聚乙烯蜡超细微乳液的制备及其性能研究_钟少锋

当天破乳
480
注：聚乙烯蜡质量分数均为 40%.
选用聚乙烯蜡乳化剂时,HLB 值是首先要考虑的 一个因素.本文是平平加 O 与乳液胶体保护剂 AP60
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印染助剂
29 卷
复配而成的非离子型表面活性剂,此乳化剂的 HLB值 与聚乙烯蜡的 HLB 值较接近,同时还具有较高的浊点. 利用均匀设计软件进行配方设计,并用乳化剂乳化聚 乙烯蜡,考察复配乳化剂 HLB 值对聚乙烯蜡乳化效果 的影响.从表 1 可见,当乳化剂 HLB 值为 14.8 时,刚好 跟聚乙烯蜡的 HLB 值相匹配,乳化效果最佳. 2.1.2 乳化剂用量
摘 要： 以聚乙烯蜡 6 100 为原料,采用直接高温高压法制备聚乙烯蜡微乳液;系统研究了乳化剂 HLB 值、乳化剂用量、乳化 时间、乳化温度、pH、搅拌速度等因素对聚乙烯蜡乳液性能的影响,并分别采用场发射透射电子显微镜(FE-TEM)和激光动态光散射仪 (DLS)等研究了乳液微粒形态、粒径及其分布.结果表明,适宜的乳化工艺条件:复合乳化剂的 HLB 为 14.8,复合乳化剂用量为 6.4%,乳 化时间为 40 min,乳化温度为 130 ℃,搅拌速度为 60 r/min,pH=8.在该条件下可制得固含量高达 40%、平均粒径为 50 nm、具有良好稳定 性和分散性的聚乙烯蜡超细微乳液,该乳液可以赋予织物柔软丰满的手感,减少织物表面摩擦阻力,显著改善织物的可缝纫性等.
HLB 值
外观
平均粒径 离心稳定性 热稳定性
/nm
12.5
乳白色
分层
当天破乳
680
13.8
乳白色
分层
当天破乳
560
14.3
冷却后胶状 微分层 5 d 后破乳
160
14.8
ห้องสมุดไป่ตู้
黄色，透明
稳定
30 d 稳定
50
15.5
冷却后胶状 微分层 5 d 后破乳
120
16.5
乳白色
分层
当天破乳
360
17.2
乳白色
分层
Key words： polyethylene wax; micro-emulsion; emulsification; emulsifier
聚乙烯蜡是一种低分子质量的聚乙烯,其熔融粘 度很低,具有蜡的特性,一般聚合度为 100~300,数均
相对分子质量为 2 000~10 000.其化学性能稳定,手感 滑爽,耐磨性好,硬度高,在油墨、涂料、鞋蜡、纺织等行
分散性:分为 5 个等级,1 级最好,5 级最差.[9-10] 利用透射电子显微镜观察乳液微粒的形态结构: 将未镀碳膜的 200 目铜网缓慢浸入乳液中数秒,取出, 在空气中晾干后将铜网放入透射电镜样品台上观察, 加速电压为 120 kV.选取合适的观察点,电脑自动采 集成像. 用激光动态散射仪测定乳液的平均粒径,测试条 件:温度 25 ℃,激光波长 638 nm,入射角 90°. 1.4 应用工艺 浸渍[聚乙烯蜡乳液 4%(owf)]→脱水(带液率100%) →预烘(90~100 ℃,3 min)→焙烘(150 ℃,2 min). 1.5 应用性能测试 按照美国 ASTM D3787-2001《纺织织物顶破强力 的标准试验方法等速牵引(CRT)钢球顶破试验》测试 织物的顶破强力;按照 GB/T 3923《织物断裂强力和断 裂伸长的测定》测试织物的断裂强力.
