用于印花的含硅丙烯酸酯乳液制備工藝研究*

曾顯華，賈永堂，黃智福，高 松

（1.五邑大學，廣東 江門 529020；2.廣東彩格科技有限公司，廣東 江門529000）

用于印花的含硅丙烯酸酯乳液制備工藝研究*

曾顯華1，賈永堂1，黃智福2，高 松2

（1.五邑大學，廣東 江門 529020；2.廣東彩格科技有限公司，廣東 江門529000）

通過乳液聚合法合成印花用含硅丙烯酸酯乳液，采用正交試驗方法研究了各制備時間對印花性能的影響，得出了較佳的制備工藝：預乳化時間是1 h，成核反應時間為1 h，核殼聚合反應時間為2 h，保溫時間為2 h，制備的含硅丙烯酸酯乳液印花性能干擦牢度達4.5級、濕擦牢度3級、熱壓牢度4級、水洗牢度4.5級。

印花；含硅丙烯酸酯；乳液聚合；正交試驗設計

印花用丙烯酸酯乳液存在一些固有缺陷，如耐水性耐洗性差、高溫易發黏、手感不佳等[1-3]。為了克服這些缺點，人們開始對其進行改性，如有機硅改性、氟改性或者有機硅和氟同時改性等[4]。由于利用氟改性的成本相對較高，而有機硅改性的成本就比較適中且能夠達到更好的性能[5]。

乳液聚合法能夠得到具有穩定結構的有機硅改性丙烯酸酯乳液，其共聚乳液的粒徑分布均勻，且成膜性良好[6]，是目前最有效也是最常用的方法。由于合成核殼型有機硅改性丙烯酸酯乳液的工序長、工藝復雜，制備工藝關系到丙烯酸酯乳液生產過程中印花性能及質量穩定性，其中制備時間有著重要的影響。本論文著重探討預乳化時間、成核反應時間、核殼聚合反應時間及保溫時間對印花性能的影響，并通過正交試驗確定了較佳的制備工藝。

1 實驗部分

丙烯酸丁酯 （BA）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丙烯酸 （AA）、聚氧乙烯壬基酚醚（OP-10） (以上產品為分析純，天津市大茂化學試劑廠)使用前均用堿洗以除去阻聚劑；八甲基環四硅氧烷 （D4） (工業級，廣州市聚成兆業有機硅原料有限公司)；十二烷基硫酸鈉 （K12）(化學純，廣州市番禺力強化工廠)；氨水 (市售)。

1.2 正交試驗設計

采用正交試驗法，設計了四因素三水平指標，研究各因素對乳液制備及其性能的影響。正交試驗因素和水平表見表1。

表1 因素與水平表

1.3 實驗方法

在配備有回流冷凝管、攪拌器的四口燒瓶中依次加入150 mL蒸餾水、8 g乳化劑OP-10和1 g K12，攪拌速度為200 r/min，稱取8 g丙烯酸、18 g丙烯酸丁酯、10 g甲基丙烯酸甲酯和10 g八甲基環四硅氧烷攪拌均勻于恒壓滴液漏斗中，再溶解1 g過硫酸銨于40 mL蒸餾水中，待水浴加熱升溫至80℃時分別滴加混合單體和引發劑，滴加時間為1～3 h（預乳化時間），滴加完就開始保溫1～3 h（成核反應時間），保溫結束后調節乳液的pH值為5~6。然后稱量3 g甲基丙烯酸縮水甘油酯，11 g丙烯酸丁酯、8 g甲基丙烯酸丁酯和5 g八甲基環四硅氧烷作為第二次滴加混合單體，稱量2 g十二烷基硫酸鈉和0.5 g過硫酸銨溶解于20 mL蒸餾水中，第一次保溫結束后開始第二次滴加單體和引發劑，滴加時間為1～3 h（核殼聚合反應時間），滴加結束后開始第二次保溫，保溫1～3 h后 （保溫時間）冷卻至45℃以下，調節pH值在6~8之間，得所需乳液產品。

