含氟聚丙烯酸酯乳液增深劑的制備及應(yīng)用

含氟聚丙烯酸酯乳液增深劑的制備及應(yīng)用

在染色過程中，需要增加染色量，使染色牢固，這需要大量的能源消耗。其中,滌綸織物染深性差的問題尤為突出,對其增深性能的研究一直是個熱點。增深的途徑大致可以分為3種:(1)使織物或紗線表面粗糙化,包括化學(xué)侵蝕法、物理刻蝕法、利用后加工藥劑賦予纖維表面微細凹凸;(2)提高染料在織物上的上染率,包括對纖維表面進行化學(xué)改性以提高纖維對染料的親和力、改變?nèi)玖咸匦?選用親和力大、提升性好的染料,選用合適的助劑和染色工藝等;(3)染色布表面涂布低折射率樹脂,降低表面反射率。目前,對低折射率樹脂的研究多集中在有機硅樹脂、有機氟樹脂、聚胺類及聚氨酯樹脂等,其中,有機硅樹脂研究得較多,包括氨基改性、聚醚改性、環(huán)氧改性等,但性能較有機氟樹脂差,有機氟樹脂的折射率一般<1.40,增深效果最好,但因環(huán)境污染嚴重、成本較高、整理后手感較差,應(yīng)用較少。研究發(fā)現(xiàn):將增深樹脂與其他有機物或無機物混合使用,進行物理改性或化學(xué)改性,能夠進一步提高樹脂的增深作用。本文以短氟鏈的甲基丙烯酸三氟乙酯以及丙烯酸正丁酯為單體,以乳液聚合方法合成了1種氟丙乳液,與長氟鏈的聚合物相比,在減少污染、降低成本等方面有很大優(yōu)勢,而且與氨基硅油復(fù)配的增深效果也比較好。1測試1.1化學(xué)試劑及助劑材料:滌綸機織物(紅色、黃色、藍色、黑色);棉機織物(紅色、黃色、藍色、黑色)。試劑:甲基丙烯酸三氟乙酯(工業(yè)級,上?？低鼗び邢薰?,丙烯酸正丁酯、過硫酸鉀(分析純,國藥集團化學(xué)試劑有限公司),氨基改性硅油T-30B(廣東宏圖助劑有限公司)。儀器:Datacolor650電腦測色配色儀(美國datacolor公司),納米粒度分析儀Nano-ZS(英國馬爾文儀器公司),YG(B)033D型數(shù)字式撕裂儀(溫州大榮紡織儀器有限公司),電子分析天平(JY2002),L80-2離心沉淀機(上海躍進醫(yī)療器械廠),紅外光譜儀(NicoletMagma-IR560),TM-1000臺式掃描電子顯微鏡(日本日立公司)。1.3氨基處理-氟丙乳液法有機硅樹脂具有增深作用,氨基改性的有機硅增深效果更佳。本文利用增深劑的協(xié)同作用,選用一種氨基硅油T-30B,通過物理共混的方法,將氨基改性硅油充分溶解于50mL水中,然后添加氟丙乳液,充分攪拌,得到氨基硅油復(fù)配氟丙乳液。復(fù)配制得的增深劑呈乳白色,根據(jù)結(jié)構(gòu)相似相容原理,該增深劑具有良好的貯存穩(wěn)定性和離心穩(wěn)定性。1.4完成后分類2浸2軋(軋余率80%)→預(yù)烘(80℃,3min)→焙烘(120~180℃,1~3min)。1.5織物增深比和撕裂強力乳液粒徑:將待測樣品配制成5%的溶液,在超聲波儀器中預(yù)處理15min后采用納米粒度分析儀測試。紅外光譜:用紅外光譜儀對原料甲基丙烯酸三氟乙酯、丙烯酸正丁酯以及產(chǎn)物(將乳液在110℃烘干固化2h成膜)進行表征。K/S值:將織物折疊4層,使用電腦測色配色儀測試增深前后的K/S值及ΔE。計算織物的增深比:式中:K/S1為增深前織物的K/S值,K/S2為增深后織物的K/S值。撕破強力:在數(shù)字式撕裂儀上,按ASTMD1424-1996進行測定。掃描電鏡:采用臺式掃描電子顯微鏡觀測增深前后織物微觀形貌的變化,從直觀上了解織物的表面情況。2結(jié)果與討論通過預(yù)乳化半連續(xù)乳液聚合技術(shù),成功地合成了平均粒徑為100~200nm的淡藍色聚丙烯酸酯乳液,乳液含固量為35%~45%。2.1碳碳雙鍵表征選用紅外光譜對單體甲基丙烯酸三氟乙酯和丙烯酸正丁酯以及產(chǎn)物分別進行表征如圖1,由于產(chǎn)物是乳液,需要對其進行簡單前處理,使用處理后的膜進行測試。由圖1可知,a在1639.94cm-1處有—CC—的伸縮振動峰,b在1634.31cm-1處也有—CC—的伸縮振動峰,而c在1600cm-1處沒有吸收峰,可知聚合物中不含碳碳雙鍵。另外,a在1170cm-1處的較寬峰,為酯鍵中—C—O—C—與—C—F特征峰重疊所致,b在1190cm-1處較窄的峰,為—C—O—C—單獨作用的吸收峰,c在1167.42cm-1處較寬的峰,為—C—O—C—與—C—F的重疊峰,從而說明單體a、b發(fā)生聚合反應(yīng)生成了c。