生態(tài)涂料染色膠粘劑的制備及性能研究

生態(tài)涂料染色膠粘劑的制備及性能研究

0生態(tài)涂料染色粘合劑的開發(fā)在紡織品染色方面，傳統(tǒng)的工藝是根據(jù)纖維的類型、顏色和質量要求，選擇酸性染料、活性染料、還原染料和分散染料進行染色。由于采用傳統(tǒng)染料染色時,生產工藝比較復雜,染色質量難以控制,而且所使用的染料、保險粉、紅釩鈉和亞硝酸鈉等都是有毒物品,對生產者和環(huán)境不利涂料染色工藝完全不同于傳統(tǒng)的染料染色工藝,它是用粘合劑將(對織物沒有親和性和反應性的)顏料固著在織物表面的一種染色方法。涂料染色對纖維加工具有普適性,并且其色譜齊全、拼色方便、色澤重現(xiàn)性好、工藝簡單、節(jié)能、節(jié)水和無污染物排放,而且還具有生產周期短、效率高、適應性強和綜合成本低等優(yōu)點,因而已被國內外廠家廣泛采用。但是,目前使用的粘合劑是羥甲基自交聯(lián)型丙烯酸酯乳液,其缺點是織物會釋放出游離甲醛、乳化劑中含有烷基酚聚氧乙烯醚(APEO)且織物手感較硬。為了開發(fā)符合生態(tài)紡織品要求、穿戴舒適的生態(tài)涂料染色粘合劑,必須對粘合劑組成重新設計。本研究用無甲醛的交聯(lián)單體替代含甲醛的交聯(lián)單體,復配有機硅柔軟劑以改進涂膜的柔順性,乳化劑采用不含APEO的表面活性劑,成功制備出一種綜合性能較好的生態(tài)涂料染色粘合劑。1試驗部分1.1引發(fā)劑、試劑和防泳移劑丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸2-乙基酯,工業(yè)級,北京東方化工廠;N-羥甲基丙烯酰胺,工業(yè)級,常州東創(chuàng)輕紡助劑廠;平平加O-25、甘油、十二醇聚氧乙烯醚(AEO-3)、聚乙二醇(400)、氨水,工業(yè)級,吉林化工公司;十二烷基硫酸鈉、過硫酸銨,化學純,上海引發(fā)劑有限公司;十二烷基苯酚聚氧乙烯醚(OP),工業(yè)級,上海試劑一廠;八甲基環(huán)四硅氧烷、氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550),工業(yè)級,江西星火化工廠;十二烷基苯磺酸,化學純,南京烷基苯廠;涂料,上海泗聯(lián)化工公司;防泳移劑,自制。29tex×36tex504根/10cm×236根/10cm純棉紗卡,市售。1.2耐洗色牢度測試Y571D摩擦色牢度試驗儀,上海嘉標測試儀器有限公司;SW-12耐洗色牢度儀,無錫三環(huán)儀器有限公司;評定用柔軟樣卡,自制;722型可見光分光光度計,上海精賢光電科技有限公司;752N紫外可見分光光度計,上海精密科學儀器有限公司。1.3試驗準備1.3.1為混合材料制備的粘合劑將去離子水、十二烷基硫酸鈉和平平加O-25加入反應釜中,邊攪拌邊升溫至40℃;將BA、AA和甲基丙烯酸2-乙基酯加入11.3.2加入八甲基環(huán)四硅氧烷和kh-400混和物將水、平平加O-25、聚乙二醇(400)、AEO-3和十二烷基苯磺酸加入反應釜中,邊攪拌邊升溫至40℃,然后加入八甲基環(huán)四硅氧烷和KH-550混和物;40℃保溫0.5h,55℃保溫1.5h,75℃保溫3h,80℃保溫2h;冷卻至40℃以下,用氨水調節(jié)pH值至6~7,過濾、出料得柔軟劑1.3.3環(huán)保涂料、染色顏料的制備由粘合劑與柔軟劑按不同比例復配而成。