影响涂料印花增稠剂增稠及抗渗化性能的因素

　第19卷第4期

1998年12月

青　岛　化　工　学　院　学　报

Journal of Qingd ao In stitute of Chemical T echnology

Vol.19No.4

Dec.1998

影响涂料印花增稠剂增稠

及抗渗化性能的因素a

李旭东　史显宗　王　进　张　锋　于善普

(青岛化工学院高材系,青岛266042)

摘　要:讨论了反乳液聚合法合成涂料印花增稠剂时,影响聚合产物的抗渗化性能及增稠效果的主要因素。研究发现,提高聚合温度可以提高聚合产物的

抗渗化性,但配制高粘度印花浆时对增稠效果不利,而在配制低粘度印花浆时

则反之。降低交联单体用量有利于提高聚合产物的抗渗化性,并可提高聚合产物

在配制较低粘度印花浆时的增稠效果。

关键词:增稠剂;增稠能力;渗化性;交联;聚合温度

中图法分类号:TS193.22

近年来,合成增稠剂在涂料印花中得以广泛应用。由于增稠效果和抗渗化性是衡量增稠剂

性能优劣的最主要的性能指标,故此是有关研究的焦点问题。在印花浆中加入增稠剂的目的主要是增大印浆的粘度,降低其流动性,使其具有假塑性,在剪切力作用下粘度降低,易从印染筛网的网眼中漏出到印染织物上,在失去剪切力后粘度升高,可保持在原位置上,不向织物的其它部位渗透(即不渗化)。

但实践中发现,虽然对于同一种增稠剂,配制印花浆时增加增稠剂的用量可增加其稠度有利于抗渗化,但不同种类的增稠剂相互比较,则有的增稠剂配制的印花浆虽然稠度较小,但抗渗化的能力反而高于其它的稠度较大的。这说明抗渗化的能力与增稠剂的稠度之间并没有必然的联系。本研究从合成角度出发,讨论了某些聚合条件及产物结构对涂料印花增稠剂的增稠效果及抗渗化能力的影响。

1　实验

1.1　主要化学试剂

丙烯酸(AA)和丙烯酰胺(AM)为工业产品;甲撑双丙烯酰胺、Span系列乳化剂和过硫酸铵为化学纯;AA用前经蒸馏脱阻聚剂;煤油为市售工业品。

1.2　合成方法

在具搅拌的三口烧瓶中,加入单体,乳化剂,水和煤油等后,通氮脱氧升温到所需温度聚合,即可得粘稠的油包水型聚合物乳液。

a收稿日期:1997-07-25

第一作者:李旭东,男,26岁,硕士

1.3　测试方法

采用DNJ -I 型旋转粘度计测试增稠剂加水搅拌糊化后体系的粘度。

采用在白涤棉布上刮上按粘合剂20份,水75份,色浆5份,增稠剂若干份的比例调制的印花浆。以刮上的色浆开始渗化的时间长短评价增稠剂的抗渗化性能。

2　结果与讨论

2.1　交联单体加入量对增稠剂增稠效果的影响

涂料印花增稠剂属于吸水性聚合物的范畴,其增稠能力与其吸水能力有直接关系。

但实验中发现,在吸水量相同的情况下,增稠体系的粘度也大为不同,说明除了吸水量不同外,

还有影响增稠剂增稠能力的其它因素。

图1　增稠剂用量与粘度的关系 图2　增稠剂用量与粘度的关系

AM ÷AA =1÷3重量比

AM ÷AA =1÷4重量比

图标为交联剂量占单体的质量分数,　

增稠剂中聚合物含量为20%,下同　图1、图2为改变交联单体用量时,增稠剂的加水稀释曲线,图3、图4为粘度与增稠剂浓度的对数关系曲线。可以看出,在实验范围内,随着交联剂用量的增加,粘度与增稠剂用量的关系曲线斜率变大。由图1、图2还可以看出,增稠剂的增稠效果与交联剂用量的关系比较复杂。由Flory 的吸水倍率公式[1]:

Q m

5/3≌[(i 2V U S 1/2)2+((1/2-x 1)/V 1)]V e /V 0(1)或Q m 5/3=V -M C (1-2M C /M )[(i 2V U

)2/S +(1/2-x 1)/V 1] 式中:i -聚合物固定的每一个聚合单元上的电荷数;

