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阳离子粘合剂合成及在涂料染色生产中的应用
集萃印花网  2009-12-28

    【集萃网观察】涂料染色具有工艺简单、稳定、节约能源、缩短流程等优点.在涂料染色过程中,涂料以微粒形式分散于染液,并与粘合剂及其他助剂均匀混合.通过织物的浸轧,被携带到纤维表面,沉积在纤维毛细管空隙或组织间隙中.随着织物在烘干和焙烘过程中受热,布面水分和其他挥发组分的蒸发,粘合剂大分子聚集体之间距离缩小,同时排挤粘合剂周围的乳化剂而形成坚牢耐摩的高分子膜,紧紧地粘结于纤维表面.

    涂料染色只能染中浅色,在染藏青、黑、棕等深色时布面易出现色斑和色柳等问题,同时耐摩擦牢度差、手感偏硬.目前解决上述问题常用方法是采用阳离子改性剂对棉纤维进行预处理,在纤维表面引入阳离子基团从而增强棉纤维对涂料的吸附能力,提高染色深度.

    本文拟合成阳离子粘合剂进行涂料染色,在解决上述问题的同时也缩短了工艺流程.阳离子聚合物乳液的合成方法有常规乳液聚合法、转换法、自乳化聚合法.常规乳液聚合法是选用阳离子表面活性剂进行乳化,按常规的乳液聚合方法来聚合阳离子乳液;转换法是先用阴离子乳化剂聚合阴离子胶乳,然后再加入大量的阳离子表面活性剂与两性表面活性剂进行转换,该法要消耗大量的乳化剂,环境污染严重.自乳化聚合法是不使用乳化剂或使用微量乳化剂,采用含有阳离子基的单体和引发剂等通过无皂乳液聚合方法合成阳离子聚合物乳液,因为其对单体、引发剂都有特殊的要求,成本较高.本文采用常规乳液聚合法合成阳离子聚合物乳液.

    1试验

    1.1材料

    丙烯酸丁酯(BA),工业级,上海华谊集团有限公司;甲基丙烯酸甲酯(MMA),工业级,上海高桥石化公司;1,3-丁二醇二甲基丙烯酸酯,工业级,上海卓锐化工有限公司;丙烯酸乙酯,工业级,厦门市德祥化工有限公司;过硫酸铵(APS),分析纯,上海恒利精细化工有限公司;非离子乳化剂XL一50,工业级,巴斯夫中国有限公司;平平加0,工业级,广州天金化工有限公司;十六烷基三甲基溴化铵,工业级,上海金山经纬化工有限公司;KRC黄、D301兰、D118红,工业级,上海油墨泗联化工有限公司;阴离子粘合剂,工业级,常州汉斯化学品有限公司.

    1.2仪器

    SD—PD—01—180型涂料染色机(江苏省常州市东高染整有限公司、无锡市胜东纺织印染设备厂联合研制)、Y571B型摩擦牢度仪(常州)、YG982型灯箱(常州)、800B离心机(上海)、Datacolor SF600 PlusCT测配色仪(瑞士)、SW一24A耐洗色牢度仪(常州)、冲压机CP一25C(上海)、游标卡尺(上海)、WDT一5微机控制电子万能试验机(深圳).

    1.3阳离子乳液合成

    将装有回流冷凝管、搅拌器、滴液漏斗的四口烧瓶置于恒温水浴槽中,加入乳化剂十六烷基三甲基溴化铵、非离子乳化剂XL一50、非离子乳化剂平平加O和蒸馏水620 g,搅拌均匀,升温至85℃,加入过硫酸铵,滴加丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、1,3-丁二醇二甲基丙烯酸酯等单体混合物,调节乳液pH值至3~5,控制滴加速度,滴加时间为3 h,滴加完补加定量过硫酸铵,保温l h,升温至90℃,保温1h,冷却至60℃过滤出料.

    1.4阳离子粘合剂染色样制备

    1.4.1生产前应注意的几个问题

    涂料染色半制品要求较高,要做到烧毛匀净(4级以上),布面毛效要求一致,控制在8 cm以上,白度适中均匀.尤其要加强退浆处理,保证浆料退尽,布面保持中性,落布干燥含潮率一致,布面平挺无皱.

    化料必须严格按操作程序进行,其配制程序如下:高位槽内加入适量冷水,然后依次加入粘合剂、涂料色浆等,边加边温和搅拌至均匀。

    为了防止前后色差,应保持浸轧液面高度一致.

    采用均匀轧车一浸多轧,严格控制红外线预烘温度,防止涂料泳移和粘结导辊.

    1.4.2工艺流程及工艺条件

    半制品→涂料轧染(均匀轧辊,轧余率70%)→红外烘干(红外温度25℃)→热风烘干(热风烘房温度110℃)→夕林烘干(烘筒温度130℃)→预缩→成品.

