用于印花的含硅丙烯酸酯乳液制備工藝研究*

曾顯華，賈永堂，黃智福，高 松

（1.五邑大學(xué)，廣東 江門(mén) 529020；2.廣東彩格科技有限公司，廣東 江門(mén)529000）

用于印花的含硅丙烯酸酯乳液制備工藝研究*

曾顯華1，賈永堂1，黃智福2，高 松2

（1.五邑大學(xué)，廣東 江門(mén) 529020；2.廣東彩格科技有限公司，廣東 江門(mén)529000）

通過(guò)乳液聚合法合成印花用含硅丙烯酸酯乳液，采用正交試驗(yàn)方法研究了各制備時(shí)間對(duì)印花性能的影響，得出了較佳的制備工藝：預(yù)乳化時(shí)間是1 h，成核反應(yīng)時(shí)間為1 h，核殼聚合反應(yīng)時(shí)間為2 h，保溫時(shí)間為2 h，制備的含硅丙烯酸酯乳液印花性能干擦牢度達(dá)4.5級(jí)、濕擦牢度3級(jí)、熱壓牢度4級(jí)、水洗牢度4.5級(jí)。

印花；含硅丙烯酸酯；乳液聚合；正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

印花用丙烯酸酯乳液存在一些固有缺陷，如耐水性耐洗性差、高溫易發(fā)黏、手感不佳等[1-3]。為了克服這些缺點(diǎn)，人們開(kāi)始對(duì)其進(jìn)行改性，如有機(jī)硅改性、氟改性或者有機(jī)硅和氟同時(shí)改性等[4]。由于利用氟改性的成本相對(duì)較高，而有機(jī)硅改性的成本就比較適中且能夠達(dá)到更好的性能[5]。

乳液聚合法能夠得到具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的有機(jī)硅改性丙烯酸酯乳液，其共聚乳液的粒徑分布均勻，且成膜性良好[6]，是目前最有效也是最常用的方法。由于合成核殼型有機(jī)硅改性丙烯酸酯乳液的工序長(zhǎng)、工藝復(fù)雜，制備工藝關(guān)系到丙烯酸酯乳液生產(chǎn)過(guò)程中印花性能及質(zhì)量穩(wěn)定性，其中制備時(shí)間有著重要的影響。本論文著重探討預(yù)乳化時(shí)間、成核反應(yīng)時(shí)間、核殼聚合反應(yīng)時(shí)間及保溫時(shí)間對(duì)印花性能的影響，并通過(guò)正交試驗(yàn)確定了較佳的制備工藝。

1 實(shí)驗(yàn)部分

丙烯酸丁酯 （BA）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丙烯酸 （AA）、聚氧乙烯壬基酚醚（OP-10） (以上產(chǎn)品為分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠)使用前均用堿洗以除去阻聚劑；八甲基環(huán)四硅氧烷 （D4） (工業(yè)級(jí)，廣州市聚成兆業(yè)有機(jī)硅原料有限公司)；十二烷基硫酸鈉 （K12）(化學(xué)純，廣州市番禺力強(qiáng)化工廠)；氨水 (市售)。

1.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用正交試驗(yàn)法，設(shè)計(jì)了四因素三水平指標(biāo)，研究各因素對(duì)乳液制備及其性能的影響。正交試驗(yàn)因素和水平表見(jiàn)表1。

表1 因素與水平表

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

在配備有回流冷凝管、攪拌器的四口燒瓶中依次加入150 mL蒸餾水、8 g乳化劑OP-10和1 g K12，攪拌速度為200 r/min，稱(chēng)取8 g丙烯酸、18 g丙烯酸丁酯、10 g甲基丙烯酸甲酯和10 g八甲基環(huán)四硅氧烷攪拌均勻于恒壓滴液漏斗中，再溶解1 g過(guò)硫酸銨于40 mL蒸餾水中，待水浴加熱升溫至80℃時(shí)分別滴加混合單體和引發(fā)劑，滴加時(shí)間為1～3 h（預(yù)乳化時(shí)間），滴加完就開(kāi)始保溫1～3 h（成核反應(yīng)時(shí)間），保溫結(jié)束后調(diào)節(jié)乳液的pH值為5~6。然后稱(chēng)量3 g甲基丙烯酸縮水甘油酯，11 g丙烯酸丁酯、8 g甲基丙烯酸丁酯和5 g八甲基環(huán)四硅氧烷作為第二次滴加混合單體，稱(chēng)量2 g十二烷基硫酸鈉和0.5 g過(guò)硫酸銨溶解于20 mL蒸餾水中，第一次保溫結(jié)束后開(kāi)始第二次滴加單體和引發(fā)劑，滴加時(shí)間為1～3 h（核殼聚合反應(yīng)時(shí)間），滴加結(jié)束后開(kāi)始第二次保溫，保溫1～3 h后 （保溫時(shí)間）冷卻至45℃以下，調(diào)節(jié)pH值在6~8之間，得所需乳液產(chǎn)品。