Q m -吸水倍率; V U -结构单元体积;i /V U -固定在树脂上的电荷浓度;

S -外部溶液的电解质的离子浓度;

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第4期 李旭东等:影响涂料印花增稠剂增稠及抗渗化性能的因素

354 青　岛　化　工　学　院　学　报 第19卷

(S=T X C S/2;T为水中电解质电离的离子总数;X为价键系数;C S为水中电解质的

浓度)

x1-聚合物与水的相互作用参数; V1-水的摩尔体积;

V e-交联网络的有效交联单元数; V0-未膨胀的聚合物体积;

(1/2-x1)/V0-水同高分子电解质网络的亲合力;

V e/V0-树脂的交联密度; V--高分子比体积;

M c-交联点间的分子量; M-高分子平均分子量

吸水倍率的5/3次方与交联度成反比,即交联度越低,吸水倍率越大。而实测对于不同的聚合体系,都存在一个具有最大吸水倍率的交联剂用量。对于吸水聚合物的增稠性,交联剂加入量的影响较复杂。首先,如以达到某一增稠粘度所需的吸水性聚合物的加入量衡量增稠效果,则不同的粘度区间,为达到最佳的增稠效果所需的交联单体加入量也不同,可见,衡量吸水性聚合物的增稠效果不能完全用其吸水倍率来解释。从以上图的斜率分析,高交联度和低交联度的聚合物微粒,有不同的流变特性,即交联度不同时,粘度与聚合物浓度的关系不同。

上式表明当加水量较多地超过最大吸水倍率Q max后,交联剂用量对体系粘度的影响不是非常大,且低交联度体系的粘度应大于高交联度的。当增稠剂加入量进一步增加,体系粘度大于100m Paõs时,加水量接近聚合物最大吸水倍率,水份大部为聚合物颗粒吸收,体系的粘度主要由聚合物吸水能力,颗粒的形变能力及表面缠结等性质决定。交联剂加入量很低时(0.1%单体重量,下同),聚合物颗粒的吸水能力较大,水份全部被吸收,吸水颗粒之间充分接触,粘度应该比较大,但聚合物颗粒交联不充分,比较柔软,粘度主要由吸水颗粒的形变能力决定,聚合物浓度的变化,即聚合物颗粒吸水量的变化主要表现为颗粒弹性模量的变化,体系粘度随增稠剂用量的变化比较平缓。而当交联加入量大于0.2%后,变化变得明显,这主要是由于交联度高时聚合物吸水颗粒的弹性模量较高,其形变力与聚合物颗粒之间的接触摩擦力共同影响体系的粘度的缘故。在体系加水量较少,水份全部被吸收的情况下,聚合物吸水颗粒的弹性模量主要受交联度和吸水量的影响,弹性模量大到一定程度,变形非常困难时,体系的粘度将由颗粒之间滑动的摩擦力决定,粘度随增稠剂浓度的变化变缓。根据以上分析,高交联度的吸水性聚合物微粒体系的假塑性,即剪切变稀性应大于低交联度的,作为涂料印花增稠剂是比较有利的。

从应用的角度分析,交联剂用量小于0.1%时,增稠粘度随增稠剂加入量的变化非常平缓,有利于制成抗渗化型增稠剂,可避免PT F一类增稠剂用于渗化严重的织物时,需要多加增稠剂从而导致印花浆稠度过大,必需补加(NH4)2SO4等盐类降粘的问题[2]。更可贵的是可以减少因多加增稠剂产生的手感变差和浪费的问题。此外对于一般的产品,交联剂的加入量应兼顾增稠效果和抗渗化性,加入量与单体种类等有关。

2.2　交联剂用量对增稠剂抗渗化性能的影响

印花浆通过筛网印到织物上后,由于织物的毛细作用,其中的水份有向周围渗透的趋势,这种渗透会使所印花位的轮廓变得不清楚,形状改变影响美观等,加入增稠剂到印花浆中的主要作用之一就是防止这种渗化。

增稠剂抗渗化的性能与增稠剂中聚合物颗粒吸水后的保水能力有关,即与水在聚合物颗粒中的性质有关。一般吸水性聚合物吸收的水份可分为正常水和非正常水,非正常水与聚合物