聚苯乙烯丙烯酸丁酯表面改性的超细颜料性质

第28卷　第6期2007年6月

纺　织　学　报Journal of T extile Research V ol.28　N o.6Jun.　2007

文章编号:025329721(2007)0620092204

聚苯乙烯丙烯酸丁酯表面改性的超细颜料性质

孟庆豪,房宽峻,付少海

(江南大学生态纺织教育部重点实验室,江苏无锡　214122)

摘　要　为提高涂料印花中织物摩擦牢度,减少黏合剂等助剂的使用,以苯乙烯、丙烯酸丁酯为单体用微乳液聚合法对颜料蓝15∶1进行表面包覆改性,探讨了表面活性剂用量、单体用量等对所制备的超细颜料平均粒径、粒径分布和分散稳定性的影响,用扫描探针显微镜观察了改性颜料的形貌。结果表明:随着单体用量的增加,颜料的平均粒径先增大后减少;颜料分散时表面活性剂的用量影响体系的分散稳定性及颜料的平均粒径;表面改性后的超细颜料在无黏合剂存在的情况下,对纯棉织物的摩擦牢度有一定的改善。关键词　聚苯乙烯丙烯酸丁酯;微乳液聚合;超细颜料;性质中图分类号:TS194.21 文献标识码:A

Properties of nanoscale pigment surface 2modified by

polystyrene 2butyl acrylate

ME NG Qinghao ,FANG K uanjun ,FU Shaohai

(K ey Laboratory o f Science and Technology o f Eco 2Textile ,Ministry o f Education ,

Southern Yangtze Univer sity ,Wuxi ,Jiangsu 214122,China )

Abstract C.I.Pigment Blue 15∶1was encapsuled by miniemulsion polymerization with styrene and butyl

acrylate for the purpose of im proving the rubbing fastness and reducing the use of auxiliaries such as binders.The effects of the am ount of surfactants and m onomers on the average particle sizes ,PDI ,stability of the system were investigated.The m orphologies of the ultrafine particles were observed by the scanning probe microscope.The results indicated that the average particle size of the pigment first increases and then decreases as the am ount of the m onomers increases ;the am ount of surfactant affects the average particle sizes and the stability of the system ;the rubbing fastnesses of the m odified pigment for pure cotton fabric is rather g ood with absence of binders.K ey w ords polystyrene 2butyl acrylate ;miniemulsion polymerization ;ultrafine pigment ;property

收稿日期:2006-09-17 修回日期:2006-12-26

作者简介:孟庆豪(1983—

),男,硕士生。研究方向为有机颜料改性。房宽峻,通讯作者,E 2mail :fangkuanjun @ 。 超细有机颜料具有比表面积大,着色强度高,色

泽鲜艳等优点,近年来在纺织、塑料、橡胶、造纸、建筑等行业得到了广泛的应用。特别是喷墨印花和喷墨打印技术的发展,为超细颜料的开发和应用开辟了广阔的空间。然而,由于有机颜料主要是以凝聚体、聚集体等形态存在,表面极性低,在水相中很难被润湿和分散。尤其是将颜料分散到超细级,其比表面积和表面能急剧增大,自动凝聚的倾向增加,导致有机颜料在水相中很难被分散成超细级颗粒。

颜料表面胶囊化是近年来制备超细颜料分散体

系的重要方法,关于有机颜料包覆的方法主要有:溶

剂蒸发法、喷雾干燥法、液相分离法、悬浮交联法等[1]

。微乳液聚合法具有操作简单,反应过程易于控制,对环境污染小等优点,是科技工作者研究的热点。文献[2]通过乳液聚合制备了粒径范围在131～225nm 的SiO 22PM MA 核壳结构的复合包覆粒子;文[3-5]包覆。

本文以苯乙烯、丙烯酸丁酯为聚合单体,通过微乳液聚合法制备了稳定的超细颜料蓝15∶1微胶囊,

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通过改变乳化剂用量、单体用量制备了不同粒径及其粒度分布的超细颜料分散体系,同时研究了该体系在涂料印花中的应用。

1　实验部分

111　材　料

苯乙烯(St),化学纯;丙烯酸丁酯(BA),化学纯;过硫酸铵(APS),分析纯;十二烷基苯磺酸钠(S DBS),分析纯,国药集团化学试剂有限公司;过氧化苯甲酰(BPO),化学纯;乳化剂OP210,分析纯,上海凌峰化学试剂有限公司;氨水:化学纯,上海联试化工试剂有限公司;黏合剂W B2,工业品,青岛海怡精细化工有限公司;颜料蓝15∶1粉体,江苏五彩股份有限公司。

