從表2可知:可聚合乳化劑用量在8%以下時, 體系中單體的轉化率相對較低,乳液粒子的粒徑較 大;當其用量達8%后,單體的轉化率增大,乳液粒 子的粒徑變小。這是因為可聚合乳化劑用量較小 時,在成核階段限制了乳液粒子的大量生成,聚合單 體的轉化率偏低,乳液粒子的粒徑較大。此外由于 乳化不充分,可聚合乳化劑不能完全覆蓋整個乳液 粒子以維持其穩定,并且表面電荷密度低,水化層 薄,粒子易碰撞而凝聚。當可聚合乳化劑用量在 8% ~10%時,在聚合初期可形成大量乳液粒子,加 速了聚合反應速度,并且可聚合乳化劑能夠緊密地 包覆在乳液粒子的表面,提高其穩定性和轉化率,且 乳液粒子的粒徑也較小,因此,選擇可聚合乳化劑用 量為8%。
2·1·3 單體質量分數對黏合劑乳液性能的影響
乳液聚合體系中單體質量分數大時,由于粒子 表面存在水化雙電層,使得粒子之間的運動阻力加 大,黏度增大,從而影響乳液的穩定性能,因此,在可 聚合乳化劑用量為8%、引發劑用量為1%和聚合溫 度為75℃的條件下,研究不同單體質量分數對黏合 劑乳液性能的影響,結果如表3所示。
由表3可知:隨著單體質量分數的增加,聚合產 品的凝膠率變小,乳液粒子的粒徑在40~50 nm,說 明乳液穩定性好,單體轉化率則變化不明顯。這是 因為成核期乳液粒子數幾乎不隨單體質量分數的增 加而變化,但乳液粒子的體積會隨著單體質量分數 的增加而增大;隨著單體質量分數增加,呈上升趨勢 的還有體系的黏度,黏度的增大影響了乳液粒子間 的相對運動,不利于聚合體系的穩定。另外,單體質 量分數的增加,還會增加單體珠滴自水相擴散至乳 液粒子中及在其中聚合的時間,使得單體的轉化速 率降低,反應時間延長[7]。因此,選擇單體質量分 數為25%。
2·1·4 無皂黏合劑乳液膜的吸水率分析
將以不同馬來酸酐脂肪醇聚氧乙烯醚(15)單 酯化物用量制得的黏合劑乳液試樣B1~B5及乳化 劑TX-30和SDS所制得的黏合劑乳液試樣B6于室 溫成膜,再浸于去離子水中,一定時間后取出,稱量 測定膜吸水率并作圖,結果如圖1所示。 從圖1(a)可看出,隨著可聚合乳化劑用量的增加,合成的無皂黏合劑其乳液膜(試樣B1~B5)24 后的吸水率逐漸增大,至18·64%,而由乳化劑 TX-30及SDS復合制得的黏合劑其乳液膜的吸水率 則為34·23%。
從圖1(b)顯示的1個月內乳液膜吸 水率變化趨勢可知:試樣B4(可聚合乳化劑用量為 8% )吸水速率緩慢, 30 d內吸水率只增加了初始值 的一半;試樣B6的吸水速率較快,一直處于增長的 態勢,且最終的吸水率增長了近1倍。由此可見,以 可聚合乳化劑代替常規小分子乳化劑可顯著改善乳 液膜的耐水性能。這是因為可聚合乳化劑能夠與其 他反應單體通過化學鍵連接到聚合物表面上,不會 產生遷移,并且乳液所成膜的表面僅含少量親水基 團,從而減少乳液膜對水的吸收,減弱水分子對膜的 滲透作用,提高聚合物乳液膜的耐水性[8]。相反 由傳統乳化劑制得的乳液膜表面富集了大量的乳化 劑分子,這些乳化劑的親水基團能夠吸附大量的水 分子;此外,傳統乳化劑還可由乳液膜中遷移至水 相,乳液膜上形成的眾多孔隙又利于水分子的滲透 使乳液膜的耐水性進一步降低。
2·1·5 無皂黏合劑乳液的耐電解質穩定性分析
以不同馬來酸酐脂肪醇聚氧乙烯醚(15)單酯 化物用量制得的黏合劑乳液試樣B1~B5及乳化劑 TX-30和SDS所制得的黏合劑乳液試樣B6對不同 濃度CaCl2穩定性能的測試結果如表4所示。
