2.1.3 膠體保護(hù)劑的影響
無皂乳液聚合過程中無需添加乳化劑,但為了使制得的乳液穩(wěn)定,需在反應(yīng)體系中加入膠體分散保護(hù)劑。聚乙烯醇(PVA)具有獨(dú)特的皮膜柔韌性、平滑性、耐油耐溶劑性、氣體阻絕性、耐磨性和透光性等優(yōu)點(diǎn),可作為無皂乳液聚合時(shí)的膠體分散保護(hù)劑。但PVA一般不單獨(dú)使用,而與淀粉、塑膠、合成樹脂、纖維素衍生物及各類表面活性劑相互混溶,以提高穩(wěn)定性。本試驗(yàn)選用水溶性的羧甲基纖維素鈉(用量為0.14%)與PVA混溶,以進(jìn)一步起到增稠、乳化和穩(wěn)定的作用。由于羧甲基纖維素鈉的粘度很大,所以PVA的用量不宜過高。膠體保護(hù)劑PVA用量對聚合乳液性能的影響見表1。
表1 PVA用量對乳合乳液性能的影響
聚合反應(yīng)過程中,當(dāng)PVA用量增大到一定程度后,聚合物在固定的空間(PVA界面膜)中進(jìn)行鏈增長,使乳膠粒子大小趨于均一,同時(shí)也能有效地防止粒子的暴聚。當(dāng)PVA用量過高時(shí),聚合物的玻璃化溫度大幅提高,其制成的膜脆、硬,且斷裂強(qiáng)度下降,用于涂料印花后,織物手感僵硬;此外,大量粒子被包裹在PVA界面膜內(nèi),使得部分粒子無法發(fā)揮作用。因此,PVA的用量應(yīng)視聚合過程(乳液穩(wěn)定性和最終的織物風(fēng)格而定。由表1知,PVA用量為聚合單體總質(zhì)量的1%時(shí),丙烯酸酯無皂乳液的穩(wěn)定性和應(yīng)用性能較佳。
2.1.4 交聯(lián)單體的影響
無皂乳液聚合過程中,加入交聯(lián)單體可提高乳液的粘度和耐水性。分別采用N-羥甲基丙烯酰胺(NMA)和丙烯酸羥乙酯(HEA)為交聯(lián)單體,進(jìn)行無皂乳液聚合。結(jié)果發(fā)現(xiàn),NMA無法完全溶解且會使反應(yīng)體系出現(xiàn)凝膠,從而影響乳液的外觀及粒徑。此外,由NMA制備的乳液用于涂料印花時(shí),其會在焙烘過程中釋放出甲醛,對人體和環(huán)境造成危害。綜合考慮,選用丙烯酸羥乙酯作為無皂乳液聚合的交聯(lián)單體。
HEA用量對聚合乳液性能的影響見表2。
表2 HEA用量對聚合乳液性能的影響
由表2可知,HEA用量較低時(shí),隨HEA用量增加,聚合乳液的穩(wěn)定性增加;當(dāng)HEA用量超過3.0%時(shí),聚合乳液的性能大幅度下降,且凝膠現(xiàn)象劇增。這可能是由于交聯(lián)單體增加:交聯(lián)程度增加,聚合乳液的粘度稍大,穩(wěn)定性變差,出現(xiàn)凝膠。綜合考慮,選定丙烯酸羥乙酯(HEA)用量為3.0%。
2.1.5 功能單體的影響
在無皂乳液聚合中引入少量甲基丙烯酸或丙烯酸水溶性單體進(jìn)行共聚,可制得粒徑小、分布均勻的乳液,并改善乳液的貯存穩(wěn)定性、機(jī)械穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和成膜性等。
本試驗(yàn)嘗試采用兩種功能性單體丙烯酸(AA)和甲基丙烯酸(MAA)進(jìn)行共聚,結(jié)果發(fā)現(xiàn),聚合體系中加入AA單體后,乳液不穩(wěn)定。這可能是由于AA的親水性相對較強(qiáng),易在水中發(fā)生均聚而導(dǎo)致聚合過程和最終乳液不穩(wěn)定。而在聚合體系中加入MAA后,聚合過程和最終乳液的穩(wěn)定性較好。這可能是因?yàn)镸AA的結(jié)構(gòu)中比AA多一個(gè)甲基(-CH3),親油性增強(qiáng),從而起到較好的乳化、分散作用。MAA對聚合乳液性能的影響見表3。
表3 MAA用量對聚合乳液性能的影響
根據(jù)表3結(jié)果,并結(jié)合聚合乳液的應(yīng)用性能,最終確定MAA用量為10%。
2.1.6 丙烯酸酯無皂乳液的性能
由優(yōu)化的無皂乳液聚合工藝制備的丙烯酸酯類乳液的性能見表4。
表4 丙烯酸酯類涂料印花粘合劑的性能
由表4可知,除乳液的耐酸性較差外,其它各項(xiàng)性能均良好。這是因?yàn),處于一定的酸性條件下,該乳液體系乳膠粒表面的羧基負(fù)離子會吸收質(zhì)子而變成羧酸,導(dǎo)致乳膠粒相互粘連而發(fā)生凝聚。
2.2 丙烯酸酯無皂乳液的性狀分析
2.2.1 DSC分析
圖2為丙烯酸酯無皂乳液的DSC圖。
圖2 丙烯酸酯無皂乳液的DSC圖
由圖2可知,DSC圖中只存在一個(gè)轉(zhuǎn)變溫度,即玻璃化溫度(Tg=49.3℃),說明合成的丙烯酸酯類無皂乳液為共聚物,并非自聚物。由DSC分析可知,丙烯酸酯單體聚合屬于自由基聚合反應(yīng),在反應(yīng)過程中沒有發(fā)生均聚和自聚。但由于反應(yīng)時(shí)加入了功能性單體和膠體保護(hù)劑(它們的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較高),導(dǎo)致聚合物的玻璃化溫度大大提高,將此聚合物用作織物印花的粘合劑會使織物手感變硬,因此,還需進(jìn)一步改進(jìn)合成工藝,以使織物獲得更好的手感。