免焙烘无甲醛纳米粘合剂水性胶乳的合成与应用

摘要

涂料染色和印花以其工艺设备简单，色谱齐全、节能无废水，属于环境友好型生产加工工艺等优点获得引人注目的发展。但是涂料印花和染色工业中普遍存在印花织物摩擦牢度不够理想、手感较硬的弊端。由于不溶性的涂料对织物没有亲和力和反应性，所以必须借助粘合剂才能将涂料机械地固定于纤维上，因此粘合剂的性能是决定涂料染色和印花最终质量的决定性因素。 印染行业中，目前公知的涂料粘合剂组成成分中多含有N-羟甲基丙烯酰胺类的活性基团，在使用的过程中需要经高温焙烘后才能使得织物获得理想的干、湿摩擦牢度。一方面，高温焙烘（150℃或更高）会使染色织物的物理性能受到损伤。另一方面，依靠N-羟甲基丙烯酰胺类活性基团在高温作用后产生交联以及在服用过程中不可避免地要伴随着甲醛的释放，环境受到污染。最近也有报道可以生产低温无甲醛印花粘合剂，但仍然需要焙烘，只是温度较低（100～130℃），且多数是用环氧氯丙烷类代替N-羟甲基丙稀酰胺类的作为后期焙烘交联用的活性基团。这种改进方法不仅不能从根本上解决高温处理所带来的产品性能上的不利因素，而且还伴随有可吸收有机卤素的污染隐患。开发能应用于涂料染色的粘合剂胶乳，对染色和印花工艺的环境友好化具有特别重要的意义。 本课题用丙烯酸酯类单体作为基本原料，以具有两个以上反应性基团的单体为交联单体在聚合物分子链中引入有限的交联，合成了一种能用于包括真丝织物、纯棉织物涂料染色、涂料印花的免焙烘无甲醛涂料染色纳米粘合剂水性胶乳。印、染后织物在100℃甚至室温下干燥后干湿摩擦牢度都达到国家标准，手感柔软，得色丰满，能满足涂料染色和印花的要求。 本课题的研究结果表明： 1．从物质的有机性/无机性的值，以及多元单体发生共聚的条件出发，选择了合成免焙烘无甲醛纳米粘合剂水性胶乳的基本单体。乳液聚合反应采用阴非离子复配的乳化体系以及引发剂，过硫酸铵（APS）。 2．在聚合物分子结构中引入预交联是技术的关键，它是一种多官能团的单体，其自身性质和在聚合反应中的用量决定着粘合剂分子的交联程度。交联单体用量过高或者分子链过短，交联密度就会很大、交联点过密，将削弱胶乳粒子之间的结合与熔融，导致粘合剂胶乳成膜性能下降。实验中比较了三种具有不同交联长度的预交联单体A、B和C的性能，结果表明当使用1％（是软硬单体总量的百分比）左右的B时，胶乳的性能最佳。 3．α—甲基丙烯酸（MAA）对于胶乳粒子大小分布以及应用性能影响很大。在参与共聚时，MAA这类亲水性单体可与聚合物单体进行共聚反应。这些亲水性单体倾向于聚集在乳胶粒子的表面，形成一层亲水层，从而使乳胶粒子的稳定性提高。这样可部分地取代乳化剂，使乳化剂用量减少，乳液粒径明显降低，达到100nm以下。论文中讨论了MAA用量（大约为3．5％）和投料方式的影响。 4．在合成粘合剂胶乳的实验中对影响胶乳性能的其它因素如引发剂的用量、聚合温度、软硬单体比、合成反应的操作也做了具体的分析与研究。 5．合成的粘合剂胶乳粒子直径小、分布集中。由两种不同的粒度分析仪器测出的数据表明胶乳粒径在100nm以下（其中由LS13320激光粒度仪测出粒径范围在70～100nm。Zetasizer Nano series粒度仪测出粒子平均大小在50nm左右）。因此，粘合剂胶乳具有优良的存储稳定性。此外，新型粘合剂突出的耐剪切性能和抗泛黄性能是其应用于涂料染色工艺的关键。 6．胶乳作为涂料印花粘合剂对棉织物印花，使用量为18％（涂料量为5％）时，印花品的牢度、手感、鲜艳度、表观颜色深度等多方面的结果均符合国家标准。 7．胶乳应用于棉织物的涂料染色，使用量为8％（涂料量为5％）时，染色品的牢度、手感、鲜艳度、表观颜色深度等多方面的结果均符合国家标准。 8．本课题还研究了真丝绸的涂料染色工艺可行性，采用市售的高温无甲醛丙烯酸酯类粘合剂对丝绸涂料染色，将染色后的织物与经过传统的酸性浸染工艺的织物进行性能对比。结果表明，涂料染色的丝织物手感稍差。但是经过本实验所研制的粘合剂胶乳对丝绸的涂料染色后，织物不仅可以获得符合标准得牢度、鲜艳度和表观得色量，而且丝绸能很好地保持原有的织物风格，特别是悬垂性和手感。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

