負(fù)離子汽車地毯背襯膠黏劑的研究*

穆 銳，代麗麗，朱鳳鳳

（沈陽理工大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧 沈陽110159）

負(fù)離子汽車地毯背襯膠黏劑的研究*

穆 銳，代麗麗，朱鳳鳳

（沈陽理工大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧 沈陽110159）

以苯乙烯、丙烯酸酯類為聚合性單體，采用核殼微乳液聚合方法合成了具有硬核軟殼結(jié)構(gòu)的納米聚合物微乳液，加入納米負(fù)離子粉，制成了可產(chǎn)生負(fù)離子的汽車地毯背襯膠黏劑，對負(fù)離子產(chǎn)生的數(shù)量和速率進(jìn)行了表征，并對膠黏劑的成膜及熱性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：20%～30%的負(fù)離子粉含量可在100s內(nèi)使負(fù)離子濃度達(dá)到平衡，聚合物微粒的硬核軟殼結(jié)構(gòu)有利于成膜并保持良好的耐熱性。

負(fù)離子；汽車地毯；核殼聚合；微乳液；地毯膠黏劑

引 言

汽車地毯是重要的汽車內(nèi)飾材料，它是由纖維織成坯毯，然后再單面涂布上膠黏劑，并經(jīng)干燥、壓型、整理等工序而制成。膠黏劑不僅能固定纖維，而且，還能為地毯的拉伸、定型提供良好的力學(xué)性能。對同樣的坯毯，其制成品最后的性能主要取決于所用背襯膠黏劑。至今為止，相關(guān)的研究大都停留在改進(jìn)膠黏劑的力學(xué)性能方面[1～3]。隨著汽車工業(yè)的高速發(fā)展和生活質(zhì)量的逐步改善，使汽車地毯更加功能化、健康化，是未來發(fā)展的方向。

眾所周知，空氣負(fù)離子對人體機(jī)能的改善和健康極為有利[4～7]。給車內(nèi)所用地毯附加上產(chǎn)生負(fù)離子功能，使用過程中長期不間斷地產(chǎn)生一定濃度的負(fù)離子，將會大大改善車內(nèi)空氣質(zhì)量和環(huán)境。為此，本文通過將納米負(fù)離子粉與納米微乳液的有機(jī)結(jié)合，制成負(fù)離子汽車地毯背襯膠黏劑，涂布于針刺纖維坯毯上制成的汽車地毯具有良好的力學(xué)性能和產(chǎn)生負(fù)離子功能。

1 實(shí)驗部分

1.1 原材料

苯乙烯（St）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丙烯酸丁酯（BA）、丙烯酸（AA）、羥甲基丙烯酰胺（NMA）、十二烷基硫酸鈉（SDS）、乳化劑OP-10、過硫酸銨（APS）、涂料助劑，均為工業(yè)品，由沈陽化工原料總公司提供。

納米負(fù)離子粉由河北巖之源納米科技有限公司提供。它由天然電氣石加工而成，是一種由Al、Na、Ca、Mg、B和 Fe等元素組成的含水環(huán)狀硅酸鹽晶體礦物，具有壓電和熱電效應(yīng)，有天然電極性，能夠?qū)⑺肿与婋x，在4～14μm的遠(yuǎn)紅外波段內(nèi)具有強(qiáng)輻射能力，具有活化水分子、釋放負(fù)離子、屏蔽電磁波和凈化環(huán)境等多種功能。

1.2 納米微乳液的合成

采用種子微乳液聚合方法。在反應(yīng)器中加入部分水、乳化劑、引發(fā)劑和少量核單體，升溫到75℃，引發(fā)聚合后，滴加由剩余水、乳化劑和核單體制成的預(yù)乳化液，同時滴加引發(fā)劑水溶液，制成種子微乳液，然后再慢慢滴加殼單體和引發(fā)劑，在種子微乳膠粒上包殼，以制備具有核殼結(jié)構(gòu)的微乳膠粒。注意包殼過程一定要控制殼單體的滴加速度，使反應(yīng)一直處于饑餓狀態(tài)。單體滴加完畢后，保溫反應(yīng)1h，降溫、氨水中和到pH=7.5左右即可。

