曾顯華，吳師城，賈永堂，趙燕

（五邑大學，廣東江門 529020）

印花用含硅丙烯酸酯乳液的制備研究*

曾顯華，吳師城，賈永堂，趙燕

（五邑大學，廣東江門 529020）

通過八甲基環(huán)四硅氧烷與丙烯酸酯單體進行共聚反應，合成印花用含硅丙烯酸酯乳液。討論了有機硅、乳化劑、引發(fā)劑用量和反應溫度對乳液性能的影響，得出了較佳的工藝條件：陰離子型乳化劑和非離子型乳化劑按1／3的質(zhì)量比復配且質(zhì)量分數(shù)為3%,有機硅質(zhì)量分數(shù)為10%，引發(fā)劑質(zhì)量分數(shù)為1%，聚合溫度80℃。

八甲基環(huán)四硅氧烷；丙烯酸酯；乳液；涂料印花

涂料印花是將沒有親和力的著色材料(顏料)固著在織物上的印花方法，目前涂料印花應用最廣的是丙烯酸酯乳液。傳統(tǒng)的丙烯酸酯乳液具有工藝簡單、價格適中、成膜性能優(yōu)異、化學穩(wěn)定性好等優(yōu)點，但是丙烯酸酯乳液也存在一些固有缺陷，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，人們開始對其進行改性。有機硅聚合物具有良好的耐高溫性、耐候性、憎水性等，被廣泛用作織物柔軟劑，以改善織物的手感，提高織物的檔次，增加產(chǎn)品的附加值[4]。

本實驗擬用有機硅對丙烯酸酯進行改性，制備出預交聯(lián)、無甲醛、半透明、固含量達到30%(質(zhì)量分數(shù))的印花涂料用聚丙烯酸酯乳液黏合劑，主要研究了有機硅、乳化劑、引發(fā)劑用量和反應溫度對乳液性能的影響。

1 實驗部分

1.1主要試劑

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）：分析純，使用前均用堿洗以除去阻聚劑，天津市大茂化學試劑廠；八甲基環(huán)四硅氧烷（D4）：工業(yè)級，廣州市聚成兆業(yè)有機硅原料有限公司；十二烷基硫酸鈉（K12）：化學純，廣州市番禺力強化工廠；氨水：市售。

1.2 實驗方法

在配備有回流冷凝管、攪拌器的四口燒瓶中依次加入蒸餾水、乳化劑OP-10和K12，攪拌，水浴加熱升溫至設定溫度。將單體按m (MMA):m(BA):m(AA)=35:62:3比例和一定量D4混合備用。取適量蒸餾水和過硫酸鉀，配成溶液(引發(fā)劑水溶液)備用。將反應器中溶液升溫至設定溫度，通過兩個加料漏斗同時滴加上述配制好的單體混合物和引發(fā)劑水溶液，約2 h滴完，滴加完后繼續(xù)保溫反應一定時間。冷卻，用氨水中和，過濾得所需乳液產(chǎn)品。

1.3 性能測試

（1）乳液穩(wěn)定性測定：將乳液倒入容器中，以3 000 r／min轉(zhuǎn)速攪拌30 min，觀察是否分層或破乳。

（2）乳液凝膠率的測定：將乳液過100目銅網(wǎng)，濾下的凝膠用去離子水洗凈后放入干燥箱中110℃烘干至恒質(zhì)量后稱量計算凝膠率。

（3）涂膜吸水率的測定：稱取一定質(zhì)量的涂膜于去離子水中浸漬24 h，用濾紙吸干表面的水后稱質(zhì)量，吸水率A按照下式計算：

式中：m1—浸漬前涂膜質(zhì)量，g；m2—浸漬后涂膜的質(zhì)量，g。

（4）乳液固含量及單體轉(zhuǎn)化率的測定：取出適量乳液（10 g左右），放入烘箱中110℃烘干至恒質(zhì)量，固含量S和單體轉(zhuǎn)化率C分別按照下式計算：

式中：m0—取出乳液試樣的質(zhì)量，g；m1—干膜的質(zhì)量，g；m非—反應體系中非揮發(fā)性物的質(zhì)量，g；m單—投入單體總量，g；m總—投料總量，g。

2 結(jié)果與討論

2.1 有機硅質(zhì)量分數(shù)對乳液性能的影響

表1 有機硅質(zhì)量分數(shù)對乳液聚合的影響

從表1可以看出，隨有機硅質(zhì)量分數(shù)增大吸水率變差，但乳液里的凝膠也隨之增加，由于有機硅和丙烯酸酯單體之間相容性較差，當有機硅質(zhì)量分數(shù)超過15%時，乳液穩(wěn)定性下降，因為有機硅氧烷發(fā)生水解、縮聚，從而表現(xiàn)為凝膠率增加，形成不溶的結(jié)構，所以本文選用有機硅的質(zhì)量分數(shù)為10%。

2.2 復合乳化劑質(zhì)量分數(shù)對乳液性能的影響

對于有機硅改性丙烯酸酯乳液，采用陰離子和非離子復合乳化劑，兩類乳化劑分子交替地吸附在乳膠粒的表面，可以提高聚合物乳液穩(wěn)定性。本論文采用K12和OP-10質(zhì)量比為1：3的復合體系乳化劑，表2列出了復合乳化劑用量對乳液性能的影響。

