布艺之家讯：[摘要]采用无皂乳液聚合法合成了丙烯酸酯类涂料印花粘合剂NZ-071。讨论了各种因素对该涂料印花粘合剂性能及印花效果的影响,并得出了较佳合成工艺及织物整理工艺。结果表明,该涂料印花粘合剂稳定性良好,印花织物耐摩擦、皂洗等牢度好,手感柔软。

关键词:涂料印花;丙烯酸酯;无皂乳液聚合;粘合剂

印花色浆由涂料、粘合剂、增稠剂与少量辅料组 成,由于涂料是借粘合剂机械地固着在纤维表面,因 此粘合剂决定了印花织物的摩擦牢度和皂洗牢度, 粘合剂的性能在印花中起着重要作用[1]。

目前,涂料印花粘合剂多以常规乳液聚合的方 式获得。由于乳化剂的存在,导致粘合剂的附着牢 度降低,使得织物耐洗牢度、耐摩擦牢度、手感、抗起 毛起球等性能均有所下降。同时,乳化剂造成的环 境污染也日益引起人们的关注。为了解决以上问 题,人们采用无皂乳液聚合法合成涂料印花粘合剂 [2]。由于无皂乳液的乳胶粒表面洁净,单分散性良 好,同时也消除了传统乳液聚合中乳化剂对环境的 污染问题[3],因此,无皂乳液聚合技术在涂料印花粘 合剂的合成方面受到了广泛关注。

本工作从丙烯酸酯的无皂乳液聚合反应机理出 发,在无N2保护等复杂条件下,制备出一种性能优 良的无皂乳液涂料印花粘合剂NZ-071,将其应用于 织物上,使印花织物的摩擦、皂洗牢度及手感均有明 显改善,从而解决常规乳液聚合因加入乳化剂而导 致的耐水、耐污性差,织物手感硬和光泽弱的问题。

1　实验部分1.1　主要原料单体:甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯 (BA);功能单体:丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸(MAA); 引发剂:过硫酸铵(APS);交联单体:丙烯酸羟乙酯(HEA)、N-羟甲基丙烯 酰胺(NMA);保护胶体:聚乙烯醇PVA(1799型)、羧甲基纤 维素钠(CMC);涂料:涂料妃红FGR、涂料金黄FGR、涂料翠蓝 FG。

1.2　主要仪器及设备Y571B型摩擦牢度测试仪; MU505T型均匀小 轧车; DHG-9076A型电热控温鼓风干燥机; BP221S LA-205型织物热定型机; SW-12A型耐洗色牢度试 验机等。

1.3　印花粘合剂NZ-071的制备将装有搅拌器、恒压滴液漏斗、温度计的三口烧 瓶置于恒温水浴锅中,将一定体积的去离子水加入 到三口烧瓶内,搅拌升温至70℃,加入一定量聚乙 烯醇与羧甲基纤维素钠的水溶液,保持温度为75~ 80℃。采用连续滴加工艺,先滴加pH值已调至弱 碱性的引发剂APS、AA及HEA的混合液, 1~2 min 后再开始滴软硬单体质量比为3∶7的BA/MMA混 合单体, 2 h内滴完。保温1~2 h,降至室温,过滤。

1.4　涂料印花工艺1)印花色浆原料　配方/(g/L)涂料　2~12粘合剂　10~50交联剂32　1~6乳化糊　10~602)工艺流程印花→烘干(80℃/3 min)→焙烘(120~180 ℃/1. 5~5 min)1.5　乳液性能测试(1)固含量称取2 g左右乳液放入已恒重的称量瓶中,置于 120℃烘箱内加热2 h,平行称取2次样品取平均值, 固含量用质量分数表示[4]。

(2)电解质稳定性[4]

取等量的乳液加入相同质量浓度为0. 1 mol/L 电解质,观察一定时间后的乳液絮凝量,以此测试乳 液的电解质稳定性。

(3)化学稳定性[5]

用一定浓度硫酸铝和氯化钙水溶液分别慢慢滴 入稀释50倍的乳液中,观察乳液凝聚析出时所消耗 的试剂毫升数。

(4)机械稳定性[6]

将一定量的乳液装入小塑料瓶中,在1 400 r/ min的转速下搅拌30 min,观察其是否分层或破乳。

(5)耐水性[7]

在玻璃板上涂上乳液,晾干后送入烘箱,在120 ℃下烘干,浸入装有蒸馏水的表面皿中,浸入涂膜的 2/3,适时观察是否起皮、脱落。

1.6　织物性能测试耐干、湿摩擦牢度:按GB/T 3920—1997测试。 皂洗牢度:按GB/T 3921. 1—1997测试。

柔软性:以5~10人一组,用人工法比较织物经 涂料印花后的手感[1]。

2　结果与分析2.1　引发剂用量对乳液性能的影响只改变引发剂APS的用量,其余按1. 3的规定 进行无皂乳液聚合,结果见表1。

引发剂用量直接影响反应体系中自由基的数目,还会影响聚合反应时间、单体转化率及乳液性 能。由表1可知,随着引发剂用量的增加,乳液的气 味有所降低,说明无皂聚合反应的完全程度随引发 剂用量的增加而提升,乳液的稳定性随引发剂用量 的增加而提高,这可能因为引发剂APS用量过小时, 乳液粒子表面电位下降,致使粒径增大而相互粘连, 乳液体系稳定性遭到破坏。当引发剂用量增大到一 定程度时,体系中自由基数目增多,聚合速率加快, 成核粒子数目增多,乳液粒子表面电位升高而使乳 液变得稳定。综合考虑,确定引发剂用量为单体量 的1. 0%。

