涂料印花增稠剂MCS的合成与应用

涂料印花增稠剂MCS的合成与应用

马雪玲,崔淑玲,刘金树,李文龙,逯小兵
(河北科技大学,河北石家庄050018)

O 前言
反相乳液聚合法借助乳化剂和搅拌作用,将水溶性单体分散于非极性有机液体中,形成油包水型(W/O型)乳液,进而进行聚合反应 J。聚合时,由于单体水溶液以微米级颗粒分散于油中,聚合反应后形成的聚合产物仍保持微米级。因此,反相乳液在聚合过程中,可以一直保持较低的粘度,容易搅拌和散热,其最终产物增稠剂系液体剂型,使用方便。涂料印花浆由涂料、粘合剂、增稠剂与少量辅料组成,其中增稠剂的性能在印花中起着重要作用。合成增稠剂具有如下优点:(1)储存时间长,毋需加防腐剂;(2)使用方便,其粘稠体加水搅拌10 min即可使用;(3)价格便宜;(4)吸水量大、增稠效果好,色浆稳定性好,不分层、不结皮,印制时可减少拖刀、堵网,提高色牢度;(5)高温固着,不会硬化和变色。

1 试验
1.1 化学药品
丙烯酸(AA),丙烯酰胺(AM),涂料绿FB,尿素,涂料粘合剂(以上产品均为工业级),N,N一亚甲基双丙烯酰胺(BMAA),过硫酸铵,氨水(25% ~28%),Span-60,Span一80,200#溶剂油,吐温8O,TX一10(以上均为市售分析纯或化学纯)。
1.2 仪器设备
四口烧瓶,滴液漏斗,增力搅拌器(JJ一1型),NDJ一79型旋转式粘度计,烘箱(101.2A型),摩擦牢度仪(571型)。
1.3 聚合方法
将丙烯酸和丙烯酰胺混合,加人蒸馏水、引发剂和交联剂,搅拌冷却至室温,简称溶液A;在装有搅拌器、温度计、滴液漏斗、通氮气管的500 mL四口烧瓶中,先加入定量的溶剂油、乳化剂,充分混合均匀,水浴加热至一定温度,使乳化剂完全溶解到溶剂油中,通氮排氧2O~25 min后,在高速搅拌下缓慢加入溶液A,加完毕后高速搅拌10 min,然后逐渐升温至6O℃反应2 h,再升温至7O℃ 反应1 h,用氨水调节pH值至7,充分搅拌均匀,获得浅黄色粘稠状聚合物。

2 结果与讨论
2.1 聚合温度对增稠性的影响
聚合过程中,反应温度的控制是关键。温度5O℃以下反应速率较慢;70℃ 以上,反应速率太快,容易出现凝聚现象。反应温度高,提高了交联剂的反应活性,产物的相对分子质量高,产物的交联密度也增大。两者的共同作用,导致产物吸水能力不同。相对分子质量高;产物的吸水能力高,交联密度大,产物的吸水能力低。在本试验条件下,交联密度对产物吸水能力的影响,高于相对分子质量的作用。随着反应温度的提高,产物的吸水能力下降。也就是说,温度太高,聚合会产生凝聚,而影响聚合物的相对分子质量。因为在较高温度下,链终止速度同时也增大,使聚合物相对分子质量降低,从而使增稠性下降 。

图1 聚合温度对增稠性的影响
△.测试温度25℃ ,浓度1.5% ;一-测试温度25℃,浓度0.5%
聚合对温度的要求较严格。聚合中乳液的量较多时,若加热速度慢,温度上不去;若加热速度稍快些,连同自有的聚合热,升温速度非常快,难以控制。为了控制聚合反应速率与聚合物相对分子质量及其分布,聚合过程对反应温度有着非常苛刻的要求。试验表明,反应温度以60—7O℃为宜。

