丙烯酸酯類植絨粘合劑的合成及應(yīng)用

孟 嘯，孟 穎，權(quán) 衡

（武漢紡織大學(xué) 化工學(xué)院，湖北 武漢 430073）

丙烯酸酯類植絨粘合劑的合成及應(yīng)用

孟 嘯，孟 穎，權(quán) 衡*

（武漢紡織大學(xué) 化工學(xué)院，湖北 武漢 430073）

采用乳液聚合的方式，以丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、丙烯腈、苯乙烯、N-羥甲基丙烯酰胺為單體合成了丙烯酸酯植絨粘合劑。對引發(fā)劑的分配比例、雙滴加溫度及時間和追加后保溫溫度及時間等制備工藝條件進行了研究，確定了最佳制備工藝。所制備的產(chǎn)品具有良好的干摩擦牢度、濕摩擦牢度、抗高溫泛黃性、耐沾污性等應(yīng)用性能。

丙烯酸酯； 植絨粘合劑； 合成工藝； 應(yīng)用性能

通常人們把利用電在布底以及其他材料的表面上栽植短纖維或在布底上栽植花紋的，叫做“靜電植絨”、“電沉積加工”、“植絨加工”、也有稱為“絨面涂料”的[1]。靜電植絨是通過高壓靜電場對絨毛的作用，使絨毛依靠電場力植入涂有粘合劑的基材表面（基布）[2]。

在美國，從1926年起，Behr-Manning 公司在制造砂紙時，為了使磨粒的尖端向上以提高磨擦的研磨效果的試驗中發(fā)現(xiàn)了電沉積、栽植的作用，進而一步一步地發(fā)展演變而成為今天的靜電植絨。1929年，由法國人雷綱·拉歐蘇瓦在英國提出了制造天鵝絨類制品的專利，這可能是有關(guān)植絨最早的文獻了。在上個世紀30年代，德國出現(xiàn)了靜電植絨技術(shù)，到了60年代取得了突破性的進展。當(dāng)前在德國、意大利、日本、美國等都處于領(lǐng)先地位[3,4]。

靜電植絨以其特有的性能和風(fēng)格，已廣泛應(yīng)用于家紡服裝、汽車內(nèi)飾、絕緣材料、橡膠及塑膠制品等方面。隨著其性能的不斷提升，靜電植絨制品的應(yīng)用將更加廣泛[5-8]。目前植絨粘合劑主要有溶劑型和水乳型兩大類，而近年來，市場對環(huán)保的要求日趨嚴格，溶劑型膠黏劑的使用和發(fā)展明顯受到限制。因此，作為安全型的水乳型膠黏劑成為植絨粘合劑發(fā)展的主體方向[9-11]。

丙烯酸酯聚合物為主體的乳膠液體系適用范圍廣、原料易得、使用方便、價格低廉且無污染，成為目前較受歡迎的一類植絨專用膠。水乳型丙烯酸酯類粘合劑是生產(chǎn)安全、環(huán)境污染小且成本較低，同時具有優(yōu)良的耐候性、耐老化性的靜電植絨劑。[12-15]。

1 實驗部分

1.1 實驗原料及儀器

主要原料：N-羥甲基丙烯酰胺，CP；過硫酸銨，AR；十二烷基硫酸鈉、丙烯酸甲酯、丙烯腈、苯乙烯，AR；丙烯酸乙酯，丙烯酸丁酯，AR；丙烯酸，AR。

儀器：電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，耐摩擦洗刷牢度儀，電子天平，電子恒溫不銹鋼水浴鍋，強力攪拌儀。

1.2 合成方法

在三口燒瓶中加入一定量的乳化劑OP-10(烷基酚聚氧乙烯醚)，K-12（十二烷基硫酸鈉），蒸餾水，丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、苯乙烯、丙烯腈、丙烯酸和N-羥甲基丙烯酰胺等單體，在一定溫度下進行乳化，調(diào)節(jié)pH值，得到自制預(yù)乳液，待用。

將待用的乳液分為兩部分，一部分混合定量蒸餾水加入三口燒瓶中打底，另一部分置于分液漏斗中與一定比例的引發(fā)劑進行雙滴加。升至一定溫度開始聚合反應(yīng)，保持一定時間直到反應(yīng)結(jié)束。