112　超细颜料分散体系的制备

通过减压蒸馏对单体苯乙烯和丙烯酸丁酯提纯;通过重结晶对过硫酸铵提纯。在定量去离子水中加入一定量的乳化剂S DBS、OP210,颜料5g,在输出功率400W,间隔1sΠ3s的条件下超声波处理30min后,转移至装有搅拌装置、冷凝管、恒压滴液漏斗、温度计的四口烧瓶中。将定量单体、引发剂BPO混合均匀缓慢滴加到反应器中,以600rΠmin的转速搅拌1h,再在超声波作用下处理5min,形成微乳液。将微乳液在机械搅拌的同时升温至80℃,引发聚合反应一定时间后,加入剩余的引发剂APS和分散剂,并恒温保持5h。反应结束后,降至室温,用氨水调pH值为7～8,过滤,得到超细颜料分散体系。

113　颜料的颗粒形貌

采用CSPM4000型扫描探针显微镜(广州本原纳米仪器有限公司)观察改性前后颜料分散体系粒子形貌。

114　颜料的Z eta电位、粒径分布

取少量试样,用去离子水稀释2000倍,采用Nano2ZS90型纳米粒度及Z eta电位分析仪(英国Malvern公司)测试颜料粒子的z均粒径、粒度分布以及Z eta电位。

115　离心检测

准确称取一定量的颜料分散液,采用Centrifuge 5415D型离心机(德国E ppendorf公司)以3000rΠmin 的转速离心30min,除去上层液体,将沉淀物烘干至恒重,计算沉淀量占颜料分散液的质量分数。116　涂料印花及其摩擦牢度

分别采用未改性颜料、超细颜料对纯棉平纹织物进行印花。印花工艺处方为:颜料2g,增稠剂0.9g,去离子水17.1g。工艺流程:印花→烘干(70℃,5min)→高温焙烘(150℃,3min)。

采用Y571L型摩擦牢度试验仪(莱州市电子仪器有限公司)测试印花织物的颜色牢度,采用X2Rite 8400测色配色仪(美国爱色丽公司)进行沾色评级。

2　结果与讨论

211　单体用量对颜料包覆改性的影响

保持颜料用量等条件不变,分散剂用量为颜料和聚合单体总质量的5%,改变聚合单体的用量,对颜料进行表面改性。聚合单体用量对颜料包覆改性的影响如表1所示。

表1　聚合单体用量对颜料包覆改性的影响

T ab.1　E ffect of the monomers amount for modified pigments 单体用量Π%粒径Πnm PDI Z eta电位Πm V沉淀量Π% 0150.70.187-20.5 1.21

60156.30.190-20.7 1.07

100163.20.197-21.9 1.13

200159.20.226-21.3 1.09

300150.40.235-22.1 1.11

从表1可以看出,经改性后,颜料粒子的平均粒径增大,由未改性的150.7nm增长至聚合单体用量100%时的163.2nm,但随着单体用量的增加,体系的平均粒径逐渐减小,体系的多分散指数PDI变大。改性前后,体系的Z eta电位变化不大,但改性后颜料经离心产生的沉淀物减少。

随着聚合单体用量的提高,分散体系的平均粒子粒径先增大后减小,这种现象产生的原因可能是:反应体系中加入的单体吸附在颜料表面,经引发聚合对颜料进行包覆,使颜料粒子的粒径增大。聚合单体的加入量越多,颜料的包覆层越厚,体系的平均粒径越大;但随着聚合单体用量继续增加,未吸附在颜料表面的单体逐渐增多,最终单独形成粒径较小的乳胶粒,当乳胶粒的数量足够多时,将导致体系的平均粒径下降,形成体系的平均粒子粒径随聚合单体用量的增多而减小的现象。同时,体系的PDI随聚合单体用量的增多而增大,也反映出体系中粒子粒径的分布范围增大,粒子分散的均匀性变差。212　分散剂用量对颜料包覆改性的影响保持颜料用量不变,聚合单体用量为颜料质量

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第6期孟庆豪等:聚苯乙烯丙烯酸丁酯表面改性的超细颜料性质