表4的結果顯示:當CaCl2濃度為0·5 mol/L時, 由可聚合乳化劑制得的乳液試樣B1、B2出現大量沉 淀,甚至凝膠;以TX-30和SDS復合乳化劑制備的 乳液對電解質的穩定性更差,出現了凝膠,乳液完全 遭到破壞。可見,可聚合乳化劑制得的乳液抗電解 質性能優于傳統乳化劑。這可能是因為:當電解質 濃度增大時,反號粒子向乳液粒子表面擴散的概率 增大,在吸附層中異離子的濃度會增高,致使其雙電 層電位下降,穩定性降低[9]。在無皂乳液聚合體系 中,可聚合乳化劑共聚結合在乳液粒子的表面,其分 子中含有一定數量對電解質穩定的氧乙烯親水性基 團,乳液粒子表面的可聚合乳化劑數量越多,乳液的 耐電解質穩定性也就越好。
2·1·6 無皂黏合劑乳液粒子的TEM分析
黏合劑乳液粒子在透射電子顯微鏡(TEM)下 放大10萬倍,其形態結構如圖2所示,粒子的粒徑 分布見圖3。
從圖2、3可以看出,乳液粒子較細小,呈規則的圓球狀,分布也很均勻,平均粒徑在50 nm左右。 TEM圖還顯示,乳液粒子的邊界很模糊,可以推斷 可聚合乳化劑主要鍵合于乳液粒子的表面,并且分 子中聚氧乙烯鏈段也已溶解在水相中。
2·1·7 無皂黏合劑乳液膜的DSC分析 對無皂黏合劑乳液膜進行DSC分析,結果如圖 4所示。可看出,DSC曲線圖上只有1個玻璃化轉變區間,Tg為16·55℃,已知均聚物PBA、PMMA、 PSt的Tg分別為-57、105、100℃,而在DSC曲線均 無此種轉變,可說明各反應單體及馬來酸酐脂肪醇 聚氧乙烯醚單酯化物共聚良好,不存在相應的均聚物。
2·1·8 無皂黏合劑乳液膜的FT-IR分析
合成的無皂黏合劑乳液膜的FT-IR譜圖如圖5 所示。由圖可見, 3 029·9 cm-1處是苯環上C—H伸 縮振動峰; 2 952·3、2 873·4 cm-1處是—CH3的不對 稱和對稱伸縮振動峰; 2 930·0 cm-1處是—CH2的不對稱伸縮振動峰; 1 725·0 cm-1處吸收峰是酯基 中羰基C O的伸縮振動峰; 1 602·1、1 493·7、 1 451·7 cm-1處是苯環中C C的吸收峰; 1 383·0 cm-1處是末端—CH3的吸收峰; 1 143·4、 1 028·9 cm-1是C—O—C的吸收峰; 991·5、 842·4 cm-1處是—CH3和—CH2面外彎曲振動吸收 峰; 960·7、941·1 cm-1處是丙烯酸丁酯的特征峰; 758·4、700·5 cm-1處是單取代苯C—H面外振動吸 收峰。由此可說明各單體及馬來酸酐脂肪醇聚氧乙 烯醚單酯化物之間已經發生了共聚。
2·1·9 無皂黏合劑乳液的表面張力分析
在無皂黏合劑乳液聚合體系中,可聚合乳化劑 與主要反應單體進行共聚。如果可聚合乳化劑已完 全共聚到聚合物上,則聚合物乳液的水相中不含游 離的可聚合乳化劑,聚合物乳液水溶液的表面張力 應接近水的表面張力。故可通過測定乳液水溶液的 表面張力[10-11]來定性地判斷可聚合乳化劑參與聚 合的程度。由可聚合乳化劑制備的黏合劑乳液的表 面張力測試結果如表5所示。
從表5可見,由可聚合乳化劑所制備的黏合劑 乳液的表面張力與純水相近( 66·67 ~ 68·34 mN/m),但比可聚合乳化劑水溶液在濃度于CMC值以上的表面張力(40·54 mN/m)要高許多,說明只有很低濃度的可聚合乳化劑存在于水相 中。而由傳統乳化劑SDS和TX-30制得的乳液其 表面張力(38·82 mN/m)與水溶液的表面張力 (33·46 mN/m)非常接近,說明SDS和TX-30以物 理方式吸附在乳液粒子表面。
2·2 無皂黏合劑乳液在靜電植絨中的應用