2 分析與測試

2.1 耐沾污性

滌/棉織物浸軋300g/L粘合劑（一浸一軋），100℃烘干，150℃焙烘3min；與未浸軋粘合劑的滌/棉織物同時浸入0.02g/L的分散染料染浴中，于80℃處理5min；水洗，100℃烘干；測K/S值，并計算表觀沾色比值。表觀沾色比值越小，粘合劑的耐沾污性越好。

其中：(K/S)A— 浸軋粘合劑織物的K/S值；

(K/S)B— 未浸軋粘合劑織物的K/S值；

2.2 高溫泛黃性

在凈洗后的純棉漂布上印制500g/L粘合劑。100℃烘干，180℃焙烘2min,冷卻后測試其泛黃指數(shù)(Y1)。

式中X，Y，Z為樣品在D65/10°光源條件下的三刺激值。Y1值越大，說明樣品越黃。

2.3 干/濕摩擦牢度測試

在電動摩擦牢度儀上測試，參照GB3920－1997紡織品耐摩擦色牢度測試方法，測干/濕摩擦牢度，并按GB251－1995《染色牢度沾色樣卡》進行灰卡評級。

3 結(jié)果與討論

3.1 引發(fā)劑分配比例的影響

引發(fā)劑是乳液聚合反應(yīng)中的重要配方之一，其種類、用量和加入方式會直接影響聚合反應(yīng)的速率以及產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。本實驗對比不同引發(fā)劑分配比例下產(chǎn)品的性能，確定最佳的配比方式。

表1 不同引發(fā)劑分配比例下的產(chǎn)品性能對比

由表1可知，引發(fā)劑分配比例采用1:3:1分三次加入進行聚合時，產(chǎn)品的干摩擦牢度、濕摩擦牢度指標(biāo)最好，抗高溫泛黃性和耐沾污性較好。

采用1:3:1的分配比例分步加入引發(fā)劑可降低溶液中引發(fā)劑的瞬間濃度，使單體不過早交聯(lián)，反應(yīng)平穩(wěn)，降低未反應(yīng)單體量，提高單體的轉(zhuǎn)化率。在引發(fā)階段第一步中，如果加入過多的引發(fā)劑，雖使溶液中引發(fā)劑濃度提高，縮短引發(fā)時間，但使得前期的聚合反應(yīng)劇烈，不利于單體聚合形成大分子。同時，由于引發(fā)劑本身是電解質(zhì)，如果濃度過高，其引起的電解質(zhì)鹽效應(yīng)會引起粒子聚結(jié)，降低乳液的穩(wěn)定性。在第二步中，如果雙滴加所用引發(fā)劑較少，雖然反應(yīng)溫和，但是所需聚合時間較長，在確定時間內(nèi)未反應(yīng)的單體含量偏高；若雙滴加所用引發(fā)劑較多，會使反應(yīng)速度過快，產(chǎn)生大量的反應(yīng)熱，使得反應(yīng)不易控制，造成粒子聚結(jié)，降低產(chǎn)率。在第三步中進行引發(fā)劑追加，有利于未反應(yīng)單體進一步反應(yīng)。

3.2 雙滴加溫度的確定由表2可知，在85℃下進行雙滴加所得產(chǎn)品的抗高溫泛黃性最好，干摩擦牢度、濕摩擦牢度較好。由于引發(fā)劑APS為熱分解性的引發(fā)劑，溫度因素對其分解速率常數(shù)的影響較大。當(dāng)溫度較低時，引發(fā)劑分解速率較小，使得聚合速率相對較慢，單體反應(yīng)不完全；當(dāng)溫度過高時，引發(fā)劑分解速率過大，使得聚合速率過快，粒子聚結(jié)，不易形成大分子，導(dǎo)致產(chǎn)率下降，影響產(chǎn)品性能。