1.3.4應用測試1.3.4.涂料染色工藝(1)配方與配制:在5g/L涂料中加入一定量的水,高速攪拌分散后,依次加入30g/L涂料染色粘合劑、10g/L防泳移劑和1g/L甘油,攪拌均勻即可。(2)工藝流程:二浸二軋(軋液率70%)→烘干(105℃/2min)→焙烘(160℃/3min)→自然冷卻。生態(tài)涂料染色粘合劑與粘合劑為相同的涂料染色配方及工藝。1.3.4.2.軟加工與制備1工藝配置：柔軟劑30g/l(2)工藝流程:二浸二軋(軋液率70%)→烘干(105℃/2min)→焙烘(160℃/3min)→自然冷卻。1.4色牢度的測定(1)柔軟度:根據(jù)每個人的手感和柔軟樣卡進行評定。(2)干(濕)摩擦色牢度:按照GB/T5712-1997標準,采用摩擦色牢度試驗儀進行測定。(3)耐洗色牢度:按照GB/T3921.1-1997標準,采用耐洗色牢度儀進行測定。(4)游離甲醛含量:按照GB/T2912.1-1998標準,采用可見光分光光度計進行測定。(5)APEO含量(水萃取法):采用紫外可見分光光度計進行測定。2結果與討論2.1鏈終止反應和自由基缺少過硫酸銨引發(fā)劑受熱分解產生初級自由基,當溫度超過76℃時,過硫酸銨的半衰期很短。因此,丙烯酸酯乳液聚合反應溫度應控制在80℃左右,聚合反應在膠束中進行。當一個初級自由基進入膠束中,膠束內丙烯酸酯單體發(fā)生鏈引發(fā)發(fā)應和鏈增長反應;當另一個初級自由基進入膠束中,又產生了鏈增長的自由基,兩個鏈增長的自由基很快結合發(fā)生鏈終止反應。表1列出了引發(fā)劑用量對粘合劑穩(wěn)定性和涂料染色織物性能的影響。由表1可知:若引發(fā)劑用量過少時,聚合鏈長時得不到結合終止,則合成的乳膠粒子因太大而產生沉淀;若引發(fā)劑用量過多時,聚合鏈短時間內就結合終止,則聚合物的相對分子質量太小,粘接強度較低。因此,選擇w(過硫酸銨)=0.4%(相對于丙烯酸酯質量而言)時較適宜,此時粘合劑的穩(wěn)定性和涂料染色織物色牢度均較好。2.2粘合劑質量比的確定由丙烯酸酯單體(AA既是親水性單體又是硬單體,MMA是硬單體,BA是軟單體)聚合而成的粘合劑,對織物的親合性較好,并且其粘接強度較高。硬單體多不易黏輥,并且色牢度好,但是手感硬;軟單體多手感柔軟,但是易黏輥且色牢度差。選擇不同質量比的丙烯酸酯單體聚合制備粘合劑,并進行織物涂料染色試驗,結果如表2所示。由表2可知:當m(AA)∶m(MMA)∶m(BA)=1∶6∶20時,粘合劑不易黏輥、織物色牢度好且手感較軟。為了進一步提高織物柔軟度和色牢度,防止黏輥,可采用核/殼乳液聚合法制備粘合劑。種子乳液單體為AA、BA形成核,滴加液單體為AA、MMA和BA形成殼,殼中硬單體多不易黏輥,核中軟單體多成膜柔軟。2.3交聯(lián)劑對涂料染色織物性能的影響在丙烯酸酯乳液聚合中,加入交聯(lián)單體使聚合物帶有官能團,該官能團(不參與聚合反應)在織物涂料染色焙烘中可與纖維發(fā)生交聯(lián)反應,致使色牢度增加(但柔軟度降低)。如果官能團為羥甲基,則涂料染色織物上會含有游離甲醛(甲醛會損傷眼睛,產生皮炎,甚至產生皮膚癌)。