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陽離子粘合劑合成及在涂料染色生產(chǎn)中的應(yīng)用
集萃印花網(wǎng)  2009-12-28 00:00:00

    【集萃網(wǎng)觀察】涂料染色具有工藝簡單、穩(wěn)定、節(jié)約能源、縮短流程等優(yōu)點(diǎn).在涂料染色過程中,涂料以微粒形式分散于染液,并與粘合劑及其他助劑均勻混合.通過織物的浸軋,被攜帶到纖維表面,沉積在纖維毛細(xì)管空隙或組織間隙中.隨著織物在烘干和焙烘過程中受熱,布面水分和其他揮發(fā)組分的蒸發(fā),粘合劑大分子聚集體之間距離縮小,同時(shí)排擠粘合劑周圍的乳化劑而形成堅(jiān)牢耐摩的高分子膜,緊緊地粘結(jié)于纖維表面.

    涂料染色只能染中淺色,在染藏青、黑、棕等深色時(shí)布面易出現(xiàn)色斑和色柳等問題,同時(shí)耐摩擦牢度差、手感偏硬.目前解決上述問題常用方法是采用陽離子改性劑對棉纖維進(jìn)行預(yù)處理,在纖維表面引入陽離子基團(tuán)從而增強(qiáng)棉纖維對涂料的吸附能力,提高染色深度.

    本文擬合成陽離子粘合劑進(jìn)行涂料染色,在解決上述問題的同時(shí)也縮短了工藝流程.陽離子聚合物乳液的合成方法有常規(guī)乳液聚合法、轉(zhuǎn)換法、自乳化聚合法.常規(guī)乳液聚合法是選用陽離子表面活性劑進(jìn)行乳化,按常規(guī)的乳液聚合方法來聚合陽離子乳液;轉(zhuǎn)換法是先用陰離子乳化劑聚合陰離子膠乳,然后再加入大量的陽離子表面活性劑與兩性表面活性劑進(jìn)行轉(zhuǎn)換,該法要消耗大量的乳化劑,環(huán)境污染嚴(yán)重.自乳化聚合法是不使用乳化劑或使用微量乳化劑,采用含有陽離子基的單體和引發(fā)劑等通過無皂乳液聚合方法合成陽離子聚合物乳液,因?yàn)槠鋵误w、引發(fā)劑都有特殊的要求,成本較高.本文采用常規(guī)乳液聚合法合成陽離子聚合物乳液.

    1試驗(yàn)

    1.1材料

    丙烯酸丁酯(BA),工業(yè)級(jí),上海華誼集團(tuán)有限公司;甲基丙烯酸甲酯(MMA),工業(yè)級(jí),上海高橋石化公司;1,3-丁二醇二甲基丙烯酸酯,工業(yè)級(jí),上海卓銳化工有限公司;丙烯酸乙酯,工業(yè)級(jí),廈門市德祥化工有限公司;過硫酸銨(APS),分析純,上海恒利精細(xì)化工有限公司;非離子乳化劑XL一50,工業(yè)級(jí),巴斯夫中國有限公司;平平加0,工業(yè)級(jí),廣州天金化工有限公司;十六烷基三甲基溴化銨,工業(yè)級(jí),上海金山經(jīng)緯化工有限公司;KRC黃、D301蘭、D118紅,工業(yè)級(jí),上海油墨泗聯(lián)化工有限公司;陰離子粘合劑,工業(yè)級(jí),常州漢斯化學(xué)品有限公司.

    1.2儀器

    SD—PD—01—180型涂料染色機(jī)(江蘇省常州市東高染整有限公司、無錫市勝東紡織印染設(shè)備廠聯(lián)合研制)、Y571B型摩擦牢度儀(常州)、YG982型燈箱(常州)、800B離心機(jī)(上海)、Datacolor SF600 PlusCT測配色儀(瑞士)、SW一24A耐洗色牢度儀(常州)、沖壓機(jī)CP一25C(上海)、游標(biāo)卡尺(上海)、WDT一5微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)(深圳).

    1.3陽離子乳液合成

    將裝有回流冷凝管、攪拌器、滴液漏斗的四口燒瓶置于恒溫水浴槽中,加入乳化劑十六烷基三甲基溴化銨、非離子乳化劑XL一50、非離子乳化劑平平加O和蒸餾水620 g,攪拌均勻,升溫至85℃,加入過硫酸銨,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單體混合物,調(diào)節(jié)乳液pH值至3~5,控制滴加速度,滴加時(shí)間為3 h,滴加完補(bǔ)加定量過硫酸銨,保溫l h,升溫至90℃,保溫1h,冷卻至60℃過濾出料.