1.1乳液聚合及微乳液聚合

1.1.1乳液聚合

1.1.2微乳液聚合

1.1.3乳液聚合和微乳液聚合的异同

1.2聚丙烯酸酯类乳液概述

1.2.1聚丙烯酸酯乳液工艺进展

1.2.2聚丙烯酸酯粘合剂的发展及现状

1.2.3聚丙烯酸酯粘合剂在纺织品后整理中的应用

1.3粘合剂的分类

1.4涂料印花粘合剂

1.4.1涂料印花概述

1.4.2涂料印花中存在的问题

1.5涂料染色粘合剂

1.5.1涂料染色粘合剂发展概况

1.5.2涂料染色中存在的问题

1.6丝绸涂料染色工艺

1.7本论文的主要研究内容、目的和意义

参考文献

第二章理论部分

2.1乳液聚合原理

2.1.1胶束的本质及其增溶作用

2.1.2乳液聚合体系的物理模型

2.2自由基聚合机理

2.3粘合剂的成膜机理

2.4胶乳的粘合理论

参考文献

第三章实验部分

3.1实验药品

3.2实验仪器

3.3试验方法

3.3.1免焙烘无甲醛纳米粘合剂水性胶乳的合成方法

3.3.2粘合剂胶乳的物理及化学性能的测试方法

3.3.3粘合剂胶乳应用性能的测试方法

参考文献

第四章免焙烘无甲醛纳米粘合剂水性胶乳合成中的影响因素

4.1乳液聚合中单体、乳化剂和引发剂的选择

4.1.1基本单体的选择

4.1.2乳化剂的选择

4.1.3引发剂的选择

4.2预交联单体对粘合剂胶乳性能的影响

4.2.1预交联单体种类的选择

4.2.2预交联单体用量的选择

4.3α-甲基丙烯酸(MAA)对粘合剂胶乳性能的影响

4.3.1α-甲基丙烯酸(MAA)的投料方式

4.3.2α-甲基丙烯酸(MAA)的用量

4.4软/硬单体比对粘合剂胶乳性能的影响

4.5乳化剂对粘合剂胶乳性能的影响

4.6引发剂对粘合剂胶乳性能的影响

4.7反应温度对粘合剂胶乳性能的影响

4.8单体滴加速度对粘合剂胶乳性能的影响

4.9搅拌速度对粘合剂胶乳性能的影响

4.10中和方式对乳液性能的影响

4.10.1中和方式对胶乳稳定性的影响

4.10.2碱中和方式对印花效果的影响

4.11本章小结

参考文献

第五章粘合剂胶乳的稳定性及其它基本性能

5.1胶乳的粒径大小及分布

5.2胶乳的化学及物理稳定性

5.2.1耐电解质性能

5.2.2耐酸碱性能

5.2.3耐稀释性能

5.2.4耐剪切性能

5.2.5粘合剂的存储稳定性

5.3乳液的其它性能

5.3.1吸湿剂对粘合剂成膜性能的影响

5.3.2粘合剂的防沾污性能

5.3.3粘合剂的耐泛黄性

5.4本章小结

参考文献

第六章粘合剂胶乳的应用性能

6.1粘合剂胶乳在纯棉织物涂料印花工艺中的应用

6.1.1不同吸湿剂对印花效果的影响

6.1.2不同柔软剂对印花效果的影响

6.1.3增稠剂用量对印花效果的影响

6.1.4粘合剂用量对印花效果的影响

6.1.5浸渍对印花织物耐摩擦牢度的影响

6.1.6与市售印花粘合剂印制效果的比较

6.2粘合剂胶乳在纯棉织物涂料染色工艺中的应用

6.2.1粘合剂浓度、烘干温度及时间的影响

6.2.2与市售涂料染色粘合剂之间的染色性能比较

6.3粘合剂在真丝绸涂料染色工艺中的应用

6.3.1涂料染色与酸性浸染工艺的比较

6.3.2自制免焙烘粘合剂与高温粘合剂对丝绸染色的性能比较

6.3.3自制粘合剂胶乳涂料染丝绸得深色品种的性能

6.4工厂放样的粘合剂产品与实验室合成产品性能的比较

6.5本章小结

参考文献

第七章结论

硕士期间主要论文及成果

致谢