    涂料染色配方:22 g/L KRC黄,20 g/L D301兰,13 g/L D118红,80 g/L粘合剂.

    1.5测试及表征

    1.5.1 阳离子粘合剂基本性能测试

    (1)粒径分布:采用Mastersizer 2000激光粒径分析仪测试.

    (2)外观:目测.

    (3)含固量:准确称取一定量样品,放入洁净干燥称量瓶中,80℃烘干至恒量;置于干燥器中l~2 h后称重,按式(1)计算含固量:

    含固量=(m2-mo)/(m1-mo)x 100% (1)

    式中,m。为称量瓶质量;m1为产品和称量瓶总质量;m2为烘干后产品和称量瓶总质量.

    (4)粘度:采用NDJ一9s数字粘度计,将试样容器中的试样和转子恒温至(25±0.5)℃,并使试样温度均匀.

    (5)离心稳定性将样品用800B离心机,以3 000 r/min处理30 min,观察有无分层和沉淀.

    (6)稀释稳定性将样品稀释至含固量为3%,然后倒入试管中,放置72 h,观察其是否分层.若无分层现象说明待测乳液稀释稳定性好;若有分层现象,则需进一步测量澄清液高度,澄清液高度越高,则其稀释稳定性越差.

    1.5.2阳离子粘合剂成膜性能测试

    (1)室温成膜性:将少量乳液倒在聚四氟乙烯板上,室温下自然干燥成膜,观察其室温成膜性.

    (2)胶膜溶失率:取一定量的胶膜,分别于不同温度下焙烘3 min,取出,冷却,称重(m1);然后将胶膜置于水中24 h,取出烘干,称重(m2);按式(2)计算胶膜的溶失率.

    胶膜的溶失率=(m1-m2)/m1 x100% (2)

    (3)胶膜吸水率:称取少量乳液,在远红外线快速干燥器内快速烘干,取出、冷却并称重(m1);然后将胶膜置于去离子水中24 h后取出,用滤纸擦净表面水迹,称重(m2);按式(3)计算胶膜的吸水率.

    胶膜的吸水率=(m2-m1)/m1 x100% (3)

    (4)胶膜断裂强度及断裂伸长率:用XFX哑铃型制样机裁取长为20 mm、工作部分宽为4 mm的样条,使用WDT一5微机控制电子万能试验机进行测定.

    1.6阳离子粘合剂应用性能测试

    1.6.1颜色深度

    颜料深度是指不透明的固体物质的颜色给予人们的直观深度感觉或颜色的浓度,其大小常受固体物质中有色物质含量的多少、有色物质的物理状态、固体表面的光学性质等各种因素的影响,颜色深度值的大小通常用Kubelka—Munk函数的(K/S)值来表示即:

    K/S=(1-R) 2/2R

    式中:K为吸收系数,S为散射系数,R为分光反射率.

    K/S值越大,表示颜色越深;K/S值越小,则表示颜色越浅.

    测试方法:采用Datacolor SF600 PlusCT电脑测色配色系统测定染色织物K/S值.

    1.6.2色度值

    自然界中的所有颜色都可以用明度、色调和饱和度三个基本属性来描述.明度指人眼对物体的明暗感觉,是表示物体表面明亮程度的一种属性;色调指颜色的基本色泽,是彩色彼此互相区分的特性;饱和度是指彩色的纯洁性.一般来说,明度决定于有色物质的浓淡,色调决定于有色物质的颜色,饱和度则和颜色的鲜艳度有关颜色的这三个属性或三个参数(L,a,b)就构成了颜色的三维空间.

    测试方法:采用Datacolor SF600 PlusCT电脑测色配色系统测定染色织物的明度L、色调a和b、彩度C以及色相h.

    1.6.3色牢度

    耐摩擦色牢度的测定(参照GB/T 3920—1997),用Datacolor SF600 PlusCT测配色仪进行沾色评级.

    耐洗色牢度的测定(参照GB/T 3921.1—1997),用Datacolor SF600 PlusCT测配色仪进行变色和沾色评级.

    1.6.4织物上游离甲醛含量

    织物上游离甲醛含量测定按AATCC一112规定方法(萃取法)测定.

    2结果与讨论

    2.1阳离子粘合剂的基本性能

    阳离子粘合剂粒径见图1.

图1 阳离子粘合剂粒径及分布

    乳胶粒的尺寸及尺寸分布是乳液聚合的一个重要参数,他们直接关系着聚合物的性能,同时也反映了聚合历程由图1可看出,阳离子粘合剂粒径较小,其粒径值在20~50 nm,乳液粒径及其分布因数越小,稳定性越高,同时阳离子粘合剂在织物表面成膜也均匀.

    将阳离子粘合剂与常规阴离子粘合剂进行比较,结果见表1.