    1.4陽離子粘合劑染色樣制備

    1.4.1生產(chǎn)前應(yīng)注意的幾個(gè)問題

    涂料染色半制品要求較高,要做到燒毛勻凈(4級(jí)以上),布面毛效要求一致,控制在8 cm以上,白度適中均勻.尤其要加強(qiáng)退漿處理,保證漿料退盡,布面保持中性,落布干燥含潮率一致,布面平挺無皺.

    化料必須嚴(yán)格按操作程序進(jìn)行,其配制程序如下:高位槽內(nèi)加入適量冷水,然后依次加入粘合劑、涂料色漿等,邊加邊溫和攪拌至均勻。

    為了防止前后色差,應(yīng)保持浸軋液面高度一致.

    采用均勻軋車一浸多軋,嚴(yán)格控制紅外線預(yù)烘溫度,防止涂料泳移和粘結(jié)導(dǎo)輥.

    1.4.2工藝流程及工藝條件

    半制品→涂料軋染(均勻軋輥,軋余率70%)→紅外烘干(紅外溫度25℃)→熱風(fēng)烘干(熱風(fēng)烘房溫度110℃)→夕林烘干(烘筒溫度130℃)→預(yù)縮→成品.

    涂料染色配方:22 g/L KRC黃,20 g/L D301蘭,13 g/L D118紅,80 g/L粘合劑.

    1.5測試及表征

    1.5.1 陽離子粘合劑基本性能測試

    (1)粒徑分布:采用Mastersizer 2000激光粒徑分析儀測試.

    (2)外觀:目測.

    (3)含固量:準(zhǔn)確稱取一定量樣品,放入潔凈干燥稱量瓶中,80℃烘干至恒量;置于干燥器中l(wèi)~2 h后稱重,按式(1)計(jì)算含固量:

    含固量=(m2-mo)/(m1-mo)x 100% (1)

    式中,m。為稱量瓶質(zhì)量;m1為產(chǎn)品和稱量瓶總質(zhì)量;m2為烘干后產(chǎn)品和稱量瓶總質(zhì)量.

    (4)粘度:采用NDJ一9s數(shù)字粘度計(jì),將試樣容器中的試樣和轉(zhuǎn)子恒溫至(25±0.5)℃,并使試樣溫度均勻.

    (5)離心穩(wěn)定性將樣品用800B離心機(jī),以3 000 r/min處理30 min,觀察有無分層和沉淀.

    (6)稀釋穩(wěn)定性將樣品稀釋至含固量為3%,然后倒入試管中,放置72 h,觀察其是否分層.若無分層現(xiàn)象說明待測乳液稀釋穩(wěn)定性好;若有分層現(xiàn)象,則需進(jìn)一步測量澄清液高度,澄清液高度越高,則其稀釋穩(wěn)定性越差.

    1.5.2陽離子粘合劑成膜性能測試

    (1)室溫成膜性:將少量乳液倒在聚四氟乙烯板上,室溫下自然干燥成膜,觀察其室溫成膜性.

    (2)膠膜溶失率:取一定量的膠膜,分別于不同溫度下焙烘3 min,取出,冷卻,稱重(m1);然后將膠膜置于水中24 h,取出烘干,稱重(m2);按式(2)計(jì)算膠膜的溶失率.

    膠膜的溶失率=(m1-m2)/m1 x100% (2)

    (3)膠膜吸水率:稱取少量乳液,在遠(yuǎn)紅外線快速干燥器內(nèi)快速烘干,取出、冷卻并稱重(m1);然后將膠膜置于去離子水中24 h后取出,用濾紙擦凈表面水跡,稱重(m2);按式(3)計(jì)算膠膜的吸水率.

    膠膜的吸水率=(m2-m1)/m1 x100% (3)

    (4)膠膜斷裂強(qiáng)度及斷裂伸長率:用XFX啞鈴型制樣機(jī)裁取長為20 mm、工作部分寬為4 mm的樣條,使用WDT一5微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測定.

    1.6陽離子粘合劑應(yīng)用性能測試

    1.6.1顏色深度

    顏料深度是指不透明的固體物質(zhì)的顏色給予人們的直觀深度感覺或顏色的濃度,其大小常受固體物質(zhì)中有色物質(zhì)含量的多少、有色物質(zhì)的物理狀態(tài)、固體表面的光學(xué)性質(zhì)等各種因素的影響,顏色深度值的大小通常用Kubelka—Munk函數(shù)的(K/S)值來表示即:

    K/S=(1-R) 2/2R

    式中:K為吸收系數(shù),S為散射系數(shù),R為分光反射率.