1.4 性能測試

取反應好的乳液若干，置于一個干燥的塑料罐中，使其pH值介于7~8，加入增稠劑在分散機700~1 200 r/min的分散速度下分散均勻，將分散好的膠漿按照100∶8的比例加入紅的色漿，然后印布，白布是印4次，黑布印3次。

無恒產而有恒心者，惟士為能。若民，則無恒產，因無恒心。茍無恒心，放辟邪侈，無不為已。及陷于罪，然后從而刑之，是罔民也。焉有仁人在位罔民而可為也？是故明君制民之產……然后驅而之善，故民之從之也輕。今也制民之產……此惟救死而恐不贍，奚暇治禮義哉？[4](P211)

（1）熱壓測試：根據GB/T6152-1997《紡織品色牢度試驗耐熱壓色牢度》將有印花的白布對折，使印花部分剛好平分并對壓放在燙畫機PFD-10的載物板上，溫度為150℃的高溫，蓋上高溫板10 s后取出布塊，冷卻2 h后撕開對折部分，觀察印花的脫落、黏著程度并判級。

（2）干、濕擦測試：根據GB/T3920-2008《紡織品色牢度試驗耐摩擦色牢度》將有印花的白布裝在YB571B型的干濕擦測試機上，使用專用的紗布進行干擦測試，觀察紗布上的顏色，根據顏色的深淺和標準比色卡對比判級；濕擦的測試和干擦類似，只是先潤濕均勻然后在設備上進行測試。

（3）水洗性測試：根據GB/T3921-2008《紡織品色牢度試驗耐皂洗色牢度》中的有關標準將有印花的黑布放在家用的洗衣機上進行水洗，根據掉色的程度判級。

2 結果與討論

2.1 試驗結果

正交試驗所得到的結果如表2所示。對表2中各因素的水平數據進行平均，計算出極差，結果列于表3。

表2 乳液正交試驗結果

表3 各因素極差值

2.2 干擦牢度

由表3可知，對干擦牢度的影響因素順序為D、A、C、B，即保溫時間對干擦牢度影響最大，預乳化時間及核殼聚合反應時間次之，成核反應時間對其影響最小。按照各因素水平平均值大小，干擦牢度最優的水平為A2B1C1D2。

2.3 濕擦牢度

由表3可知，對濕擦牢度的影響因素順序為B、D、C、A，即成核反應時間對濕擦牢度影響最大，保溫時間次之，隨后是核殼聚合反應時間，預乳化時間對其影響最小。按照各因素水平平均值大小，濕擦牢度最優的水平為A3B1C2D1。

2.4 熱壓牢度

由表3可知，對熱壓牢度的影響因素順序為B、C、D、A，即成核反應時間對熱壓牢度影響最大，核殼聚合反應時間次之，隨后是保溫時間，預乳化時間對其影響最小。按照各因素水平平均值大小，熱壓牢度最優的水平為A1B1C3D2。

2.5 水洗牢度

由表3可知，對水洗牢度的影響因素順序為D、B、C、A，即保溫時間對水洗牢度影響最大，成核反應時間次之，核殼聚合反應時間隨后，預乳化時間對其影響最小。按照各因素水平平均值大小，水洗牢度最小的水平為A1B3C2D2。

2.6 較優水平組合

綜合以上各因素對乳液性能的影響，發現水洗牢度、熱壓牢度和干擦牢度受試驗因素的影響較大。將以上這些因素對含硅丙烯酸酯乳液的印花性能進行綜合析，從而找出較優水平組合，結果見表4。

表4 較優因素和水平組合表

由表4可知，預乳化時間最佳是A1，成核反應時間最佳為B1，核殼聚合反應時間最佳為C2，最佳保溫時間為D2，因此A1B1C2D2為制備含硅丙烯酸酯乳液的最佳條件，即當預乳化時間最佳是1 h，成核反應時間為1 h，核殼聚合反應時間為2 h，保溫時間為2 h時，可以制備出印花性能良好的含硅丙烯酸酯乳液。