2.2影響因素的增深效果2.2.1氨基改性處理分別配制80g/L、120g/L、160g/L的氟丙乳液,并在每個質(zhì)量濃度下加入0g/L、10g/L、20g/L、30g/L氨基硅油,制成不同質(zhì)量濃度的增深劑。將黑色滌綸機織物浸軋不同質(zhì)量濃度的增深劑溶液,80℃預(yù)烘3min,再160℃焙烘3min,測試并計算整理前后的增深比G,結(jié)果如圖2。由圖2可知,氨基改性硅油的加入明顯提升了氟丙乳液單獨作用的增深效果,隨著氨基硅油質(zhì)量濃度的增加,增深比呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。原因是2種樹脂之間的協(xié)同作用,增大了對織物的吸附能力,從而增大成膜的厚度。但用量太高,織物上形成的膜過厚,會影響織物表面的光線反射,呈現(xiàn)增深比下降。增深劑的最佳復(fù)合用量:氟丙乳液120g/L,氨基硅油20g/L。2.2.2焙烘溫度對織物增深比的影響將藍色滌綸機織物浸軋增深劑溶液(氟丙乳液120g/L,氨基硅油20g/L),然后焙烘不同的溫度和時間,測試增深效果和織物撕破強力。結(jié)果見表1。從表1中可以看出,隨著焙烘溫度的升高以及焙烘時間的延長,經(jīng)增深劑整理的織物增深比明顯提高,原因可能是,隨著焙烘溫度的升高,增深劑形成的低折射率薄膜中水分等小分子物質(zhì)快速揮發(fā),增強了膜凹凸不平的粗糙感,有利于光線在織物表面的多長反射和折射,從而增深效果變好。當溫度達到140℃后,再繼續(xù)升溫,織物的增深比增加較少,甚至略有下降,溫度過高,會導(dǎo)致薄膜高溫脆化分解,不利于形成連續(xù)的薄膜。另外,隨著焙烘溫度的升高和焙烘時間的延長,織物強力下降得比較緩慢,因為增深劑在織物表面形成的交聯(lián)性薄膜對強力有增強作用,但是160℃時強力下降明顯,因為織物以及增深劑形成的薄膜發(fā)生分解。綜合考慮,最佳焙烘條件為140℃,3min。2.3增深滌綸纖維分別將不同顏色的全棉和滌綸織物浸軋增深劑(氟丙乳液120g/L,氨基硅油20g/L)溶液,經(jīng)過相同的預(yù)烘和焙烘條件,測試并計算增深比,結(jié)果見表2。由表2可見,增深劑對滌綸的增深效果比對棉織物好,主要是增深劑自身在染色織物表面形成1層均勻的低折射率薄膜,增加染色織物的表觀深度,同時,滌綸纖維表面光滑,表面反射光強,整理上增深劑后,改變了滌綸纖維表面的形態(tài)結(jié)構(gòu),對降低表面反射光起到了較明顯的輔助作用;另外,從色光的角度看,增深效果:黑色>藍色>紅色>黃色,可見,增深劑對不同色光織物的增深程度不同,試驗呈現(xiàn)規(guī)律為:最大吸收波長在短波段的織物,增深程度比長波段明顯,因為短波段容易散射,直接反射光減少,產(chǎn)生增深效果。黑色由于在整個可見光范圍內(nèi),吸收波長都較大,因此增深效果最佳。2.4不同種類增深劑的效果選用3種市售增深劑(CT-S106B、WK-650、HT-ZSJ)與自制增深劑分別浸軋整理黑色滌綸織物,整理條件相同,不同用量下的增深比如圖3所示,HT-ZSJ的增深效果最好,且用量對增深效果的影響較小;其他3種增深劑的增深比隨用量變化較大,其中,CT-S106B在100g/L時增深比最高,達到29%,自制增深劑在120g/L時增深比最高,達到28.1%,WK-650在40g/L時增深比最高。幾種增深劑達到最高增深比的用量有差異,主要是因為增深劑的含固量不同,其中HT-ZSJ的含固量為60%,其他3種增深劑的含固量為30%~40%,并且市售增深劑的具體成分未知。從效果看,自制增深劑的增深效果不亞于市售增深劑。由圖4可以看出,未整理的滌綸纖維表面比較光滑,而整理后纖維表面明顯有1層不均勻的液滴狀膜,該薄膜會削弱纖維表面對光的反射,同時,不均勻的薄膜又能明顯降低纖維表面的光滑度,改變原來的入射路徑,使入射光在整理層內(nèi)多次入射和被纖維內(nèi)的染料吸收,顯色效應(yīng)大大增強,由此加深織物的顏色。3復(fù)配方案的確定(1)采用預(yù)乳化半連續(xù)乳液聚合技術(shù)成功合成了1種短氟鏈的聚丙烯酸酯乳液,并與1種氨基硅油復(fù)配制得新型增深劑。復(fù)配的最佳用量為:氟丙乳液120g/L,氨基硅油20g/L。(2)綜合考慮增深效果和織物的強力2個因素,選用的最佳焙烘條件為140℃,3min。(3)增深效果與織物的色澤有一定關(guān)系,黑色的增深效果最好。增深劑對滌綸織物的增深效果比棉織物好。(4)通過與市售的3種增深劑的對比,自制增深劑也能達到應(yīng)用效果。1.2引發(fā)劑為單一溶劑將甲基丙烯酸三氟乙酯