含氟聚丙烯酸酯乳液增深剂的制备及应用

含氟聚丙烯酸酯乳液增深剂的制备及应用

在染色过程中，需要增加染色量，使染色牢固，这需要大量的能源消耗。其中,涤纶织物染深性差的问题尤为突出,对其增深性能的研究一直是个热点。增深的途径大致可以分为3种:(1)使织物或纱线表面粗糙化,包括化学侵蚀法、物理刻蚀法、利用后加工药剂赋予纤维表面微细凹凸;(2)提高染料在织物上的上染率,包括对纤维表面进行化学改性以提高纤维对染料的亲和力、改变染料特性,选用亲和力大、提升性好的染料,选用合适的助剂和染色工艺等;(3)染色布表面涂布低折射率树脂,降低表面反射率。目前,对低折射率树脂的研究多集中在有机硅树脂、有机氟树脂、聚胺类及聚氨酯树脂等,其中,有机硅树脂研究得较多,包括氨基改性、聚醚改性、环氧改性等,但性能较有机氟树脂差,有机氟树脂的折射率一般<1.40,增深效果最好,但因环境污染严重、成本较高、整理后手感较差,应用较少。研究发现:将增深树脂与其他有机物或无机物混合使用,进行物理改性或化学改性,能够进一步提高树脂的增深作用。本文以短氟链的甲基丙烯酸三氟乙酯以及丙烯酸正丁酯为单体,以乳液聚合方法合成了1种氟丙乳液,与长氟链的聚合物相比,在减少污染、降低成本等方面有很大优势,而且与氨基硅油复配的增深效果也比较好。1测试1.1化学试剂及助剂材料:涤纶机织物(红色、黄色、蓝色、黑色);棉机织物(红色、黄色、蓝色、黑色)。试剂:甲基丙烯酸三氟乙酯(工业级,上海康拓化工有限公司),丙烯酸正丁酯、过硫酸钾(分析纯,国药集团化学试剂有限公司),氨基改性硅油T-30B(广东宏图助剂有限公司)。仪器:Datacolor650电脑测色配色仪(美国datacolor公司),纳米粒度分析仪Nano-ZS(英国马尔文仪器公司),YG(B)033D型数字式撕裂仪(温州大荣纺织仪器有限公司),电子分析天平(JY2002),L80-2离心沉淀机(上海跃进医疗器械厂),红外光谱仪(NicoletMagma-IR560),TM-1000台式扫描电子显微镜(日本日立公司)。1.3氨基处理-氟丙乳液法有机硅树脂具有增深作用,氨基改性的有机硅增深效果更佳。本文利用增深剂的协同作用,选用一种氨基硅油T-30B,通过物理共混的方法,将氨基改性硅油充分溶解于50mL水中,然后添加氟丙乳液,充分搅拌,得到氨基硅油复配氟丙乳液。复配制得的增深剂呈乳白色,根据结构相似相容原理,该增深剂具有良好的贮存稳定性和离心稳定性。1.4完成后分类2浸2轧(轧余率80%)→预烘(80℃,3min)→焙烘(120~180℃,1~3min)。1.5织物增深比和撕裂强力乳液粒径:将待测样品配制成5%的溶液,在超声波仪器中预处理15min后采用纳米粒度分析仪测试。红外光谱:用红外光谱仪对原料甲基丙烯酸三氟乙酯、丙烯酸正丁酯以及产物(将乳液在110℃烘干固化2h成膜)进行表征。K/S值:将织物折叠4层,使用电脑测色配色仪测试增深前后的K/S值及ΔE。计算织物的增深比:式中:K/S1为增深前织物的K/S值,K/S2为增深后织物的K/S值。撕破强力:在数字式撕裂仪上,按ASTMD1424-1996进行测定。扫描电镜:采用台式扫描电子显微镜观测增深前后织物微观形貌的变化,从直观上了解织物的表面情况。2结果与讨论通过预乳化半连续乳液聚合技术,成功地合成了平均粒径为100~200nm的淡蓝色聚丙烯酸酯乳液,乳液含固量为35%~45%。2.1碳碳双键表征选用红外光谱对单体甲基丙烯酸三氟乙酯和丙烯酸正丁酯以及产物分别进行表征如图1,由于产物是乳液,需要对其进行简单前处理,使用处理后的膜进行测试。由图1可知,a在1639.94cm-1处有—CC—的伸缩振动峰,b在1634.31cm-1处也有—CC—的伸缩振动峰,而c在1600cm-1处没有吸收峰,可知聚合物中不含碳碳双键。另外,a在1170cm-1处的较宽峰,为酯键中—C—O—C—与—C—F特征峰重叠所致,b在1190cm-1处较窄的峰,为—C—O—C—单独作用的吸收峰,c在1167.42cm-1处较宽的峰,为—C—O—C—与—C—F的重叠峰,从而说明单体a、b发生聚合反应生成了c。