1.3 負(fù)離子地毯膠黏劑的制備

稱取一定質(zhì)量的水，加入分散劑、納米負(fù)離子粉和少量消泡劑，高速分散20min，用三輥研磨機(jī)研磨至細(xì)度小于15μm，制成分散料漿，倒入反應(yīng)瓶中，按比例加入合成的納米微乳液，攪拌均勻后，再加入增稠劑、消泡劑、防霉劑和成膜助劑，攪拌均勻后，用200目絲網(wǎng)過濾即可。

1.4 性能檢測與表征

1.4.1 膠黏劑成膜及熱性能測定

使用上海森瀾科學(xué)儀器有限公司的TE-MFFT型最低成膜溫度測定儀測量膠黏劑的最低成膜溫度；將納米微乳液膠黏劑破乳后制成直徑5mm、高6mm的圓柱體，使用承德市科承試驗機(jī)有限公司生產(chǎn)的XWJ-500B型熱機(jī)分析儀檢測其熱變形溫度。

1.4.2 地毯負(fù)離子釋放量的測定

將負(fù)離子汽車地毯背襯膠黏劑涂布于由針刺纖維織成的坯毯上，控制上膠量為干膠120g/m2，120℃烘干定型后，裁剪成100×100mm的規(guī)格，置于500×500×300mm大小的封閉玻璃罩內(nèi)，玻璃罩內(nèi)保持溫度25℃、濕度50%、空氣流動速度0 m/s，用美國AIC—1000空氣負(fù)離子濃度測試儀，直接測量玻璃罩內(nèi)的空氣負(fù)離子濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 膠黏劑中負(fù)離子粉含量對地毯負(fù)離子產(chǎn)生量的影響

圖1 膠黏劑中負(fù)離子粉含量對地毯負(fù)離子釋放量的影響Fig.1 Effects of anion powder content in adhesive on the release quantity of anion of carpet

由圖1可見，隨著膠黏劑中負(fù)離子粉含量的增加，產(chǎn)生的負(fù)離子量迅速增大，當(dāng)膠黏劑中負(fù)離子粉含量超過（ω）20%后，產(chǎn)生的負(fù)離子數(shù)量增大的趨勢明顯變緩。綜合考慮，控制膠黏劑中負(fù)離子粉的含量在（ω）20%～30%較為合理。

2.2 地毯負(fù)離子產(chǎn)生速率

圖2是負(fù)離子地毯放入測試玻璃罩后不同時刻測得的空氣負(fù)離子濃度結(jié)果。

圖2 地毯負(fù)離子釋放量隨時間的關(guān)系Fig.2 The relationship between release quantity of anion and time

可見，負(fù)離子的產(chǎn)生速率還是比較快的，在測試條件下只需要短短100s左右的時間，就可以使測試空間內(nèi)負(fù)離子的濃度達(dá)到最大平衡值。

2.3 納米微乳液粒子結(jié)構(gòu)對地毯膠成膜與耐熱性能的影響

成膜與耐熱性能是衡量地毯背襯膠黏劑性能的重要指標(biāo)。成膜性好則膠黏劑對地毯纖維粘合牢固，施工過程不丟膠，要求乳液聚合物粒子有適當(dāng)?shù)淖冃文芰?，玻璃化溫度（Tg）不可太高；耐熱性好則制成的地毯尺寸穩(wěn)定性高、定性和保型能力強(qiáng)、硬挺性好、地毯壓型后不易變形，要求聚合物乳膠粒子具有較高的Tg。顯然，兩者存在矛盾。為此，通過控制聚合物微粒子的尺寸和結(jié)構(gòu)的方式來加以解決。

