涂料印花增稠劑是印花糊料中重要的組成部分,它可使糊料具有良好的黏度和流變性,防止染料由于織物的毛細(xì)效應(yīng)而從著色部位向非著色部位滲化。聚丙烯酸陰離子型增稠劑雖然目前使用最廣泛,但是其耐電解質(zhì)能力較差,所以需要對(duì)其進(jìn)行改性。改性的方法是將長(zhǎng)鏈單體引入共聚物分子鏈,形成分子問締合Es]。使用比較多的單體是甲基丙烯酸十八酯,甲基丙烯酸十六酯等。但是酯基在酸堿條件下易水解,會(huì)影響締合效果,使耐電解質(zhì)性能受到影響。本研究使用十八烷基乙烯基醚作為疏水單體參與反相乳液聚合反應(yīng),醚鍵受酸堿影響較小,長(zhǎng)鏈烷基可以繼續(xù)發(fā)揮締合作用,改善體系的耐電解質(zhì)能力。
1試驗(yàn)部分
1.1主要原料
丙烯酸(AA),丙烯酰胺(AM),Span80,N,N’一亞甲基雙丙烯酰胺(MBAM),均為化學(xué)純;氫氧化鈉,氯化鈉,過硫酸銨(APS),亞硫酸氫鈉,氯化銅,均為分析純;十八烷基乙烯基醚,煤油,轉(zhuǎn)相劑TX一10,均為工業(yè)品。丙烯酸在氯化亞銅存在下,經(jīng)氮?dú)獗Wo(hù)加熱減壓,蒸餾純化。
1.2反相乳液合成
將80g丙烯酸用氫氧化鈉水溶液中和至一定的pH值,加入水溶性單體丙烯酰胺12.8g,N,N’一亞甲基雙丙烯酰胺,引發(fā)劑過硫酸銨,溶解攪勻,加入由一定量的疏水單體十八烷基乙烯基醚,12.4gSpan80~l煤油120gN成的油相中高速乳化10min。
移至四口燒瓶中,通氮?dú)猓尤雭喠蛩釟溻c,于60℃下引發(fā)聚合。在60℃下保溫3h出料,加入Tx一10,得最終產(chǎn)物。
1.3性能測(cè)試
1.3.1增稠能力和黏度指數(shù)
準(zhǔn)確稱取3g產(chǎn)物,加入水配成3%白漿(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同),攪拌使其充分吸水達(dá)到平衡,采用NDJ一5S數(shù)顯黏度計(jì)測(cè)試白漿黏度。計(jì)算60r/min和6r/min下白漿的黏度比值VI,比值越小表示流體黏度隨剪切應(yīng)力變大而減小的程度越明顯,漿料流變性越好。
1.3.2黏度保留率
配3%的白漿300g,加入0.15g氯化鈉,測(cè)試加鹽前后的黏度,黏度保留率n/=n后/n前。黏度保留率越高,抗電解質(zhì)性能越好。
1.4聚合物乳液轉(zhuǎn)化率測(cè)定
聚合物乳液轉(zhuǎn)化率測(cè)定采用稱重法,取約lg的乳液,加入2%的阻聚劑對(duì)苯二酚溶液后放入烘箱80℃干燥至恒重[加],按照下式計(jì)算轉(zhuǎn)化率式中:投料中不揮發(fā)物指除水、單體外的其他組分。
1.5結(jié)構(gòu)分析
用kvatar一36O型傅立葉變換紅外光譜儀(美國(guó)Nicolet公司)對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)分析。
2結(jié)果與討論
2.1引發(fā)劑用量對(duì)黏度和黏度指數(shù)的影響
體系中引發(fā)劑的量會(huì)決定活性中心的多少,進(jìn)而影響反應(yīng)的速率和聚合物的分子量。由圖1可見,在引發(fā)劑總量小于0.5%(相對(duì)于單體的質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí),體系的黏度隨引發(fā)劑用量的增加而增加,黏度指數(shù)下降;但體系的引發(fā)劑量大于0.5%時(shí),黏度隨體系中引發(fā)劑量的增加而降低,黏度指數(shù)上升。這是因?yàn)橐l(fā)劑的量少,生成的活性中心少,一部分被體系的雜質(zhì)終止失去活性,剩余的少量活性中心不能完全引發(fā)反應(yīng),殘余較多單體,使得增稠性能下降。反應(yīng)活性越多,反應(yīng)速率越快,聚合物分子量少,增稠劑的黏度低。但如果反應(yīng)活性過高,容易發(fā)生凝膠爆聚。為得到穩(wěn)定高效的增稠劑,本實(shí)驗(yàn)測(cè)定的最佳引發(fā)劑的用量為單體用量的0.5%。