1.4 性能測(cè)試

取反應(yīng)好的乳液若干，置于一個(gè)干燥的塑料罐中，使其pH值介于7~8，加入增稠劑在分散機(jī)700~1 200 r/min的分散速度下分散均勻，將分散好的膠漿按照100∶8的比例加入紅的色漿，然后印布，白布是印4次，黑布印3次。

無(wú)恒產(chǎn)而有恒心者，惟士為能。若民，則無(wú)恒產(chǎn)，因無(wú)恒心。茍無(wú)恒心，放辟邪侈，無(wú)不為已。及陷于罪，然后從而刑之，是罔民也。焉有仁人在位罔民而可為也？是故明君制民之產(chǎn)……然后驅(qū)而之善，故民之從之也輕。今也制民之產(chǎn)……此惟救死而恐不贍，奚暇治禮義哉？[4](P211)

（1）熱壓測(cè)試：根據(jù)GB/T6152-1997《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)蜔釅荷味取穼⒂杏』ǖ陌撞紝?duì)折，使印花部分剛好平分并對(duì)壓放在燙畫(huà)機(jī)PFD-10的載物板上，溫度為150℃的高溫，蓋上高溫板10 s后取出布?jí)K，冷卻2 h后撕開(kāi)對(duì)折部分，觀察印花的脫落、黏著程度并判級(jí)。

（2）干、濕擦測(cè)試：根據(jù)GB/T3920-2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)湍Σ辽味取穼⒂杏』ǖ陌撞佳b在YB571B型的干濕擦測(cè)試機(jī)上，使用專(zhuān)用的紗布進(jìn)行干擦測(cè)試，觀察紗布上的顏色，根據(jù)顏色的深淺和標(biāo)準(zhǔn)比色卡對(duì)比判級(jí)；濕擦的測(cè)試和干擦類(lèi)似，只是先潤(rùn)濕均勻然后在設(shè)備上進(jìn)行測(cè)試。

（3）水洗性測(cè)試：根據(jù)GB/T3921-2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)驮硐瓷味取分械挠嘘P(guān)標(biāo)準(zhǔn)將有印花的黑布放在家用的洗衣機(jī)上進(jìn)行水洗，根據(jù)掉色的程度判級(jí)。

2 結(jié)果與討論

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

正交試驗(yàn)所得到的結(jié)果如表2所示。對(duì)表2中各因素的水平數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，計(jì)算出極差，結(jié)果列于表3。

表2 乳液正交試驗(yàn)結(jié)果

表3 各因素極差值

2.2 干擦牢度

由表3可知，對(duì)干擦牢度的影響因素順序?yàn)镈、A、C、B，即保溫時(shí)間對(duì)干擦牢度影響最大，預(yù)乳化時(shí)間及核殼聚合反應(yīng)時(shí)間次之，成核反應(yīng)時(shí)間對(duì)其影響最小。按照各因素水平平均值大小，干擦牢度最優(yōu)的水平為A2B1C1D2。

2.3 濕擦牢度

由表3可知，對(duì)濕擦牢度的影響因素順序?yàn)锽、D、C、A，即成核反應(yīng)時(shí)間對(duì)濕擦牢度影響最大，保溫時(shí)間次之，隨后是核殼聚合反應(yīng)時(shí)間，預(yù)乳化時(shí)間對(duì)其影響最小。按照各因素水平平均值大小，濕擦牢度最優(yōu)的水平為A3B1C2D1。

2.4 熱壓牢度

由表3可知，對(duì)熱壓牢度的影響因素順序?yàn)锽、C、D、A，即成核反應(yīng)時(shí)間對(duì)熱壓牢度影響最大，核殼聚合反應(yīng)時(shí)間次之，隨后是保溫時(shí)間，預(yù)乳化時(shí)間對(duì)其影響最小。按照各因素水平平均值大小，熱壓牢度最優(yōu)的水平為A1B1C3D2。

2.5 水洗牢度

由表3可知，對(duì)水洗牢度的影響因素順序?yàn)镈、B、C、A，即保溫時(shí)間對(duì)水洗牢度影響最大，成核反應(yīng)時(shí)間次之，核殼聚合反應(yīng)時(shí)間隨后，預(yù)乳化時(shí)間對(duì)其影響最小。按照各因素水平平均值大小，水洗牢度最小的水平為A1B3C2D2。