2.2影响因素的增深效果2.2.1氨基改性处理分别配制80g/L、120g/L、160g/L的氟丙乳液,并在每个质量浓度下加入0g/L、10g/L、20g/L、30g/L氨基硅油,制成不同质量浓度的增深剂。将黑色涤纶机织物浸轧不同质量浓度的增深剂溶液,80℃预烘3min,再160℃焙烘3min,测试并计算整理前后的增深比G,结果如图2。由图2可知,氨基改性硅油的加入明显提升了氟丙乳液单独作用的增深效果,随着氨基硅油质量浓度的增加,增深比呈现先上升后下降的趋势。原因是2种树脂之间的协同作用,增大了对织物的吸附能力,从而增大成膜的厚度。但用量太高,织物上形成的膜过厚,会影响织物表面的光线反射,呈现增深比下降。增深剂的最佳复合用量:氟丙乳液120g/L,氨基硅油20g/L。2.2.2焙烘温度对织物增深比的影响将蓝色涤纶机织物浸轧增深剂溶液(氟丙乳液120g/L,氨基硅油20g/L),然后焙烘不同的温度和时间,测试增深效果和织物撕破强力。结果见表1。从表1中可以看出,随着焙烘温度的升高以及焙烘时间的延长,经增深剂整理的织物增深比明显提高,原因可能是,随着焙烘温度的升高,增深剂形成的低折射率薄膜中水分等小分子物质快速挥发,增强了膜凹凸不平的粗糙感,有利于光线在织物表面的多长反射和折射,从而增深效果变好。当温度达到140℃后,再继续升温,织物的增深比增加较少,甚至略有下降,温度过高,会导致薄膜高温脆化分解,不利于形成连续的薄膜。另外,随着焙烘温度的升高和焙烘时间的延长,织物强力下降得比较缓慢,因为增深剂在织物表面形成的交联性薄膜对强力有增强作用,但是160℃时强力下降明显,因为织物以及增深剂形成的薄膜发生分解。综合考虑,最佳焙烘条件为140℃,3min。2.3增深涤纶纤维分别将不同颜色的全棉和涤纶织物浸轧增深剂(氟丙乳液120g/L,氨基硅油20g/L)溶液,经过相同的预烘和焙烘条件,测试并计算增深比,结果见表2。由表2可见,增深剂对涤纶的增深效果比对棉织物好,主要是增深剂自身在染色织物表面形成1层均匀的低折射率薄膜,增加染色织物的表观深度,同时,涤纶纤维表面光滑,表面反射光强,整理上增深剂后,改变了涤纶纤维表面的形态结构,对降低表面反射光起到了较明显的辅助作用;另外,从色光的角度看,增深效果:黑色>蓝色>红色>黄色,可见,增深剂对不同色光织物的增深程度不同,试验呈现规律为:最大吸收波长在短波段的织物,增深程度比长波段明显,因为短波段容易散射,直接反射光减少,产生增深效果。黑色由于在整个可见光范围内,吸收波长都较大,因此增深效果最佳。2.4不同种类增深剂的效果选用3种市售增深剂(CT-S106B、WK-650、HT-ZSJ)与自制增深剂分别浸轧整理黑色涤纶织物,整理条件相同,不同用量下的增深比如图3所示,HT-ZSJ的增深效果最好,且用量对增深效果的影响较小;其他3种增深剂的增深比随用量变化较大,其中,CT-S106B在100g/L时增深比最高,达到29%,自制增深剂在120g/L时增深比最高,达到28.1%,WK-650在40g/L时增深比最高。几种增深剂达到最高增深比的用量有差异,主要是因为增深剂的含固量不同,其中HT-ZSJ的含固量为60%,其他3种增深剂的含固量为30%~40%,并且市售增深剂的具体成分未知。从效果看,自制增深剂的增深效果不亚于市售增深剂。由图4可以看出,未整理的涤纶纤维表面比较光滑,而整理后纤维表面明显有1层不均匀的液滴状膜,该薄膜会削弱纤维表面对光的反射,同时,不均匀的薄膜又能明显降低纤维表面的光滑度,改变原来的入射路径,使入射光在整理层内多次入射和被纤维内的染料吸收,显色效应大大增强,由此加深织物的颜色。3复配方案的确定(1)采用预乳化半连续乳液聚合技术成功合成了1种短氟链的聚丙烯酸酯乳液,并与1种氨基硅油复配制得新型增深剂。复配的最佳用量为:氟丙乳液120g/L,氨基硅油20g/L。(2)综合考虑增深效果和织物的强力2个因素,选用的最佳焙烘条件为140℃,3min。(3)增深效果与织物的色泽有一定关系,黑色的增深效果最好。增深剂对涤纶织物的增深效果比棉织物好。(4)通过与市售的3种增深剂的对比,自制增深剂也能达到应用效果。1.2引发剂为单一溶剂将甲基丙烯酸三氟乙酯