采用0·11 tex×1·2 mm的錦綸絨毛及植絨基 布,以可聚合乳化劑制備的無皂黏合劑乳液為植絨 黏合劑進行靜電植絨,重點研究黏合劑的施加量、焙 烘溫度及時間等工藝因素對黏合劑應用性能的影 響,從而確定靜電植絨的最佳工藝。
2·2·1 黏合劑施加量對植絨織物性能的影響
黏合劑的主要作用是連接絨毛和底布,其施加 量直接影響植絨織物的植絨牢度、斷裂強度、透氣性 和手感等。在焙烘溫度為155℃,焙烘時間為5 min 的條件下,研究黏合劑施加量對植絨織物植絨牢度 和斷裂強度的影響,結果如表6所示。
由表6可看出,隨著黏合劑施加量的增大,植絨 織物的植絨牢度和斷裂強度都有所提高。作為植絨 織物的黏合層,黏合劑的施加量決定著織物的植絨 牢度和斷裂強度。若黏合劑施加量少,則織物的黏 合層薄,絨毛植入淺,在外力作用下易拉出絨毛;若 施加量過高,黏合層變厚,絨毛植入過深,在摩擦時 極易斷裂而影響牢度。此外,過量的黏合劑還會影 響織物的手感,故選擇黏合劑的施加量為 300~400 g/m2。
2·2·2 焙烘溫度對植絨織物性能的影響
在施膠量為300 g/m2,焙烘時間為5 min條件下,研究焙烘溫度對植絨織物植絨牢度和斷裂強度 的影響,結果如表7所示。
黏合劑的固化溫度是決定黏合劑膜性能的主要 因素。溫度低時,膜的固化不完全,導致膜的強度 低;溫度高時,膜能充分固化,膜的牢度增強。從 表7可見,隨著焙烘溫度的提高,植絨織物的植絨牢 度和斷裂強度增加。當溫度達到160℃后,織物的 植絨牢度基本不變,斷裂強度也變化不大,說明此時 膜的固化已較完全,再升高溫度對其牢度影響不大。 故確定焙烘溫度為160℃。
2·2·3 焙烘時間對植絨織物性能的影響
在黏合劑施加量為300 g/m2、焙烘溫度為 160℃條件下,研究焙烘時間對植絨織物植絨牢度 和斷裂強度的影響,結果如表8所示。
從表8可知,隨著焙烘時間的延長,植絨織物的 植絨牢度和斷裂強度逐漸增強,但焙烘7 min后,織 物的牢度和強度不再提高,且太長時間的高溫作用 易使絨毛干澀,破壞手感,甚至黃變。故在保證牢度 的前提下,確定焙烘時間為7 min。
因此,確定植絨的最佳工藝為:黏合劑施加量 300 g/m2,焙烘溫度160℃,焙烘時間7 min。 將可聚合乳化劑合成的無皂黏合劑乳液以最佳 植絨工藝進行植絨,并測試植絨織物的質量指標,其 植絨牢度達到2 300次,斷裂強度較大。按照FZ/T 64011—2001《靜電植絨織物》標準(一般服裝用植 絨織物要求植絨牢度大于2 000次,裝飾用植絨織物 要求植絨牢度大于6 000次),該植絨織物的植絨牢 度已達到服裝植絨面料的要求。
3 結 論
1)采用預乳化種子聚合法,在馬來酸酐與系列 脂肪醇聚氧乙烯醚單酯化物的乳化作用下,制備了 甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、苯乙烯共聚無皂黏合 劑乳液。相關測試結果顯示:合成的無皂黏合劑乳 液粒子形狀規則,尺寸分布均勻;乳液耐電解質穩定 性及乳液膜的耐水性較傳統乳化劑制得的乳液都有 極大的提高;可聚合乳化劑與單體較好地進行了共聚。
2)采用黏合劑施加量為300 g/m2、焙烘溫度為 160℃和焙烘時間為7 min的植絨工藝,將可聚合乳 化劑合成的黏合劑用于靜電植絨,并測試植絨織物 的植絨牢度和斷裂強度,表明該黏合劑的植絨牢度 達到服裝用植絨織物的要求。
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