2.7 較優水平組合試驗

由表5根據優化工藝制備的含硅丙烯酸酯乳液印花性能測試可知，干擦牢度達4.5級、濕擦牢度3級、熱壓牢度4級、水洗牢度4.5級，根據以上分析，成核反應時間和保溫時間對印花性能影響較大。在本試驗中，預乳化后，乳液中已經有聚合物生成，因為乳化與聚合是同時進行的，成核反應中主要是甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸聚合生成聚丙烯酸酯，單體的聚合過程是在乳膠粒中進行的，不斷消耗單體，形成核層，所以單體滴加完后要進行保溫，讓所有的單體都反應成核，提高單體的利用率和轉化率，為成殼階段提供更多的“核”，減少為反應的單體存在，提高織物的性能，因此，成核反應時間約為1 h即可；而對于保溫時間，在種子乳液聚合中，聚合反應時間不宜太短，否則反應不完全，產率較低，存在大量小分子單體，增大分散系數，但反應時間太長會使凝膠率增大，影響乳液印花性能。

表5 較優水平組合印花性能

3 結語

合理地確定制備工藝對丙烯酸酯乳液的印花性能有著重要的影響，正交試驗表明：當預乳化時間最佳是1 h，成核反應時間為1 h，核殼聚合反應時間為2 h，保溫時間為2 h，制備的含硅丙烯酸酯乳液印花性能干擦牢度達4.5級、濕擦牢度3級、熱壓牢度4級、水洗牢度4.5級。

[1] 曹同玉，劉慶普，胡金生.聚合物乳液合成原理性能及應用 [M].北京:化學工業出版社，1997.

[2] 陳華林，劉白玲，羅榮.丙烯酸酯乳膠聚合的最新進展及改性 （續）[J].西部皮革，2007，29(4): 22-24.

[3] 張心亞，涂偉萍，楊卓如，等.水性丙烯酸酯類共聚物乳液的合成與應用[J].合成材料老化與應用，2001(4):24-27.

[4] Lu D.，Xiong P.，Chen P.et al.Preparation of acrylic copolymer latex modified by fluorine，silicon，and epoxy resin[J].Journal of Applied Polymer Science，2009，112(1):181-187.

[5] 龍斌，黃春保，王海南，等.硅/丙復合乳液的制備方法及應用進展 [J].紡織學報，2006，27(3): 9-11.

[6] 吳福迪，周智峰.聚硅氧烷-g-聚丙烯酸酯乳液接枝共聚的研究 [J].高分子材料科學與工程，1999，15(3):61-63.

ZEANG Xian-hua1，JIA Yong-tang1，HUANG Zhi-fu2，GAO Song2

(1.Wuyi university，Jiangmen 529020，China; 2.Guangdong Caigle Science and Technology Co.，Ltd.，jiangmen 529000，China)

STUDY ON PREPARATION TECHNOLOGY OF SILICONATED POLYACRYLATE EMULSION FOR PRINTING

The siloxane emulsion was synthesized by emulsion polymerization.The effect of different preparation time on performances of printing was studied by orthogonal experiment.The result showed that when the pre-emulsifying time was 1 hours，the nucleation reaction time was 1 hours， core-shell polymerization reaction time was 2 hours，the holding time was 2 hours，the dry and wet color fastness to rubbing were level 4～5 and 3 respectively，the color fastness to hot pressing was level 4，the color fastness to soaping was level 4～5.

printing;siliconated polyacrylate;emulsion polymerization;orthogonal tests design

TQ264.1

A

10.3969／j.issn.1672-500x.2014.03.004

1672-500X(2014)03-0012-03

2014-07-02

曾顯華 （1977-），廣西貴港人，博士，講師，主要從事高分子功能材料研究。

廣東省教育部產學研結合項目 （2012B091100366、2011B090300028）、五邑大學校青年基金。