表2 不同雙滴加溫度下的產(chǎn)品性能對比

3.3 雙滴加時間的確定

表3 不同雙滴加時間下的產(chǎn)品性能對比

由表3可知，雙滴加時間為100min所得產(chǎn)品的抗高溫泛黃性和耐沾污性最好，干摩擦牢度、濕摩擦牢度較好。

由于單體聚合過程是放熱反應(yīng)，如果雙滴加時間過短，會使引發(fā)劑瞬間濃度過高，導(dǎo)致反應(yīng)過快、聚合熱難以控制、產(chǎn)生粒子聚結(jié)，使產(chǎn)品的產(chǎn)率降低；如果雙滴加時間過長，會使引發(fā)劑瞬間濃度過低，雖然反應(yīng)溫和、能有效的控制聚合熱且反應(yīng)完全，但反應(yīng)過慢，降低產(chǎn)率，不適合生產(chǎn)。

3.4 追加后保溫溫度的確定

表4 不同追加后保溫溫度下的產(chǎn)品性能對比

由表4可知，追加后保溫溫度采用+2℃進行升溫后保溫反應(yīng)所得產(chǎn)品的干摩擦牢度、濕摩擦牢度和耐沾污性最好，但其抗高溫泛黃性最差，故不采用該方法。追加后保溫溫度采用+6℃進行升溫后保溫反應(yīng)所得產(chǎn)品的干摩擦牢度、濕摩擦牢度和耐沾污性僅次于采用+2℃方法所得產(chǎn)品，并且有較好的抗高溫泛黃性，其綜合性能較好。

如果保溫溫度過低，未反應(yīng)的單體含量較高，固含量和轉(zhuǎn)化率較低，導(dǎo)致生產(chǎn)效率、乳液穩(wěn)定性下降；如果保溫溫度過高，當(dāng)其超過乳化劑的濁點時，會使乳化劑粒子聚結(jié)，影響產(chǎn)品性能。

3.5 追加后保溫時間的確定

表5 不同追加后保溫時間下的產(chǎn)品性能對比

由表5可知，追加后保溫時間為60min所得產(chǎn)品的干摩擦牢度和濕摩擦牢度雖然最好，但是其抗高溫泛黃性和耐沾污性最差，故不采用該方法。追加夠保溫時間為80min所得產(chǎn)品的干摩擦牢度和濕摩擦牢度雖稍次于保溫60min所得產(chǎn)品，但是其抗高溫泛黃性和耐沾污性明顯優(yōu)于保溫60min所得產(chǎn)品，其綜合性能最好。

如果追加保溫時間過短，未反應(yīng)的單體含量較多，導(dǎo)致靜電植絨粘合劑的粘結(jié)性和成膜性較差；如果追加保溫時間過長，不但延長加工時間，而且使乳液中的乳膠粒聚結(jié)，降低乳液的穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

通過對引發(fā)劑配比、雙滴加溫度及時間、追加后保溫溫度及時間4個因素對合成產(chǎn)物性能的影響，得出最佳合成工藝為：引發(fā)劑按1∶3∶1的分配比例加入聚合體系，恒溫80-85℃下100min完成雙滴加,追加引發(fā)劑后升溫3-5℃保溫80min，反應(yīng)結(jié)束。

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Synthesis and Application of the acrylate flocking adhesives

MENG Xiao, MENG Ying, QUAN Heng

(Deptment of chemical Engineering,Wuhan Textile University,Wuhan Hubei 430073,China)

Adopt em ulsion polym erization m ethod, using methacrylate, ethylacrylate, butylacrylate, acrylic, acrylonitrile, styrene and N-hydroxym ethylacrylam ide as m onom ers for the synthesis of the acrylate flocking adhesives. The allocation ratio of the initiator, the tem perature and tim e of the double-dropping, the holding tem perature and tim e after adding additional initiator were studied to determ ine the best prepared process. The product had good dry fiction fastness, wet rubbing fastness, yellowing of the high-temperature and stain-resistant properties.

Acrylate; Flocking Adhesive; Synthesis Technology; Application Performance

O63

A

1009－5160(2010)04－0035－03

*通訊作者：權(quán)衡（1971-），男，副教授，研究方向：紡織品助劑的開發(fā).

武漢市科學(xué)技術(shù)局2007年重點科技攻關(guān)計劃項目（200710421122）.