生態(tài)紡織品標準針對不同消費對象規(guī)定了紡織品中游離甲醛的限值。表3列出了不同交聯(lián)劑對涂料染色織物性能的影響。由表3可知:隨著交聯(lián)單體用量的增加,摩擦色牢度和耐洗色牢度增大,但是涂料染色織物柔軟度下降,而且兩種交聯(lián)單體(N-羥甲基丙烯酰胺和甲基丙烯酸2-乙基酯)的上述性能指標相同;采用甲基丙烯酸2-乙基酯交聯(lián)單體時,紡織品中未檢測出游離甲醛,當w(甲基丙烯酸2-乙基酯)=4%(相對于丙烯酸酯質量而言)時,涂料染色織物色牢度和柔軟度較好。2.4微珠和增溶膠束在丙烯酸酯單體、乳化劑和水等組成的乳液體系中,乳化劑在丙烯酸酯單體和水的界面定向吸附形成單體微珠和增溶膠束,丙烯酸酯單體在膠束中聚合形成聚合物乳液。乳化劑用量越少,乳液越不穩(wěn)定;乳化劑用量越多,涂膜中因殘留大量乳化劑而使色牢度變得越差。如果乳化劑中含有APEO(具有類似雌性激素作用,能危害人體正常激素分泌的化學物質),則會產生環(huán)境激素,即所謂的“雌性效應”和畸變2.5二烷基苯磺酸用量十二烷基苯磺酸在硅氧烷乳液聚合中既是乳化劑又是催化劑。乳液聚合發(fā)生在膠粒表面,乳化劑越少則膠粒越大(比表面積越小),吸附硅氧烷單體能力也就越小,此時水易滲入膠粒中發(fā)生終止反應,故聚合物相對分子質量變得越低(即柔軟度越低)。但是,當十二烷基苯磺酸用量過多時,隨著聚合反應的進行,多余的乳化劑使單體增溶,故單體不再進入乳膠粒中參與反應。表5列出了十二烷基苯磺酸用量對柔軟劑穩(wěn)定性和整理織物柔軟性的影響。由表5可知:當w(十二烷基苯磺酸)=22%(相對于硅氧烷單體質量而言)時,柔軟劑穩(wěn)定性好且整理織物柔軟性佳。2.6有機硅柔軟劑織物八甲基環(huán)四硅氧烷開環(huán)聚合成有機硅柔軟劑(由有機和無機兩部分組成),其無機部分與織物結合力大,而有機部分則位于織物表面。由于Si-O鍵角大、鍵長,氧原子周圍無基團且其與鄰近原子距離大,故與Si原子相連的甲基繞Si-O鍵旋轉360°幾乎無需能量,體現(xiàn)在有機硅柔軟劑在織物上成膜柔順性較好。KH-550與八甲基環(huán)四硅氧烷共聚后,氨基插入織物內部,使硅氧鏈上甲基主要占據(jù)織物的表面,織物的柔軟度提高;但是氨基太多則甲基少,織物的柔軟度降低。表6列出了不同硅氧烷單體比對織物整理柔軟性的影響。由表6可知:當m(KH-550)∶m(八甲基環(huán)四硅氧烷)=1∶25時,柔軟劑的穩(wěn)定性和柔軟性較好。2.7柔軟劑/粘合劑配比對涂料染色織物性能的影響柔軟劑和粘合劑共混,這兩種聚合物的高分子鏈相互滲透并且纏結形成均勻的膜,膜的性能介于兩者之間。表7列出了不同柔軟劑/粘合劑配比對涂料染色織物性能的影響。由表7可知:當m(柔軟劑)∶m(粘合劑)=3∶4時,涂料染色織物的色牢度和柔軟度較好。但是,如何將這兩種聚合物的優(yōu)異性能進行有效協(xié)同(即涂料染色織物的色牢度和柔軟度同時達到4~5級),還有待于進一步探索。3施工用柔軟劑和二甲基環(huán)四硅氧烷系-色牢度(1)當w(過硫酸銨)=0.4%、w(甲基丙烯酸2-乙基酯)=4%、w(AEO-3)=2.4%(相對于丙烯酸酯質量而言)和m(AA)∶m(MMA)∶m(BA)=1∶6∶20時,制得粘合劑穩(wěn)定性好,所得涂料染色織物的色牢度高且不含APEO和游離甲醛。(2)當