min。
1.4.4 粒徑測(cè)定
(1)采用粒徑測(cè)試儀測(cè)定乳液粒徑;
(2)將自制聚丙烯酸酯無(wú)皂乳液用蒸餾水稀釋至合適濃度,超聲波震蕩30min,然后滴加在200-300目的銅網(wǎng)中,干燥成膜后用JEM-2OOCX透射電子顯微鏡進(jìn)行電鏡分析,并根據(jù)透射電鏡照片估計(jì)粒徑。
1.4.5 熱重分析(TGA)
取少量聚丙烯酸酯乳液置于表面皿上,在真空干燥箱中于8O℃干燥3h,采用DT-40型熱重分析儀測(cè)定熱穩(wěn)定性。
1.4.6 印花色牢度
耐摩擦色牢度 按GB/T3920-2O08《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)湍Σ辽味取窐?biāo)準(zhǔn)測(cè)試;
耐洗色牢度 按GB/T 3921.1-1997《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)拖瓷味龋涸囼?yàn)1》標(biāo)淮測(cè)試。
2 結(jié)果與討論
2.1 丙烯酸酯無(wú)皂乳液的合成工藝
2.1.1 聚合溫度的影響
與常規(guī)乳液聚合相同,無(wú)皂乳液聚合的溫度是一個(gè)重要的影響因素,直接關(guān)系到聚合體系的穩(wěn)定性。聚合溫度過(guò)低,誘導(dǎo)期長(zhǎng),聚合速率小,不利于共聚物乳液的形成;而聚合溫度過(guò)高,則引發(fā)劑的分解速率過(guò)快,反應(yīng)速率劇烈,導(dǎo)致乳液穩(wěn)定性變差。
試驗(yàn)結(jié)果表明,聚合溫度為70-75℃時(shí),即使延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間,反應(yīng)仍不完全,殘留單體含量較高,難以得到高固含量的共聚物乳液,且乳液易分層;聚合溫度為75-78℃時(shí),反應(yīng)容易控制,殘留單體含量較少,反應(yīng)轉(zhuǎn)化率較高,凝膠量較少,藍(lán)光較強(qiáng);當(dāng)聚合溫度超過(guò)82℃時(shí),反應(yīng)速率過(guò)快,體系產(chǎn)生較多熱量,導(dǎo)致最終制得的乳液穩(wěn)定性較差,凝膠量較多,無(wú)藍(lán)光,且易分層。綜上分析,取聚合溫度為75-78℃。
2.1.2 聚合時(shí)間的影響
在聚合溫度一定的條件下,考察聚合時(shí)間對(duì)合成轉(zhuǎn)化率的影響,結(jié)果見(jiàn)圖1。
圖1 聚合時(shí)間對(duì)轉(zhuǎn)化率的影響
由圖1可知,在聚合溫度一定的條件下,隨著聚合時(shí)間的延長(zhǎng),轉(zhuǎn)化率升高,但當(dāng)聚合時(shí)間達(dá)到3h后,轉(zhuǎn)化率幾乎不再變化。由于單體不可能反應(yīng)完全,故于聚合后升溫至8O℃時(shí),補(bǔ)加微量引發(fā)劑,繼續(xù)保溫反應(yīng)1h,以使甲基丙烯酸甲酯與丙烯酸丁酯完全反應(yīng),盡量減少反應(yīng)體系中的單體含量,提高單體轉(zhuǎn)化率。因此,確定反應(yīng)總時(shí)間為4h。