納米黏合劑論文：納米黏合劑制備及適用探究
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本文作者：李正雄作者單位：上海雅運紡織助劑有限公司
1乳化劑的影響
乳液聚合大多采用陰離子和非離子表面活性劑組成復合乳化劑。本試驗采用十二烷基硫酸鈉和特殊非離子表面活性劑組成陰/非離子復合乳化劑，對其用量及配比進行試驗，結果見表1和表2。由表1可知，乳化劑用量小，會出現(xiàn)破乳、沉淀等現(xiàn)象。乳化劑用量小，一方面不能使單體分散成細小液滴;另一方面，會出現(xiàn)部分乳膠粒表面不能被乳化劑分子完全覆蓋的“禿頂”現(xiàn)象，這樣就會導致乳液體系表面自由能提高，使得乳液穩(wěn)定性下降，以致破乳。表2的試驗結果表明，陰/非復配比在1∶2～1∶4時，即采用以非離子為主體，加入少量陰離子所組成的復合乳化劑，乳化效果較好。兩者復配使用，陰離子乳化劑使乳膠粒間有很大的靜電斥力，非離子乳化劑在乳膠粒表面形成厚的水化層，它們的協(xié)同作用使聚合物乳液的穩(wěn)定性大大提高。
2功能單體AA的影響
丙烯酸(AA)是一種親水性單體，既能溶于水相又能溶于油相。在丙烯酸酯中常加入AA共聚以進行羧化改性。本試驗考察了AA用量對乳液性能的影響，結果如表3所示。從表3可以看出，加入AA有利于提高乳液聚合的穩(wěn)定性，不加則會出現(xiàn)破乳現(xiàn)象，而加入1%以上的AA，聚合就能順利進行。這是因為聚合物中AA的羧基在解離時，聚合物粒子表面聚集了帶負電荷的—COO－基，負電荷相互排斥，因此，乳膠粒子之間不易聚集，從而提高了乳液的穩(wěn)定性。然而，隨著AA用量的增加，印花織物的耐濕摩擦牢度稍有下降。由于AA含有親水性羧基，提高其用量會使乳膠膜的親水性增加。此外，乳液聚合后用氨水調(diào)節(jié)pH值到中性至弱堿性，生成部分氨鹽，—COONH4是水溶性基團，耐水性差，所以AA用量的增加，必然導致耐濕摩擦牢度有所下降。隨著AA用量的增加，乳液的黏度稍有增大，這是丙烯酸類聚合物在堿性條件下自增稠的結果。綜合考慮，AA用量為單體質(zhì)量的2．0%～3．0%為宜。
3交聯(lián)單體MX-001的影響
為了提高印花織物的耐濕摩擦牢度和水洗牢度，常在乳液聚合時加入交聯(lián)單體。交聯(lián)單體MAX-001對牢度的影響如表4所示。分析表4試驗結果，增加MX-001用量，印花織物的耐濕摩擦牢度和水洗牢度隨之提高。MX-001是一種多官能團單體，其用量提高，可使共聚物分子鏈的網(wǎng)狀結構變得致密，黏合劑對織物的黏結力增強。然而，交聯(lián)單體MX-001用量也不能過高，一方面，用量過高可能導致交聯(lián)密度過大致使黏合劑分子在織物表面成膜的彈性降低而影響手感;另一方面，MX-001的玻璃化溫度(Tg)為－18℃，用量過高相當于增加了軟單體的比例，從而使耐干摩擦牢度稍有降低。綜合考慮，MX-001用量為2%～4%時可滿足一般印花織物的牢度要求。
乳膠粒徑及分布
乳膠粒徑大小及分布是評價聚合乳液性能的一個重要參數(shù)。它直接影響聚合物的性能，同時也反映了乳液聚合反應的歷程。本試驗中，乳液聚合的乳膠粒子分布曲線如圖1所示。從圖1可知，乳膠粒子的平均粒徑為116．6nm，分布較窄。多分散指數(shù)PDI為0．023，說明合成乳膠的粒徑分布非常均勻。根據(jù)HarkinsWD提出的乳液聚合體系的物理模型［3］，乳液聚合最終的乳膠粒徑分布取決于階段Ⅱ(即乳膠粒長大階段)中不同尺寸乳膠粒的相對增長速率。在該階段，自由基主要向乳膠粒中擴散，在乳膠粒中引發(fā)聚合，使得乳膠粒不斷長大。圖1顯示，乳膠粒的粒徑分布均勻，表明在乳膠粒長大階段，發(fā)生在不同尺寸的乳膠粒里的聚合反應速率相差不大，說明乳液聚合過程比較平穩(wěn)。
聚合物的差示掃描量熱分析
涂料印花黏合劑屬成膜性高分子聚合物，一般針對不同用途設計成若干種單體的共聚物乳液。玻璃化溫度(Tg)是表征聚合物的必要參數(shù)之一，可通過差示掃描量熱分析(DSC)測定。本試驗聚合乳液的DSC曲線如圖2所示。從DSC曲線可以看出，聚合物只有一個明顯的玻璃化轉變溫度(Tg)－23．9℃，說明本試驗條件下制備的乳液為均相粒子，單體發(fā)生的是共聚反應，不存在單體自聚現(xiàn)象。乳液共聚物的Tg可用Fox方程近似估算。根據(jù)設計，由Fox方程計算得到聚合物的理論Tg為－23．4℃。通過比較可以看出，實測的Tg與理論值非常接近，符合預期設計。
應用性能
1黏合劑及涂料用量對印花織物性能的影響
黏合劑和涂料用量對印花織物性能的影響見表5。表5表明，制備的無醛黏合劑用量從15%至30%，涂料用量從3%到8%，即從淺色到特深色印花，印花織物的耐干、濕摩擦牢度均超過3～4級。與空白棉布(硬挺度2．9cm)相比，淺色到特深色印花織物的硬挺度在3．3cm左右，提高幅度不大，說明印花織物保持了棉織物原有的柔軟手感，平均粒徑增大1倍，最低成膜溫度提高2．8℃。粒徑越大，其皮膜的致密性與光潔性越差［4］。本試驗制備的乳膠具有較小的平均粒徑(圖1)和較低的Tg(圖2)，因此用于從淺色到特深色印花時，可賦予印花織物良好的牢度和柔軟的手感。
2織物規(guī)格對印花織物性能的影響
織物規(guī)格不同，表面粗糙度各異，必然對印花織物的耐摩擦牢度造成不同影響。不同規(guī)格的棉織物經(jīng)特深色印花后，其牢度性能如表6所示。從表6不難看出，雖然織物規(guī)格不同，但經(jīng)深色印花后的干摩擦牢度均超過3級，濕摩擦牢度均超過2級，皂洗牢度也在4級以上，均符合國家標準。這說明制備的黏合劑應用于深色印花時，對織物的選擇范圍單面棉汗布的耐摩擦牢度比全棉府綢的低1級左右，這可能是單面棉汗布表面比較粗糙，摩擦因數(shù)高于全棉府綢的緣故［5］。