从表 2 可知,当乳化剂用量为 4.0%时,所得乳液 为乳白色粗分散体系,平均粒径大,不稳定.6.4%和 7.2%时,所得乳液外观较好,稳定性都有提高,从有效 含量及成本上考虑,选择乳化剂用量为 6.4%.
表 2 乳化剂用量对乳液性能的影响
乳化剂用量 (%)
外观
平均粒径 离心稳定性 热稳定性
/nm
4.0
乳白色
分层
当天破乳
570
5.2
冷却后胶状 微分层 5 d 后破乳
130
6.4
黄色,透明
稳定
30 d 稳定
50
7.2
微黄,透明
稳定
30 d 稳定
40
2.1.3 乳化温度 从表 3 可以看出,随着温度的升高,乳液稳定性
增强,而且透明度提高,其粒径也随之变小,这说明聚 乙烯蜡乳液稳定性逐步增强,随着温度的进一步升高, 聚乙烯蜡乳液的粒径增大.可能原因是聚乙烯蜡的乳 化是乳化剂分子吸附在水-蜡界面上形成稳定牢固 的保护膜并建立稳定双电层的过程.从热力学上分析, 吸附是一个放热过程,升温不利于吸附过程的进行.但 是聚乙烯蜡融化需要温度高于其熔点,以便于它更好 地分散;另外,使用的乳化剂为非离子表面活性剂,当 乳化温度超过它们的浊点时,乳化剂会从溶剂中析出 而不发挥乳化作用.[6-8]从乳液外观、稳定性等方面考 虑,选择乳化温度为 130 ℃.
Abstract： Polyethylene wax micro-emulsion was prepared from polyethylene wax 6 100 by high tempera－ ture and high -pressure method in hermetic conditions. Influences of HLB number and dosage of emulsifier, emulsification time, temperature, pH, stirring speed and cooling conditions on the properties of polyethylene wax emulsion were investigated. Furthermore, the morphology, particle size and distribution of the emulsion were an－ alyzed by field emission-transmission electron microscope (FE-TEM) and laser dynamic light emission device (DLS). The results showed that the optimum emulsification condition was: HLB number was 14.8, the dosage of com－ pound emulsifier was 6.4%, and the wax was emulsified at 130 ℃ for 40 min with 60 r/min of stirring speed un－ der pH 8. The polyethylene wax ultrafine micro-emulsion with more than 40% of solid content, 50 nm of aver－ age particle size, good stability and dispersibility could be obtained under the optimum condition. The softness and fullness of the fabric treated with this kind of ultrafine micro-emulsion was obviously improved. Frictional re－ sistance of the fabric surface could be reduced, and the tailoring properties of the fabric could also be greatly im－ proved.
1 试验
2 结果与讨论
1.1 试剂及仪器 织物:40×40 半漂棉府绸. 试剂:聚乙烯蜡 6 100(熔点 110~115 ℃,昆山科宝
乐科技有限公司),平平加 O、乳液胶体保护剂 AP60(脂 肪醇聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂,浙江精业生化 有限公司),氢氧化钾、液体石蜡(工业级).
仪器:HX-T 型电子天平(慈溪天东仪器厂),DHG9243B5-Ⅲ型烘箱(上海新苗医疗器械制造有限公司), DF-101S 集热式恒温加热磁力搅拌器(郑州长城科工 贸有限公司),YG026 型电子强力机(常州市大华电子 仪器有限公司),IR-16 型红外线高温染色机(香港弘 埔技术有限公司),JEM-2100F 场发射透射电子显微 镜(日本电子株式会社),BI-200SM 激光动态散射仪(美 国布鲁克海文仪器公司). 1.2 聚乙烯蜡超细微乳液的制备
却,即可得到质量分数为 40%的聚乙烯蜡超细微乳液. 1.3 微乳液性能测试
离心稳定性:取乳液放入离心机中,以 3 000 r/min 离心处理 30 min,如果不破乳分层即为稳定性好.