2.2交聯(lián)劑對(duì)增稠性能和抗鹽性能的影響
試驗(yàn)考察了交聯(lián)劑對(duì)增稠劑增稠性能和抗鹽性的影響,結(jié)果如圖2所示。
本研究使用的交聯(lián)劑為N,N’一亞甲基雙丙烯酰胺,其分子式為H2C=CH—NHCO—CH2一NHCO—CH=CH2,其雙鍵會(huì)和不同的親水主鏈上的羧基發(fā)生加成反應(yīng),使線形分子鏈變成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),吸收更多的水分子,使得黏度上升,這點(diǎn)從圖2可以得到證實(shí):隨著交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,白漿黏度呈上升趨勢(shì)。但是隨著交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,抗電解質(zhì)性能下降明顯。這是因?yàn)樵龀韯┓肿由系聂然婋x產(chǎn)生的靜電斥力與交聯(lián)點(diǎn)上的回彈力產(chǎn)生平衡。當(dāng)水中外加電解質(zhì)后,中和部分羧基,使得分子內(nèi)的靜電排斥力下降,此時(shí)交聯(lián)點(diǎn)的回彈力占主導(dǎo)地位。網(wǎng)越大,回彈力越強(qiáng),分子蜷曲越顯著,黏度下降越快]。權(quán)衡黏度和抗電解質(zhì)性能兩個(gè)因素,實(shí)驗(yàn)選取N,N’一亞甲基雙丙烯酰胺的用量為單體的0.13%時(shí),得到的二者結(jié)果都較好。
2.3反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間
2.3.1溫度對(duì)增稠性能和抗鹽性能的影響
聚合溫度對(duì)增稠性能影響如圖3所示。由圖3可以看出,隨著溫度的升高,白漿黏度呈下降的趨勢(shì),而抗電解質(zhì)性能加強(qiáng)。這是因?yàn)闇囟仍礁,反?yīng)活性越大,反應(yīng)速率快,生成產(chǎn)物的分子量低,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)小,吸收體系的水的能力降低,黏度下降。同時(shí),當(dāng)分子量大時(shí),體系的網(wǎng)絡(luò)大,回彈力大,當(dāng)外加電解質(zhì)時(shí),靜電斥力消失,網(wǎng)絡(luò)迅速回縮,導(dǎo)致黏度下降顯著。而分子量相對(duì)小時(shí),體系網(wǎng)絡(luò)較小,回彈力有限,另外分子問的物理締合作用還能抵消部分回彈力,使得體系黏度下降不大。但是分子量過小,不能滿足工業(yè)要求,所以結(jié)合兩方面的要求,認(rèn)為60℃比較合適。
2.3.2反應(yīng)溫度和時(shí)間對(duì)轉(zhuǎn)化率的影響
試驗(yàn)小組測(cè)試了在4O,50,60,70℃下,單體的轉(zhuǎn)化率,結(jié)果如圖4所示。
從圖4可以看出:聚合溫度越低,反應(yīng)的誘導(dǎo)期越長(zhǎng),得到的產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率越低。這是因?yàn)檎T導(dǎo)期越長(zhǎng),生成的自由基被體系中的雜質(zhì)終止幾率越大,所以轉(zhuǎn)化率越低。5O℃下,約為2Omin左右引發(fā);60℃約為15mii"1引發(fā);70℃約為l0min左右引發(fā)。但是,在70℃下反應(yīng)引發(fā)時(shí),體系的溫度會(huì)沖過100℃,容易產(chǎn)生凝膠。綜合溫度對(duì)黏度和耐電解質(zhì)性能的影響,認(rèn)為最佳的反應(yīng)溫度為60℃。