    K/S值越大,表示顏色越深;K/S值越小,則表示顏色越淺.

    測試方法:采用Datacolor SF600 PlusCT電腦測色配色系統(tǒng)測定染色織物K/S值.

    1.6.2色度值

    自然界中的所有顏色都可以用明度、色調(diào)和飽和度三個(gè)基本屬性來描述.明度指人眼對物體的明暗感覺,是表示物體表面明亮程度的一種屬性;色調(diào)指顏色的基本色澤,是彩色彼此互相區(qū)分的特性;飽和度是指彩色的純潔性.一般來說,明度決定于有色物質(zhì)的濃淡,色調(diào)決定于有色物質(zhì)的顏色,飽和度則和顏色的鮮艷度有關(guān)顏色的這三個(gè)屬性或三個(gè)參數(shù)(L,a,b)就構(gòu)成了顏色的三維空間.

    測試方法:采用Datacolor SF600 PlusCT電腦測色配色系統(tǒng)測定染色織物的明度L、色調(diào)a和b、彩度C以及色相h.

    1.6.3色牢度

    耐摩擦色牢度的測定(參照GB/T 3920—1997),用Datacolor SF600 PlusCT測配色儀進(jìn)行沾色評(píng)級(jí).

    耐洗色牢度的測定(參照GB/T 3921.1—1997),用Datacolor SF600 PlusCT測配色儀進(jìn)行變色和沾色評(píng)級(jí).

    1.6.4織物上游離甲醛含量

    織物上游離甲醛含量測定按AATCC一112規(guī)定方法(萃取法)測定.

    2結(jié)果與討論

    2.1陽離子粘合劑的基本性能

    陽離子粘合劑粒徑見圖1.

圖1 陽離子粘合劑粒徑及分布

    乳膠粒的尺寸及尺寸分布是乳液聚合的一個(gè)重要參數(shù),他們直接關(guān)系著聚合物的性能,同時(shí)也反映了聚合歷程由圖1可看出,陽離子粘合劑粒徑較小,其粒徑值在20~50 nm,乳液粒徑及其分布因數(shù)越小,穩(wěn)定性越高,同時(shí)陽離子粘合劑在織物表面成膜也均勻.

    將陽離子粘合劑與常規(guī)陰離子粘合劑進(jìn)行比較,結(jié)果見表1.

    表1 陽離子粘合劑與常規(guī)陰離子粘合劑基本性能比較

    由表1知陽離子粘合劑在外觀、含固量、粘度、離心穩(wěn)定性及稀釋穩(wěn)定性方面與常規(guī)陰離子相近,可以適應(yīng)工廠應(yīng)用環(huán)境.

    在合成陽離子粘合劑過程中,乳化劑用量過低時(shí),會(huì)出現(xiàn)凝膠、分層現(xiàn)象.這是因?yàn)槿榛瘎舛容^低時(shí),僅部分乳膠粒表面被乳化劑分子所覆蓋,故乳膠粒易發(fā)生聚集,由小乳膠粒生成大乳膠粒.當(dāng)乳化劑用量增加時(shí),聚合速率提高,乳液的外觀逐漸變得透明且藍(lán)光明顯.這是因?yàn)槿榛瘎┯昧吭龃螅z束數(shù)目越多,成核粒子數(shù)增加,使得乳膠粒子變小,表現(xiàn)為乳膠透明且藍(lán)光足.但是,當(dāng)乳化劑用量過多時(shí)會(huì)影響陽離子粘合劑耐水性和色牢度.

    2.2膜性能

    陽離子粘合劑在成膜過程中是成連續(xù)膜,在成膜過程中粘合劑交聯(lián)點(diǎn)之間的分子鏈的長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單個(gè)鏈段的長度,作為運(yùn)動(dòng)單元的鏈段仍可以運(yùn)動(dòng),表現(xiàn)為成膜均勻且連續(xù).當(dāng)交聯(lián)程度過大,導(dǎo)致交聯(lián)距變短,形成的分子網(wǎng)絡(luò)過于致密而不利于分子鏈段的運(yùn)動(dòng)和相互纏結(jié),使分散在水中的粘合劑顆粒不易靠攏、接觸,致使粘合劑不易成膜.在陽離子粘合劑成膜后對其膠膜溶失率進(jìn)行測定,具體結(jié)果見圖2.

