印花粘合剂乳液的合成与应用性能.docx

印花粘合剂乳液的合成与应用性能/ 中国粘合剂网涂料印花是借助于粘合剂在织物上形成的树脂薄膜，将 对织物没有亲和性和反应性的涂料粘附在织物上来获得所需 图案花纹的印花工艺，因此涂料印花既不受织物纤维的限制， 也不受织造方法的影响。涂料印花工艺设备简单，印制后织 物只需固色而无需水洗，因而适用于各种纤维织物和混纺织 物的印花1,可印制特殊花纹2。涂料印花具有的诸多优点 使其日益受到印染行业青睐，成为用途最为广泛的纺织品印 花技术之一。 据统计，全球涂料印花织物占印花布总产量的 70%以上3,涂料印花色浆的配制过程中，粘合剂是必不可少 的重要成分，其对涂料印花产品的牢度起决定性作用，而且和 色浆的印制性能以及产品的手感、色泽有密切关系。因此，粘合剂的性能是涂料印花质量的决定性因素。目前广泛使用的 丙烯酸酯系列自交联粘合剂中大部分都含有N-羟甲基丙烯 酰胺（NMA），交联过程中会有产生甲醛，污染环境。因此，要 使涂料印花工艺满足环保要求，必须开发出环保型粘合剂剂4。近年来人们开发了核壳型乳液粘合剂5,将两种或多种单体 在一定的条件下采用两步或多步乳液聚合方式制得具有明显 层状或相分离结构的乳液6-8。HelenHassander等用透射电 镜（TEM）观察核壳乳液的粒子形态9,发现其由性质不同的 两种或多种单体在一定条件下逐步聚合而成，在00101 m的乳胶粒径内完成复合，乳液粒子的内外侧分别富集不同 成分的物质而得到非均相复合乳液。实践证明，这种乳液可 以很好地解决堵网及粘辊问题，同时在应用时不会出现甲醛 释放的问题。本研究通过选择合适的合成工艺与新型交联单 体，制备出新型环保型核壳结构乳液粘合剂，研究其应用性 能，并与几种常用的商品粘合剂进行了比较。1实验部分1. 1原料与仪器丙烯酸正丁酯（BA）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丙烯酸 （AA）、苯乙烯（St）、丙烯酸羟乙酯（HEA）、丙烯酸羟丙酯 （HPA）、丙三醇（Propanetrio）、氨水、过硫酸钾、十二烷基硫酸 钠（SDS）、尿素：均为分析纯，国药集团上海化学试剂公司；涂 料黄：宁柏迪有限公司提供；乳化剂OP-10:上海凌峰化学试 剂有限公司；商品粘合剂：阿尔贡化学工业贸易公司及德国 BASF化学公司提供。控温水浴锅（IKA），电热鼓风干燥箱（上海安亭科学仪器 有限公司），定型烘干机（瑞比染色试机有限公司），耐洗色牢 度仪、耐摩擦牢度试验仪、耐刷洗牢度试验仪（温州大荣纺织 标准仪器厂），透射电镜（日本电子公司制造）， ZS-90粒径分 析仪（英国马尔文公司），织物风格评价系统（加藤技研株式会 社）。1. 2实验方法1. 2. 1核壳乳液的制备方法将装有搅拌器、回流冷凝管、温度计和恒压滴液漏斗的四 口烧瓶置于有控温装置的水浴中，按配方加入乳化剂（OP- 10、SDS）、部分单体（BA、MMA）与部分引发剂，升温至80， 至蓝光出现滴加剩余的软单体，升温保温1 h,冷却后过滤，再 将乳液加入反应釜中升温至80，滴加硬单体（BA、MMA、St、 AA）和交联单体，滴完补加引发剂，并升温至85保温反应 1 h,冷却后加氨水调pH至78,过滤得成品。1. 2. 2乳液的固含量和产率测试将称量瓶在100105下烘干至恒质量，精确称量2 g 左右的试样（m1）于称量瓶中，置于100105电热恒温干燥 箱中烘至恒质量，然后转移至干燥器中冷却30 min后准确称 量（m2），按式（1）计算固含量。 