表2 乳化劑配比對乳液性能的影響

由表2可以看出乳化劑質(zhì)量分數(shù)小時，易發(fā)生凝膠，而且生成的乳液含有大粒子，乳液穩(wěn)定性不好，隨著乳化劑質(zhì)量分數(shù)的增加，乳液藍光充足，乳液也穩(wěn)定，膜的吸水率也隨之減少，表2確定乳化劑的質(zhì)量分數(shù)為3%。

2.3 引發(fā)劑質(zhì)量分數(shù)對乳液性能的影響

表3 引發(fā)劑質(zhì)量分數(shù)對乳液性能的影響

從表3可知，引發(fā)劑的質(zhì)量分數(shù)為1%時得到的乳液外觀較好，穩(wěn)定性好。因為當引發(fā)劑用量過多時，體系中自由基數(shù)量增加，聚合反應速率增大，反應劇烈，凝聚物增多，乳液凝膠率上升。而引發(fā)劑用量過小時，乳液粒子表面電位下降，致使粒徑增大而相互黏連，乳液體系穩(wěn)定性遭到破壞，因此當引發(fā)劑用量增大到一定程度時，體系中自由基數(shù)目增多，聚合速率加快，成核粒子數(shù)目增多，乳液粒子表面電位升高而使乳液變得穩(wěn)定[5]。

2.4 反應溫度對乳液性能的影響

反應溫度對單體的轉(zhuǎn)化率有很大的影響，一般認為溫度越高對反應越好，轉(zhuǎn)化率也會越高。由表4可知，溫度70℃時，由于溫度較低，引發(fā)劑分解的半衰期增長，初始形成的自由基過少，單體不能及時參與反應，反應達到相同的產(chǎn)率時間過長且容易導致分層；而溫度為85℃時，引發(fā)劑分解速率過快，自由基生成數(shù)目過多，反應速度過快，容易引起雙鍵的聚合，大量放熱使體系溫度更高，產(chǎn)生自加速效應，不利于聚合反應的穩(wěn)定，且容易產(chǎn)生凝膠。反應溫度為80℃時，引發(fā)劑的分解速率適中，正常反應速率的降低與由于黏度增加而導致的自動加速相互抵消，反應較為平穩(wěn)，凝膠量少，制得的乳液較為穩(wěn)定。

表4 反應溫度對乳液性能的影響

2.5 乳液指標

采用上述配方和工藝，制備的乳液主要性能如表5所示。

表5 乳液的主要性能參數(shù)

由表5可以看出，以八甲基環(huán)四硅氧烷改性的丙烯酸酯乳液技術指標優(yōu)良。

3 結(jié)論

八甲基環(huán)四硅氧烷改性丙烯酸酯制備乳液，采用SDBS和OP-10的復合體系作為乳化劑，質(zhì)量分數(shù)為3.0%，丙烯酸酯單體質(zhì)量比例為MMA／BA／AA=53／30／3，D4質(zhì)量分數(shù)為10%，引發(fā)劑質(zhì)量分數(shù)為1%，聚合溫度80℃，制得的乳液單體轉(zhuǎn)化率達97.27%，固含量達到30.40%，凝膠率為0.19%。

[1]曹同玉,劉慶普,胡金生.聚合物乳液合成原理性能及應用[M].北京:化學工業(yè)出版社,1997.

[2]陳華林,劉白玲,羅榮.丙烯酸酯乳膠聚合的最新進展及改性（續(xù)）[J].西部皮革,2007,29(4): 22-24.

[3]張心亞,涂偉萍,楊卓如,等.水性丙烯酸酯類共聚物乳液的合成與應用[J].合成材料老化與應用, 2001(4):24-27.

[4]龍斌,黃春保,王海南,等.硅／丙復合乳液的制備方法及應用進展[J].紡織學報,2006,27(3): 9-11.

[5]牛松,趙振河,張小麗.丙烯酸酯涂料印花粘合劑的合成與應用[J].粘接，2008，29（12）:21-23.

PREPARATION OF SILICONATED POLYACRYLATE EMULSION FOR PIGMENT PRINTING

ZENG Xian-hua,WU Shi-cheng,JIA Yong-tang,ZHAO Yan
(Wuyi University,Jiangmen 529020,China)

The siloxane emulsion was synthesized from the polymerization of octamethylcyclotetrasiloxane and acrylate.The effect of amounts of silicone,emulsion,initiator,and temperature on performances of emulsion was discussed.The result showed that when the mass of anion emulsion and non-ion emulsion was 1／3,the content of emulsion was 3%,the content of silicone was 10%,the content of initiator was 1.0%,the temperature was 80℃,the emulsion porformed well.

octamethylcyclotetrasiloxane;acylic ester;emulsion;pigment printing

TQ264.1

A

10.3969／j.issn.1672-500x.2013.03.006

1672-500X(2013)03-0019-03

2013-08-16

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?；痦椖浚簭V東省教育部產(chǎn)學研結(jié)合項目（2012B091100366）。