2.6 較優(yōu)水平組合

綜合以上各因素對(duì)乳液性能的影響，發(fā)現(xiàn)水洗牢度、熱壓牢度和干擦牢度受試驗(yàn)因素的影響較大。將以上這些因素對(duì)含硅丙烯酸酯乳液的印花性能進(jìn)行綜合析，從而找出較優(yōu)水平組合，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 較優(yōu)因素和水平組合表

由表4可知，預(yù)乳化時(shí)間最佳是A1，成核反應(yīng)時(shí)間最佳為B1，核殼聚合反應(yīng)時(shí)間最佳為C2，最佳保溫時(shí)間為D2，因此A1B1C2D2為制備含硅丙烯酸酯乳液的最佳條件，即當(dāng)預(yù)乳化時(shí)間最佳是1 h，成核反應(yīng)時(shí)間為1 h，核殼聚合反應(yīng)時(shí)間為2 h，保溫時(shí)間為2 h時(shí)，可以制備出印花性能良好的含硅丙烯酸酯乳液。

2.7 較優(yōu)水平組合試驗(yàn)

由表5根據(jù)優(yōu)化工藝制備的含硅丙烯酸酯乳液印花性能測(cè)試可知，干擦牢度達(dá)4.5級(jí)、濕擦牢度3級(jí)、熱壓牢度4級(jí)、水洗牢度4.5級(jí)，根據(jù)以上分析，成核反應(yīng)時(shí)間和保溫時(shí)間對(duì)印花性能影響較大。在本試驗(yàn)中，預(yù)乳化后，乳液中已經(jīng)有聚合物生成，因?yàn)槿榛c聚合是同時(shí)進(jìn)行的，成核反應(yīng)中主要是甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸聚合生成聚丙烯酸酯，單體的聚合過(guò)程是在乳膠粒中進(jìn)行的，不斷消耗單體，形成核層，所以單體滴加完后要進(jìn)行保溫，讓所有的單體都反應(yīng)成核，提高單體的利用率和轉(zhuǎn)化率，為成殼階段提供更多的“核”，減少為反應(yīng)的單體存在，提高織物的性能，因此，成核反應(yīng)時(shí)間約為1 h即可；而對(duì)于保溫時(shí)間，在種子乳液聚合中，聚合反應(yīng)時(shí)間不宜太短，否則反應(yīng)不完全，產(chǎn)率較低，存在大量小分子單體，增大分散系數(shù)，但反應(yīng)時(shí)間太長(zhǎng)會(huì)使凝膠率增大，影響乳液印花性能。

表5 較優(yōu)水平組合印花性能

3 結(jié)語(yǔ)

合理地確定制備工藝對(duì)丙烯酸酯乳液的印花性能有著重要的影響，正交試驗(yàn)表明：當(dāng)預(yù)乳化時(shí)間最佳是1 h，成核反應(yīng)時(shí)間為1 h，核殼聚合反應(yīng)時(shí)間為2 h，保溫時(shí)間為2 h，制備的含硅丙烯酸酯乳液印花性能干擦牢度達(dá)4.5級(jí)、濕擦牢度3級(jí)、熱壓牢度4級(jí)、水洗牢度4.5級(jí)。

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ZEANG Xian-hua1，JIA Yong-tang1，HUANG Zhi-fu2，GAO Song2

(1.Wuyi university，Jiangmen 529020，China; 2.Guangdong Caigle Science and Technology Co.，Ltd.，jiangmen 529000，China)

STUDY ON PREPARATION TECHNOLOGY OF SILICONATED POLYACRYLATE EMULSION FOR PRINTING

The siloxane emulsion was synthesized by emulsion polymerization.The effect of different preparation time on performances of printing was studied by orthogonal experiment.The result showed that when the pre-emulsifying time was 1 hours，the nucleation reaction time was 1 hours， core-shell polymerization reaction time was 2 hours，the holding time was 2 hours，the dry and wet color fastness to rubbing were level 4～5 and 3 respectively，the color fastness to hot pressing was level 4，the color fastness to soaping was level 4～5.

printing;siliconated polyacrylate;emulsion polymerization;orthogonal tests design

TQ264.1

A

10.3969／j.issn.1672-500x.2014.03.004

1672-500X(2014)03-0012-03

2014-07-02

曾顯華 （1977-），廣西貴港人，博士，講師，主要從事高分子功能材料研究。

廣東省教育部產(chǎn)學(xué)研結(jié)合項(xiàng)目 （2012B091100366、2011B090300028）、五邑大學(xué)校青年基金。