固含量（% ）=m2/m1100%式（1）按所加入的单体对水的比例计算出理论固含量，并根据 式（2）估算聚合反应的产率。产率（% ）=（固含量/理论固含量）100%式（2）1. 3粘合剂乳液结构与性能测试1. 3. 1乳液粒子的透射电镜观察将制得的乳液取少量用去离子水稀释到一定倍数，搅拌 均匀，待乳液稳定后用镊子将铜网在乳液中浸湿，并在表面滴 加2% PTA（对苯二甲酸）进行着色，待铜网表面干燥后，在 JEM-1200EX型透射扫描电子显微镜中观察乳液颗粒的 结构10。1. 3. 2乳液性能测试粒径：取少量待检测乳液，加入去离子水稀释至一定倍 数，应用英国马尔文公司生产的ZS-90粒径分析仪测定粘合 剂乳液的粒径及粒径分布。黏度：采用NDJ-79型锥板黏度计，选择适当的转子测定 粘合剂乳液的黏度11。1. 3. 3粘合剂甲醛含量测试首先将所合成的粘合剂按如下工艺处理织物：粘合剂 300 g/L,二浸二轧纯棉织物100烘干150焙烘2 min。 然后按照GB/T2912. 11998测试织物上甲醛含量。1. 4粘合剂应用性能测试1. 4. 1涂料印花粘合剂的涂料印花应用性能测试采用常规工艺，将所合 成的粘合剂用于标准棉织物的印花试验，并检测各项牢度和 织物风格指标。工艺步骤：按工艺配方配制色浆手工印花预烘 （70， 3 min）焙烘（150， 3 min）。1. 4. 2各项牢度测试水洗牢度：印花织物的耐洗色牢度按GB/T3921. 11997 纺织品耐洗色牢度实验方法在SW-12型耐洗色牢度试验 机上测试，并用色卡评级。摩擦牢度：印花织物的耐摩擦牢度按GB/T39201997 纺织品耐摩擦色牢度实验方法在YB571型耐摩擦色牢度 试验机上测试，并用色卡评级。刷洗牢度：印花织物的耐刷洗牢度按GB/T42090纺织 品耐刷洗色牢度实验方法在YB571C型刷洗色牢度试验仪 上测试，并用色卡评级。1. 4. 3织物风格测试裁剪20 cm20 cm的棉织物，扯去多余的边纱，同时在经 纬向上做好标记。用手工台板印花印制花纹，预烘（70， 3 min）后焙烘（150， 3 min）。将制备好的样布放入KESFB -2型织物风格仪中进行测试。2结果与讨论2. 1核壳型粘合剂乳液的合成2. 1. 1单体的选择与配比的确认核壳乳液的优势在于其核层和壳层的玻璃化温度不同， 其差别达到一定程度即可较好地避免乳液过早破坏，从而解 决涂料印花工艺中的堵网、粘辊问题，因此控制聚合物的玻璃 化温度是合成粘合剂的关键。核壳层单体用量见表1。经过计算得出核层的理论玻璃化温度为： -431；壳层 的理论玻璃化温度为： 440。从理论上看，本合成配方的核层和壳层的玻璃化温度相 差较大，乳液粒子可能形成稳定的核壳结构。2. 1. 2固含量和产率本实验为更好地体现交联单体的作用，采用HEA和HP 两种单体，改变各单体的用量，分别在各粘合剂的壳层反应阶 段加入，得到一系列粘合剂，比较不同交联单体种类及用量对 粘合剂乳液固含量及产率的影响。各乳液粘合剂的固含量以 及产率见表2所示。从表1数据可以得出，加入交联单体的乳液粘合剂的固 含量和产率都比较高，说明所选择的新型交联单体共聚性能 较好，对聚合反应没有明显的负面影响。2. 1. 3乳液稳定性能表征在实际生产中，粘合剂一般都会存放较长时间，因此粘合 剂要具有一定的稳定性，这样才能符合实际生产的需要。本 实验通过测试乳液黏度、粒径、离心稳定性进行表征。（1）乳液黏度联单体HEA的用量从25%增加到 75%,其乳液粘合剂的黏度变化不大。