首先，合成納米級的聚合物微乳液，通過減小粒子的尺寸來改善成膜性能；與此同時，采用核殼聚合技術(shù)，在高Tg聚合物微粒子的表面包覆上一層Tg較低的聚合物軟殼層，通過核層聚合物提供優(yōu)良的力學(xué)性能和耐熱變形能力，而軟殼層聚合物可以大大增加其對纖維的粘合能力并提高成膜性能。表1是粒徑在35～40nm、具有不同Tg的核殼聚合物微乳液的成膜與熱變形能力實(shí)驗數(shù)據(jù)。

由實(shí)驗結(jié)果可以看出：當(dāng)核殼聚合物微粒子中具有較高Tg的核層聚合物的質(zhì)量大于殼層聚合物時，聚合物微乳液的最低成膜溫度隨殼層聚合物Tg的升高而升高，而熱變形溫度變化很??；當(dāng)Tg較低的殼層聚合物質(zhì)量大于核層時，熱變形溫度迅速降低。說明微乳液膠黏劑的成膜性能主要受殼層聚合物的影響，而聚合物膠膜的熱變形溫度由聚合物微粒子中核殼聚合物層質(zhì)量的大小而定，核層聚合物質(zhì)量大于殼層聚合物時，核層聚合物可形成連續(xù)相，膠膜主要呈現(xiàn)核層聚合物的力學(xué)性能，反之亦然。

表1 不同粒子結(jié)構(gòu)的納米微乳液成膜與熱變形溫度Table 1 The film forming and distortion temperature of nano microemulsion with different particle structures

3 結(jié)論

（1）隨膠黏劑中負(fù)離子粉含量的增加，負(fù)離子產(chǎn)生的數(shù)量呈現(xiàn)先迅速增大后趨于平衡的趨勢，（ω）20%～30%的含量最合適。

（2）地毯有較快的負(fù)離子產(chǎn)生速率。

（3）膠黏劑的成膜性能主要受微粒子殼層聚合物性能的影響，熱變形溫度取決于成膜后連續(xù)相的組成。

［1］宋強(qiáng).汽車用非織造布地毯及其發(fā)展趨勢［J］.紡織科技進(jìn)展，2006（1）：19～21.

［2］郭志英，張云青，胡義兵，等.針刺汽車地毯熱力塑性成形性能探析［J］.塑性工程學(xué)報，2006，13（2）：93～96.

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［4］駱靖中.電氣石的特性及其在健康與環(huán)保領(lǐng)域的新用途［J］.中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊，2007（6）：17～19.

［5］孫超.負(fù)離子紡織品的開發(fā)與性能研究［D］.東華大學(xué)，2005.

［6］蔡淑君.負(fù)離子紡織品的測試及溶膠—凝膠法用于負(fù)離子功能整理［D］.東華大學(xué)，2008.

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Research on the Anion Adhesive for Automobile Carpet Backing

MU Rui，DAI Lili and ZHU Feng-feng
(College of Environment and Chemical Engineering,Shenyang Ligong University,Shenyang 110159,China)

The nano polymer microemulsion with hard core and soft shell structure is synthesized with using St and acrylate as monomer,and then the nano anion powder is added into it to prepare adhesive for automobile carpet backing which can generate anion.The quantity and velocity of anion generation are characterized,and the film forming property and thermal performance are researched.The results showed that the anion concentration has been balanced in 100s when the content of anion reach 20%～30%.The structure of hard core and soft shell is helpful to form the film and keep the good heat resistance.

Anion;automobile carpet;polymerization of core and shell;microemulsion;adhesive for carpet

TQ 437.4

A

1001-0017（2011）01-0033-03

2010-08-12 *

沈陽市科技局應(yīng)用基礎(chǔ)研究項目（編號：1081227-1-00）

穆銳（1963-），男，河北阜城縣人，教授，主要研究方向：高分子合成，涂料與膠黏劑等精細(xì)化工產(chǎn)品開發(fā)。