一種用于磨料載體紡織品的新型水性膠乳分散體

M. Karnop， S. Butz Synthomer 公司(德國)

目前，磨料可通過不同的形式制得，其不僅可用于銳化，還可用于平滑和拋光物體，使物體尺寸穩(wěn)定。常見的磨料形式有砂帶、纖維盤、彈性磨盤、研磨套及拋光工具，這些磨料具有不同的尺寸和格式，以滿足各種應(yīng)用需求(圖1)。

圖1 各種類型的磨料

紡織品基工業(yè)磨料是一類重要的磨料形式。30多年來，水性聚合物分散體越來越多地用于制造此類產(chǎn)品，以增強磨料的力學(xué)性能、耐熱性和層間黏附力，延長其使用壽命。

通常磨料采用由棉、聚酯或其混紡物制成的浸漬編織物作為載體，并在載體的背面和上方涂覆磨料顆粒，將磨料顆粒置于載體上方，同時采用酚醛樹脂固結(jié)而成(圖2)。

圖2 磨料結(jié)構(gòu)示意圖

使用水性聚合物分散體浸漬并涂覆載體可以改變織物的手感和剛性，增強磨料顆粒層與載體之間的力學(xué)性能和剝離強度，提升磨料對冷卻液的耐熱性與耐久性，同時還可防止載體上方的酚醛樹脂涂層損壞紡織品載體。

隨著技術(shù)和監(jiān)管要求的不斷提高，德國Synthomer公司開發(fā)出新一代水性聚合物產(chǎn)品Acralen SNX。與久經(jīng)市場基準考驗的Acralen BS產(chǎn)品相比，新產(chǎn)品具有更好的力學(xué)性能，更高的剝離強度和耐熱性，且更環(huán)境友好。

在產(chǎn)品開發(fā)過程中，Synthomer公司對不同的主要原料，如基礎(chǔ)單體、功能單體、交聯(lián)劑和表面活性劑進行了改進，并對聚合工藝參數(shù)進行優(yōu)化，以確保產(chǎn)品為具有低碳足跡的清潔型低揮發(fā)性有機化合物(VOC)產(chǎn)品。

1 聚合物分散性能

與Acralen BS產(chǎn)品40%(質(zhì)量分數(shù))的乳膠固含量相比，Acralen SNX的固含量提高了10%，其乳膠固含量達50%。新產(chǎn)品的開發(fā)目標是在改善水性聚合物分散體力學(xué)性能的同時，保持前一代產(chǎn)品的其他性能，如耐化學(xué)性和耐熱性。為此，對聚合工藝進行優(yōu)化，以確保所得聚合物分散體在乳膠固含量提高10%的情況下仍具有較少的凝結(jié)物，同時確保顆粒粒徑均勻，以改善產(chǎn)品質(zhì)量(圖3和表1)。

a) Acralen BS

b) Acralen SNX

表1 Acralen BS和Acralen SNX產(chǎn)品的典型聚合物分散性能對比

2 剝離強度和黏附力

在基于紡織品的磨料中，聚合物分散體的關(guān)鍵作用之一是增強研磨顆粒與載體之間的力學(xué)黏合，且這種黏合作用與紡織品中纖維的類型無關(guān)。研磨顆粒和載體間的黏合與磨料的耐久性和使用壽命有關(guān)。磨料的力學(xué)黏合通過測量膠合到定義基材上的完全精制的研磨織物在90°下的剝離黏合力表征。采用拉伸機測量適當拉伸角度下材料的剝離力，以衡量磨料涂層與紡織品載體間的黏合質(zhì)量。

研究將新開發(fā)的Acralen SNX產(chǎn)品與Acralen BS產(chǎn)品及Synthomer公司的其他3種產(chǎn)品(試樣1～試樣3)的剝離強度進行了對比。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所有試樣中Acralen SNX產(chǎn)品表現(xiàn)出的剝離強度最高，相比前一代Acralen BS產(chǎn)品及其他競爭產(chǎn)品，其剝離強度提高了約10%(圖4)。

圖4 幾種聚合物分散體的剝離強度對比(90°下剝離)

3 耐熱性

研磨和拋光加工通常以非常高的速度進行。因此，在開發(fā)用于工業(yè)磨料的高性能分散體時，耐熱性是一項重要特性。

聚合物分散體的配方，尤其是單體和交聯(lián)劑的組分對其耐熱性有顯著的影響。為此，項目對Acralen SNX產(chǎn)品及其他含不同單體組分與交聯(lián)劑的Synthomer產(chǎn)品進行了評估。

通過熱力學(xué)分析(TMA)測試，測量溫度為-50～ 150 ℃范圍內(nèi)，在恒定負載(500 mN)作用下，隨著測試溫度的增加，測試試樣的針刺穿透程度，以衡量聚合物的耐熱性。

對每種試樣進行2次循環(huán)測試，以獲得相關(guān)結(jié)論。測試結(jié)果如圖5所示，圖中實線為探頭位置測試結(jié)果，虛線為應(yīng)變測試結(jié)果。由圖5可以看出，Acralen SNX在溫度約為40 ℃時略微軟化，并在溫度達150 ℃時保持相對穩(wěn)定，試樣3則在整個測試期間顯示出更高程度的軟化。

圖5 TMA測試方法

Acralen SNX產(chǎn)品在第二次循環(huán)測試中表現(xiàn)出更好的耐熱性，表明經(jīng)第一次循環(huán)測試后，交聯(lián)劑在高溫下活化。與試樣3相比，Acralen SNX的耐熱性和熱穩(wěn)定性明顯提高。

4 與酚醛樹脂共混

酚醛樹脂常用于表面研磨砂的固定，Acralen SNX產(chǎn)品與酚醛樹脂具有良好的相容性。將少量的Acralen SNX與樹脂混合，可使樹脂具有柔韌性，從而使磨料成品可承受終端制造過程中的各種彎曲。所得磨料可經(jīng)受各種角度的拉伸和彎曲，更好地適應(yīng)磨削工具和基材。

5 結(jié)論

新開發(fā)的Acralen SNX產(chǎn)品具有非常好的剝離強度、黏附力和耐熱性，熱穩(wěn)定性較高，可改善用于工業(yè)的紡織品基磨料的耐久性。通過工藝參數(shù)優(yōu)化和現(xiàn)代質(zhì)量控制，開發(fā)的Acralen SNX產(chǎn)品粒徑分布均勻，固含量相比前一代產(chǎn)品提高10%。