    表1 阳离子粘合剂与常规阴离子粘合剂基本性能比较

    由表1知阳离子粘合剂在外观、含固量、粘度、离心稳定性及稀释稳定性方面与常规阴离子相近,可以适应工厂应用环境.

    在合成阳离子粘合剂过程中,乳化剂用量过低时,会出现凝胶、分层现象.这是因为乳化剂浓度较低时,仅部分乳胶粒表面被乳化剂分子所覆盖,故乳胶粒易发生聚集,由小乳胶粒生成大乳胶粒.当乳化剂用量增加时,聚合速率提高,乳液的外观逐渐变得透明且蓝光明显.这是因为乳化剂用量增大,胶束数目越多,成核粒子数增加,使得乳胶粒子变小,表现为乳胶透明且蓝光足.但是,当乳化剂用量过多时会影响阳离子粘合剂耐水性和色牢度.

    2.2膜性能

    阳离子粘合剂在成膜过程中是成连续膜,在成膜过程中粘合剂交联点之间的分子链的长度远远大于单个链段的长度,作为运动单元的链段仍可以运动,表现为成膜均匀且连续.当交联程度过大,导致交联距变短,形成的分子网络过于致密而不利于分子链段的运动和相互缠结,使分散在水中的粘合剂颗粒不易靠拢、接触,致使粘合剂不易成膜.在阳离子粘合剂成膜后对其胶膜溶失率进行测定,具体结果见图2.

图2温度对胶膜溶失率的影响

    在100℃以下胶膜的溶失率要明显高于100℃以上,这是由于在100℃以下,粘合剂大分子未发生有效的交联.在120℃过后,胶膜的溶失率相差无几,可见本阳离子粘合剂在120℃交联完全.

    阳离子粘合剂胶膜的吸水性较小,其吸水率是18%,相对于常规阴离子粘合剂的28%,其表现出更优异的耐水洗性能.在对胶膜进行拉伸实验可知,阳离子粘合剂胶膜最大拉伸强度是1.34 MPa.在合成过程中通过调整软硬单体比值,使分子间的交联密度及分子间的运动性达到最佳程度,从而使膜既有适当的柔性又有适宜的刚性.当硬段含量太高,约束了聚合物链段的活动和扩散能力,导致涂膜变硬变脆,失去柔性,拉伸强度和断裂伸长率降低.此外,这也可能由于硬段含量较低时,较长的软段难以与硬段微区相互渗透,使硬段也能很好地相互聚集,形成规整度较高的硬段微区,在宏观上表现为拉伸强度增大,韧性变好.

    2.3阳离子涂料染色效果

    2.3.1颜色性质

    由表2可知,阳离子粘合剂染色后织物的K/S值增加,这表明涂料染色后织物得色增加.染色织物的明度L,红绿a,黄绿b,饱和度c的测试值表明采用阳离子粘合剂染色未使织物色光萎暗.色相值h表明采用阳离子粘合剂染色与采用常规阴离子粘合剂染色具有相似色相.即工厂可根据常规经验进行染色色光调整。

    表2粘合剂对染色后织物颜色的影响

    2.3.2阳离子粘合剂涂料染色织物色牢度

    粘合剂质量好坏直接影响涂料染色织物的色牢度.将阳离子粘合剂与阴离子粘合剂在涂料染色大生产过程中进行应用比较,摩擦牢度结果见表3,耐洗色牢度比较见表4.

    表3粘合剂对染色后织物摩擦牢度的影响

    由表3可以看出,在同样生产条件下,阳离子粘合剂染色后织物的湿摩擦牢度可提高1级.涂料染色织物的耐洗色牢度反映了涂料与织物的结合牢度,同时也反映了水洗脱落的涂料粒子沾移到多纤维贴衬上的沾移程度.由表4可知,阳离子粘合剂的水洗沾色牢度要高于常规阴离子粘合剂0.5级.

    表4粘合剂对染色后织物耐洗色牢度的影响

    2.3.3织物上游离甲醛含量

    取大样生产织物进行甲醛含量测试,测试结果是甲醛含量0,阳离子粘合剂完全不含有甲醛,同时在生产过程中也不会有甲醛释放出来,可以达到安全绿色生产.

    3结论

    阳离子粘合剂粒径小且分布均匀,乳液稳定性好,粘度低.在染色过程中阳离子粘合剂与棉纤维具有较强的结合力,能在织物表面形成完整均匀的薄膜.与常规涂料染色相比,阳离子粘合剂染色后织物的K/S值明显增大,色牢度提高,这是阳离子粘合剂涂料染色最大优势;同时染色后织物手感柔软且完全不含有甲醛.染色后织物环保性能满足《国家纺织产品基本安全技术规范》GB 18401—2003要求,该质量指标高于棉印染布产品标准GB一411—77—1993标准;且在本次整个大样生产过程中未出现粘辊现象.

    来源: 印染在线   作者:纪俊玲,蒋菲,张聪,潘秋星

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