2.2　聚合温度对合成的影响聚合温度低,诱导期长,聚合速率低;而聚合温 度过高,引发剂的分解速率过快,反应剧烈,乳液粒 子的布朗运动加剧,也会使乳液粒子表面水化层变 薄,从而导致乳液稳定性变差。聚合温度对产品性 能的影响见表2。

本试验发现,反应温度控制在70~75℃时,反 应时间较长,残存的单体含量较高,难以得到较高固 含量的共聚物乳液,乳液易分层;反应温度控制在75 ~78℃时,反应容易控制,单体味较少,反应转化率 较高,凝胶量较少,蓝光较强;当温度超过82℃时, 反应速度过快,体系产生的热量较大,一时难以排 出,制得的乳液稳定性差,凝胶量较多,无蓝光,易分 层。综合考虑,确定较佳的聚合反应温度为75~78 ℃。

2.3　单体滴加速率对合成的影响一般单体的滴加速率应略慢于聚合反应速率, 以使反应过程中吸收的热量与放出的热量维持平 衡。若单体滴加过快,放热量过大,会形成乳胶粒凝 聚,甚至暴聚,得到的乳液成膜性、耐水性也差。综 合考虑,确定单体的滴加速率为1滴/s。

2.4　搅拌速度对合成的影响无皂乳液聚合中,凝胶量与搅拌速度有很大的 关系。搅拌速度过小,体系不能充分均匀混合,聚合 反应不能顺利进行,会出现大量凝胶;搅拌速度过 大,由于剪切力的作用,乳胶粒子动能增加,粒子间 的碰撞几率也随之增大,最终会粘连在一起产生凝 胶。试验表明,搅拌速度以250~400 r/min为宜。

2.5　无皂乳液的性能无皂乳液的测试性能见表3。

2.6　粘合剂用量对织物性能的影响按1. 3工艺操作,改变粘合剂用量,印花后按照 1. 6方法测定织物的性能,结果见表4。

由表4可以看出,随着粘合剂用量的增加,织物 的各项性能均有明显提升,尤其是干、湿摩擦牢度的 提高幅度相对较大。但是,涂料是借助粘合剂的作 用才能与纤维发生牢固结合,当粘合剂用量超过 30%时,织物各项牢度反而下降。粘合剂的最佳用 量为25%。

2.7　交联剂用量对织物性能的影响按1. 3工艺操作,改变交联剂用量,印花后按照1. 6方法测定织物的性能,结果见表5。

由表5可以看出,随着交联剂用量的增加,织物 的摩擦及皂洗牢度均有一定程度的提高,这是由于 粘合剂交联密度增加的缘故,使织物的牢度得到进 一步提高,但交联剂用量过高,交联度过大,使织物 的手感变差。因此,最佳交联剂用量以3%为宜。

2.8　乳化糊用量对织物性能的影响按1. 3工艺操作,改变乳化糊用量,印花后按照 1. 6方法测定织物的性能,结果见表6。

由表6可知,随着乳化糊用量的增加,织物的摩 擦、皂洗牢度也随之增加,但其用量过多会降低织物 的耐洗牢度,而且手感变得更差。因此,最佳乳化糊 的用量为30%。

2.9　乳液应用效果1)涂料印花最佳工艺及条件印花色浆配方:

原料　配方/(g/L)涂料　6粘合剂　25交联剂32　3乳化糊　30印花工艺流程:

印花→烘干(80℃/3 min)→焙烘(170℃/4 min)。

2)涂料印花织物性能按2. 9. 1)中工艺进行涂料印花,按1. 6法测试 织物性能,结果见表7。

由表7可知,涂料印花织物的干、湿摩擦牢度、 皂洗牢度均较好,织物的手感柔软。可见,该无皂乳 液粘合剂能很好地粘附在纤维上,并形成强度较高 的薄膜,耐水性较好。

3.结语(1)无皂乳液粘合剂NZ-071呈淡黄色,蓝光较 好;固含量为22%;电解质、化学、机械、耐水稳定性 等均良好。生产设备简单,操作简便,成本较廉。

(2)将合成的粘合剂应用于织物涂料印花上,织 物的干、湿摩擦牢度、皂洗牢度等达到了工业粘合剂 的性能指标,色泽鲜艳,手感柔软。

参考文献

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[2]张洪涛,黄锦霞.乳液聚合新技术及应用[M].北京:化学 工业出版社, 2007. 74-75.

[3]马彩霞,刘方方,刘少琴.无皂乳液聚合的研究及应用 [J].河北化工, 2004(3): 10.

[4]唐娅娟,李成海,张海明.丙烯酸酯无皂乳液的制备及性 能研究[J].化学建材, 2007, 23(1): 23[5]蔡斯让,郑田菱,张瑞姝.丙烯酸酯乳液无皂乳液聚合的 研究[J].中国胶粘剂, 1996, 6(5): 5.

[6]秦总根,涂伟萍.四元纯丙无皂共聚物乳液的研制[J]. 涂料工业, 2004, 34(2): 3.

[7]李晓燕,马越,吴志明,等.挥发性乳化物在无皂乳液聚 合中的应用[J].农机化研究, 2005, (4): 217.

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