水性涂料印花黏合剂的合成与性能研究

付长清， 陈玲， 乔永洛， 申亮
（江西科技师范学院，江西省有机功能分子重点实验室，江西南昌330013）

0 前言
水性涂料印花工艺近年来在纺织行业中发展迅速，该工艺具有流程简便、能耗小、成本低和低污染等优点，并且所得产品色泽艳丽、给色量高且拼色容易[1-2]。水性印花色浆主要由水性黏合剂乳液、色浆、增稠剂和少量助剂组成。黏合剂作为连接纺织纤维与色浆之间的桥梁， 对印花织物的摩擦牢度、皂洗牢度和手感等具有决定性的作用[3-4]。目前，市场占有率大的丙烯酸酯类黏合剂具有原料易得、制备工艺简单和价格低廉等优点[5]，但其在应用过程中存在印花织物摩擦牢度和皂洗牢度欠佳、手感稍硬、胶感突出等缺点[6]，从而限制了其在高端涂料印花方面的应用。
本研究以反应型阴/非离子型乳化剂为复合乳化剂，丙烯酸丁酯（BA）、丙烯酸异辛酯（2-EHA）和丙烯酸乙酯（EA）为软单体，丙烯腈（AN）为硬单体，甲基丙烯酸缩水甘油酯（J-1 或GMA）和丙烯酸（AA）为功能单体， 采用半连续滴加预乳液的乳液聚合方法制备出一种水性丙烯酸酯类涂料印花黏合剂； 然后引入适量的有机硅助剂（Dow Corning-346），有望制成综合性能与国外同类产品相当的涂料印花黏合剂。

1 试验部分
1.1 试验原料
丙烯酸异辛酯（2-EHA）、丙烯酸丁酯（BA）、丙烯酸乙酯（EA）、丙烯腈（AN）、丙烯酸（AA），分析纯，天津市博迪化工有限公司；壬基酚聚氧乙烯醚（OP-10），工业级，江苏海安石油化工厂；十二烷基硫酸钠（SDS）、碳酸氢钠（NaHCO3）、过硫酸铵（APS），分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司； 阴离子反应型乳化剂（HS-10）、非离子反应型乳化剂（RN-30）， 工业级，日本工业制药公司；甲基丙烯酸缩水甘油酯（J-1 或GMA）、丙烯酸羟乙酯（J-2），化学纯，上海润捷化学试剂有限公司；无醛交联剂（HA）、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲基硅烷（J-3），工业级，广州双键贸易有限公司；乳化剂、色浆、火油、增稠剂、氨水，工业级，东莞嘉宏科技有限公司；有机硅助剂（DowCorning-346），工业级，美国道康宁公司。
1.2 试验仪器
V70 型傅里叶变换红外光谱仪，德国Bruker 公司；涂-4 杯黏度计，广州标格达有限公司；Y571-D 型多功能摩擦牢度仪，深圳力源检测仪器有限公司。
1.3 试验制备
1.3.1 预乳液的制备
将部分复合乳化剂溶于一定量的水中，边搅拌边加入全部单体，搅拌30 min 后得到预乳液。
1.3.2 水性丙烯酸酯黏合剂乳液的制备
将剩余乳化剂、40%引发剂（APS）、NaHCO3和去离子水加入到釜底中，开启搅拌（通入N2），升温至50 ℃时加入3%预乳液；待反应液出现蓝光时，继续升温至80 ℃，保温0.5 h；然后滴加剩余的预乳液和引发剂（2～3 h 滴毕），保温1 h；后滴加后引发剂（1 h 滴毕），冷却至室温，用氨水调节pH 值至7～8，过滤出料即可。
1.3.3 印花工艺
（1）织物：100%纯棉织物。
（2）水性涂料印花黏合剂的配方及配制：10 g 水性丙烯酸酯黏合剂乳液，30 g 去离子水，少量乳化剂，4~5 g 蓝色色浆，2.5 g 火油，1.67 g 增稠剂。按照配方要求，将上述物料混合均匀即可。
（3）工艺流程：丝网印花→烘干（80 ℃/3 min）→烘培（150 ℃/3 min） →成品（后处理）。
1.4 测试与表征
（1）黏度：采用涂4-杯进行测定。
（2）吸水率：将烘干至恒重的胶膜（质量为m）浸泡在水中，24 h 后取出， 擦净表面水分后称重（M），则吸水率=（M-m）/m。
（3）织物手感：常温时采用手触摸法测定印花织物的柔软度（5 级为非常柔软，4 级为柔软，3 级为较柔软，2 级为较硬，1 级为硬）。
（4）摩擦牢度：按照GB/T 3920—2008 标准，采用多功能摩擦牢度仪进行测定。
（5）固含量：按照GB/T 14074—2006 标准进行测定，固含量=干燥后固体质量/干燥前乳液质量。
（6）结构特征：采用带衰减全反射（ATR）附件的红外光谱（FT-IR）法进行表征（分辨率为4 cm-1，扫描32 次）。

2 结果与讨论
2.1 聚合工艺的选择
根据有关文献的研究结果[1]，本研究采用预乳化半连续滴加工艺制备水性涂料印花黏合剂乳液，并采用阴/非离子型乳化剂作为复合乳化剂。根据体系稳定性及黏度大小要求， 将乳液固含量设计为40%，并选择聚合工艺为w（复合乳化剂）=5%（相对于单体总质量而言）、预乳化液滴加时间为2.5~3 h和反应釜机械搅拌速率为200 r/min。
2.2 聚合单体的选择
在其他条件保持不变的前提下（如单体总质量不变等）， 按照表1所示的单体用量范围（ 相对于单体总质量而言）及性能特征，选择单体组成，即w（BA）=40%、w（2-EHA）=20%、w（EA）=14%和w（AA）=3%。
表1 聚合单体的用量范围及性能特征

2.3 复合乳化剂的选择
在其他条件保持不变的前提下[如单体配方和复合乳化剂总用量不变、m（阴离子型乳化剂）∶m（非离子型乳化剂）=2.2∶1等]， 不同阴/非离子型乳化剂对涂料印花黏合剂性能的影响如表2所示。


由表2可知： 反应性乳化剂的加入可明显提高涂料印花黏合剂的摩擦牢度和手感，同时可有效降低乳化剂的迁移（胶膜吸水率下降），但过多的反应性乳化剂会影响乳液的稳定性、增大乳液的黏度（乳液黏度太大会导致黏合剂堵网和提前成膜固化等弊病）。综合考虑应用性能和成本等因素，选择HS-10/OP-10阴/非离子型乳化剂作为复合乳化剂时较适宜。