圖2溫度對膠膜溶失率的影響

    在100℃以下膠膜的溶失率要明顯高于100℃以上,這是由于在100℃以下,粘合劑大分子未發(fā)生有效的交聯(lián).在120℃過后,膠膜的溶失率相差無幾,可見本陽離子粘合劑在120℃交聯(lián)完全.

    陽離子粘合劑膠膜的吸水性較小,其吸水率是18%,相對于常規(guī)陰離子粘合劑的28%,其表現(xiàn)出更優(yōu)異的耐水洗性能.在對膠膜進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)可知,陽離子粘合劑膠膜最大拉伸強(qiáng)度是1.34 MPa.在合成過程中通過調(diào)整軟硬單體比值,使分子間的交聯(lián)密度及分子間的運(yùn)動(dòng)性達(dá)到最佳程度,從而使膜既有適當(dāng)?shù)娜嵝杂钟羞m宜的剛性.當(dāng)硬段含量太高,約束了聚合物鏈段的活動(dòng)和擴(kuò)散能力,導(dǎo)致涂膜變硬變脆,失去柔性,拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率降低.此外,這也可能由于硬段含量較低時(shí),較長的軟段難以與硬段微區(qū)相互滲透,使硬段也能很好地相互聚集,形成規(guī)整度較高的硬段微區(qū),在宏觀上表現(xiàn)為拉伸強(qiáng)度增大,韌性變好.

    2.3陽離子涂料染色效果

    2.3.1顏色性質(zhì)

    由表2可知,陽離子粘合劑染色后織物的K/S值增加,這表明涂料染色后織物得色增加.染色織物的明度L,紅綠a,黃綠b,飽和度c的測試值表明采用陽離子粘合劑染色未使織物色光萎暗.色相值h表明采用陽離子粘合劑染色與采用常規(guī)陰離子粘合劑染色具有相似色相.即工廠可根據(jù)常規(guī)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行染色色光調(diào)整。

    表2粘合劑對染色后織物顏色的影響

    2.3.2陽離子粘合劑涂料染色織物色牢度

    粘合劑質(zhì)量好壞直接影響涂料染色織物的色牢度.將陽離子粘合劑與陰離子粘合劑在涂料染色大生產(chǎn)過程中進(jìn)行應(yīng)用比較,摩擦牢度結(jié)果見表3,耐洗色牢度比較見表4.

    表3粘合劑對染色后織物摩擦牢度的影響

    由表3可以看出,在同樣生產(chǎn)條件下,陽離子粘合劑染色后織物的濕摩擦牢度可提高1級(jí).涂料染色織物的耐洗色牢度反映了涂料與織物的結(jié)合牢度,同時(shí)也反映了水洗脫落的涂料粒子沾移到多纖維貼襯上的沾移程度.由表4可知,陽離子粘合劑的水洗沾色牢度要高于常規(guī)陰離子粘合劑0.5級(jí).

    表4粘合劑對染色后織物耐洗色牢度的影響

    2.3.3織物上游離甲醛含量

    取大樣生產(chǎn)織物進(jìn)行甲醛含量測試,測試結(jié)果是甲醛含量0,陽離子粘合劑完全不含有甲醛,同時(shí)在生產(chǎn)過程中也不會(huì)有甲醛釋放出來,可以達(dá)到安全綠色生產(chǎn).

    3結(jié)論

    陽離子粘合劑粒徑小且分布均勻,乳液穩(wěn)定性好,粘度低.在染色過程中陽離子粘合劑與棉纖維具有較強(qiáng)的結(jié)合力,能在織物表面形成完整均勻的薄膜.與常規(guī)涂料染色相比,陽離子粘合劑染色后織物的K/S值明顯增大,色牢度提高,這是陽離子粘合劑涂料染色最大優(yōu)勢;同時(shí)染色后織物手感柔軟且完全不含有甲醛.染色后織物環(huán)保性能滿足《國家紡織產(chǎn)品基本安全技術(shù)規(guī)范》GB 18401—2003要求,該質(zhì)量指標(biāo)高于棉印染布產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)GB一411—77—1993標(biāo)準(zhǔn);且在本次整個(gè)大樣生產(chǎn)過程中未出現(xiàn)粘輥現(xiàn)象.

    來源: 印染在線   作者:紀(jì)俊玲,蔣菲,張聰,潘秋星

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