由圖4還可以看出,在6O℃下反應(yīng)1h2_后,單體的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)達(dá)到T95%以上,隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng),轉(zhuǎn)化率變化不大。
將不同反應(yīng)時(shí)間的產(chǎn)物放置~段時(shí)間后,比較產(chǎn)物的穩(wěn)定性,結(jié)果如表1所示?梢钥闯,反應(yīng)時(shí)間低于150rnin所得的產(chǎn)物穩(wěn)定性都不好,放置一個(gè)星期后都會(huì)有不同程度的煤油析出,而且產(chǎn)物會(huì)緩慢聚合,最后形成膠狀物質(zhì)。說明開始合成的產(chǎn)物中有不少未充分反應(yīng)的單體或短鏈聚合物。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間大于150min后,所得產(chǎn)物穩(wěn)定,繼續(xù)增加反應(yīng)時(shí)間,產(chǎn)物的穩(wěn)定性變化不大。所以,認(rèn)為最佳的反應(yīng)時(shí)間為l50min。
2.4疏水單體十八烷基乙烯基醚影響
由圖5可知,隨著疏水單體十八烷基乙烯基醚量的增加,黏度保留率先上升,后下降。不加疏水單體的時(shí)候,黏度保留率只有20%。加入一定量疏水單體后,體系的黏度保留率最高可達(dá)到45%,為不加疏水單體時(shí)的2倍。說明加入疏水單體后,體系的抗電解質(zhì)性能得到大幅改善。這是由于疏水單體引入增稠劑分子后,分子間的長(zhǎng)碳鏈單體發(fā)生分子問締合,抵消部分回彈力所引起的蜷曲的趨勢(shì)。另外,長(zhǎng)碳鏈形成空間阻礙作用,會(huì)保護(hù)部分羧基離子,使得整個(gè)體系的抗電解質(zhì)性能提高。同時(shí),如果體系中疏水單體量過多,發(fā)生分子內(nèi)締合幾率增加,使蜷曲加重,耐電解質(zhì)性能下降,并且加入過多的疏水單體會(huì)降低共聚物的親水性,影響增稠性能。實(shí)驗(yàn)表明疏水單體占單體總數(shù)的2%時(shí)達(dá)到的效果最佳。
2.5聚合物IR
共聚物的紅外譜圖如圖6所示。其中,3425.58cm-1處為一0H峰,為聚合物中吸附的水分子。在2927.10cm-1和2855.20cm-1處的振動(dòng)峰為一cH對(duì)稱和不對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰:1668.14cm-1和1324.71cm-1處出現(xiàn)的振動(dòng)峰為羧酸中C=O縮振動(dòng)峰;1453.16cm-1處的振動(dòng)峰為羧酸中的c--0振動(dòng)峰;1561.24cm-1處的是羧酸鹽特征吸收峰;1410.17cm-1處的為一NH的伸縮振動(dòng)峰,說明丙烯酰胺參加了聚合反應(yīng);1172.35cm-1處的為醚鍵的伸縮振動(dòng)峰,說明十八烷基乙烯基醚參加了反應(yīng)。在1600cm-1-1處附近的C=C伸縮振動(dòng)峰消失,說明聚合物中單體已經(jīng)反應(yīng)完全。
3結(jié)論
1)采用反相乳液聚合合成了耐電解質(zhì)性能較好的印花增稠劑,最佳的反應(yīng)條件為引發(fā)劑用量為單體總量的0.5%,交聯(lián)劑為0.13%,反應(yīng)溫度為60℃,反應(yīng)時(shí)間為150min。
2)引入疏水單體十八烷基乙烯基醚后,較好地改善了增稠劑的耐電解質(zhì)性能。當(dāng)加入2%的疏水單體后,最佳黏度保留率可達(dá)45%。
來源: 宋子云,陳洪齡
該文章暫時(shí)沒有評(píng)論!
最新技術(shù)文章
點(diǎn)擊排行