热稳定性:在带塞密闭比色管中装一定量聚乙烯 蜡超细微乳液,然后在 60 ℃的恒温水浴锅中观察出现 破乳、泛黄变色的天数.[2]
关键词： 聚乙烯蜡; 微乳液; 乳化; 乳化剂 中图分类号: TQ630.4 文献标识码: B 文章编号: 1004－0439(2012)02－0032－04
Study on the preparation and properties of polyethylene wax ultrafine micro-emulsion
ZHONG Shao-feng1, LIU Xiao-yun1, FU Yue-jiang2, WU You-quan2, WANG Li-ming2, WU Ren-mei2, HUANG Xiao-jun3
(1. School of Textile, Zhejiang Industry Polytechnic College, Shaoxing 312000, China; 2. Zhejiang Jingye Chem & Bio. Co., Ltd., Hangzhou 311247, China; 3. Department of Polymer Science and Engneering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China)
第 29 卷第 2 期 2012 年 2 月
印染助剂 TEXTILE AUXILIARIES
Vol．29 No．2 Feb．2012
聚乙烯蜡超细微乳液的制备及其性能研究
钟少锋 1， 刘晓云 1， 傅越江 2， 吴幼泉 2， 王黎明 2， 吴仁妹 2， 黄小军 3
（1． 浙江工业职业技术学院纺织工程分院， 浙江绍兴 312000； 2． 浙江精业生化有限公司， 浙江杭州 311247； 3． 浙江大学高分子科学与工程学系， 浙江杭州 310027）
采用直接高温高压密闭乳化法制备,即将水、表 面活性剂、聚乙烯蜡和其他添加物一次性加入压力反 应釜中,密闭后开始加热和搅拌.乳化一段时间后,冷
2.1 乳化条件的确定 2.1.1 乳化剂 HLB 值
乳化剂的 HLB 值对聚乙烯蜡乳化效果的影响见 表 1.
表 1 乳化剂的 HLB 值对聚乙烯蜡乳化效果的影响
收稿日期：2011-07-01 作者简介：钟少锋(1976-),男,湖北云梦人,副教授,博士后,主要从事纺织品功能整理以及印染助剂研发工作.
2期
钟少锋，等：聚乙烯蜡超细微乳液的制备及其性能研究
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业有广泛的应用.以聚乙烯蜡为主要原料,在水性体 系下加热乳化后制备的聚乙烯蜡微乳液在纺织工业 中有重要的应用价值.其成膜性强,能显著降低纤维 表面的摩擦系数而用作平滑剂;其熔点高,可以用作 高速缝纫线的柔软剂;其柔韧性好,可用作纺纱油剂 或上浆剂.[1-2]制备性能优异的微乳液,一般乳化剂用 量均较大,且微乳液的固含量也较低.高固含量的乳 化蜡产品具有生产效率高、运输成本低、干燥快、能 耗低等优点,越来越受到市场的重视.制备固含量高、 流动性好、乳化剂用量少以及具有纳米级超细微粒的 乳化蜡产品仍是该领域需要攻克的一个难题.[3-5]微乳 液粒度是表征乳液的另一个重要指标;减小乳液粒度, 可增加乳液的稳定性,改善其渗透性、成膜性及耐溶 剂性等.[6-8]因此,在乳液的制备中,乳液形态、粒度及其 分布的控制就显得尤为重要.至今,固含量在 35%以 上,且粒径在 0.1 μm 以上的具有纳米级超细粒径的高 浓度乳化蜡未见文献报道.[3-8]本文对聚乙烯蜡乳化的 条件和工艺进行系统研究,并采用透射电镜、激光动 态光散射仪等详细考察了乳液微粒形态、粒径及其分 布等,进而研制出高固含量、低乳化剂用量和具有纳 米尺度粒径的聚乙烯蜡超细微乳液;将该超细微乳液 用于织物后整理,并对整理后的织物性能进行了全面 评价.