2.2 交联剂用量对增稠性的影响
在丙烯酸系反相乳液共聚时,常加人带有两个或两个以上反应性基团的交联型单体,这些单体能与水溶性单体交联,使聚合物形成网状结构。加氨水成羧酸铵盐时,粒子的溶胀性大大增加,不但分子链伸展,而且能够吸附更多的水分子,显示较大的增稠作用。我们采用N,N一亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂,以提高产物的增稠性能。N,N一亚甲基双丙烯酰胺分子中含有两个可交联的氨基和两个双键,结构式为CH:=CHCONH—CH:一NHCOCH=CH,。在此聚合体系中,交联剂用量对产物粘度的影响呈现峰值变化,即在反应体系中,交联剂用量小于某一值时,随着交联剂用量的增加,产物的增稠性也增加;但当交联剂用量超过一定值后,随着交联剂用量增加,产物的增稠性反而下降。交联剂含量较少时,共聚物的交联度低,共聚物在水中溶解,因而粘度较小;若共聚物交联过度,使共聚物在水中完全不溶解,因而水溶液粘度也低。当交联剂用量适当时,共聚物交联度适中,在水中部分溶解和溶胀。在这种状态下,产物的水溶液粘度最大,即增稠性较好。

2.3 通氮排氧时间对聚合物相对分子质量的影响
乳液聚合以及反相乳液聚合增稠剂,很重要的措施就是通氮排氧。因为溶解在丙烯酸单体和空气中的氧对自由基聚合有强烈的阻聚作用。试验表明,乳液中通常含有氧>10 mg/kg,即会呈现阻聚。因此,反应前如不充分排氧,往往会出现高峰期晚出,或温度偏高,导致产物相对分子质量下降,甚至造成不聚或低聚 。聚合需要一定的时间,保持密闭性很重要,否则容易使产物增稠效果不理想。一般通氮时间在2O一30 min,即可使体系的含氧<10 mg/kg。

2.4 增稠剂的应用效果测试
2.4.1 织物规格
98cm 14.5/14.5 267/248全棉平布
120cm 13/13 432/299涤棉织物
2.4.2 印花浆料的制备

调浆注意事项:
在容器内放人2/3水,加人粘合剂和涂料等,开动搅拌器;将所需增稠剂缓慢加人,充分搅拌10 rain,使其充分吸水膨化;再加水至规定量,搅匀备用。在调浆过程中,先开搅拌器再加增稠剂,同时保证搅拌充分均匀,防止未搅拌好的增稠剂造成印花时堵网、印斑等疵点。色浆的稠度要掌握好,色浆太稠,流动性差,易造成堵网;色浆太稀,流动性过大,容易出现花纹轮廓不清,造成渗化。

2.4.3 印花工艺
印花一烘干(100 oC×3 min)一焙烘(150 oC ×3 min)一后处理

2.4.4 印花织物性能测试结果

由表1知,色浆色泽正常、手感柔软、花纹轮廓清晰,没有发现渗化、堵网现象;摩擦牢度、皂洗牢度均可达到所需要求。由此可见,增稠剂MCS能完全固着在纤维上结成牢固的薄膜,不易被水溶胀,以提高皂洗牢度和摩擦牢度。

3 结论
3.1 反相乳液聚合既可实现聚合反应的高速率,又可得到相对分子质量高的聚合物,更重要的是聚合物乳液便于快速溶解,操作方便,冷水搅拌即可成糊,节省时间和能源,符合印花调浆的需要。
3.2 增稠剂MCS具有用量少,对水有很高的增稠能力,印花后残留在织物上的固体成分很少,不影响织物手感等优点。本方法制得的增稠剂MCS印制织物花纹轮廓清晰、得色量高、色泽鲜艳,在印花性能以及各项牢度和手感上均能达到较高的标准。
3.3 增稠剂MCS与各种色浆和粘合剂的配伍性均较好,大多数色浆的印花牢度都符合要求。
3.4 无火油增稠剂,是目前乳液聚合中重点研究的课题。
增稠剂中含油量的多少,对色泽鲜艳度有一定的影响,聚合时加溶剂油的量一定要严格控制,不宜多加。

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