而采用HPA时，粘合 剂乳液黏度的变化规律有所不同，当HPA用量低于50%时， 其乳液粘合剂的黏度较小，而其用量增至75%时，其乳液黏 合剂的黏度大幅增加。其原因可能在于HPA的反应活性比 HEA高，当HPA加入量达到一定值以上，壳层单体聚合反应 过程中可能发生分子间交联，增加了乳胶粒子相互间的作用 强度，因此使乳液粘合剂的黏度明显增加。 No. 7No. 9为工业用的商品粘合剂。不同种类的商品 粘合剂，其黏度差别较大，但应用效果相近。说明在保证乳液 稳定性能的前提下，乳液黏度对粘合剂最终使用性能可能没 有明显影响。（2）乳液粒径乳液粒子的粒径与粒径分布检测结果见表4。表4数据表明，在壳层单体中加入同一种交联单体，随着 其用量的不断增加，其乳液粘合剂的粒径及其分布均逐渐增 大。可能是由于交联单体中交联基团的活性比较高，与硬单 体同时加入的交联单体部分发生反应，使乳液粒子之间先形 成了交联，故当交联剂的用量增大时，粒径逐渐变大。在样品 No. 4No. 6中，加入的交联单体为HPA。其中No. 6样品由 于黏度较大，无法准确测得其乳液粒径。从表中数据可以看 出，在交联单体用量低于5%时，含HPA的乳液粘合剂的粒径 与含HEA的粒径相差不大，而且同样增加交联单体用量时， 其乳液粘合剂的粒径有上升的趋势。样品No. 7No. 9为工 业用粘合剂。No. 8样品由于其黏度较大，无法准确测得其乳 液的粒径。此外，实验中还根据国家标准对粘合剂在应用过程中甲 醛释放量进行了测定，结果均为0,其原因为本研究中合成的粘合剂未添加甲醛类物质，反应过程中没有甲醛释放。2. 3核壳型乳液粘合剂的应用性能研究通过评价涂料印花后织物的牢度、手感等间接反应粘合 剂的应用性能。2. 3. 1涂料印花织物的牢度分析将自制的粘合剂用于实验室台板印花，测试各项牢度指 标，并与商品粘合剂比较，结果如表5所示。2. 3. 2涂料印花织物的柔软度分析本研究采用印花织物弯曲刚度的测试结果来分析其柔软 度。含有不同交联单体的粘合剂样品用于织物印花的弯曲刚 度，结果如表6所示。其中， 1号样品加入的交联单体是HEA, 其量为单体总量的25%。2号样品加入的交联单体是HPA, 其量为单体总量的25%。3、4号样品是工业用的商品粘合剂。 从表6的数据可以看出，各织物经向的弯曲刚度要比纬 向大得多，主要原因在于，织物在织造的过程中为了增加经纱 的单纱强度，对纱线进行了上浆处理，虽然在织物前处理的过 程中有退浆的工序，但可能无法完全去除经纱上的浆料，因此 涂料印花织物的经向弯曲刚度比纬向弯曲刚度大得多。表6数据还表明， 1号织物的经纬平均弯曲刚度要比2号 织物的大，说明在交联单体用量相等的情况下，采用HPA制 得的核壳乳液粘合剂所印得的印花织物的柔软度要比采用 HEA更好一些。3、4号样的平均弯曲刚度表明工业用的粘合 剂制得的涂料印花织物的弯曲刚度在02左右，而自制粘合 剂所得弯曲刚度的数值均小于02,表明自制粘合剂用于涂料 印花的织物的柔软度已达到商品粘合剂的应用水平。 2. 4核壳型乳液粘合剂解决了甲醛释放问题现在工业用粘合剂一般的交联单体是N-羟甲基丙烯酰 胺，在印花和使用的过程中，会释放甲醛，危害人们身体健康。 而本实验制得的核壳结构的粘合剂其交联单体为丙烯酸羟乙 酯和丙烯酸羟丙酯，根据国家标准对粘合剂在应用过程中甲 醛释放量进行了测定，结果均为0,其原因为合成的粘合剂未 添加甲醛类物质，反应过程中就没有甲醛释放。因此，本实验 制得的核壳结构的乳