印花用含硅丙烯酸酯乳液的制备研究*

曾显华，吴师城，贾永堂，赵燕

（五邑大学，广东江门 529020）

印花用含硅丙烯酸酯乳液的制备研究*

曾显华，吴师城，贾永堂，赵燕

（五邑大学，广东江门 529020）

通过八甲基环四硅氧烷与丙烯酸酯单体进行共聚反应，合成印花用含硅丙烯酸酯乳液。讨论了有机硅、乳化剂、引发剂用量和反应温度对乳液性能的影响，得出了较佳的工艺条件：阴离子型乳化剂和非离子型乳化剂按1／3的质量比复配且质量分数为3%,有机硅质量分数为10%，引发剂质量分数为1%，聚合温度80℃。

八甲基环四硅氧烷；丙烯酸酯；乳液；涂料印花

涂料印花是将没有亲和力的着色材料(颜料)固着在织物上的印花方法，目前涂料印花应用最广的是丙烯酸酯乳液。传统的丙烯酸酯乳液具有工艺简单、价格适中、成膜性能优异、化学稳定性好等优点，但是丙烯酸酯乳液也存在一些固有缺陷，如耐水性耐洗性差、高温易发黏、手感不佳等[1-3]。为了克服这些缺点，人们开始对其进行改性。有机硅聚合物具有良好的耐高温性、耐候性、憎水性等，被广泛用作织物柔软剂，以改善织物的手感，提高织物的档次，增加产品的附加值[4]。

本实验拟用有机硅对丙烯酸酯进行改性，制备出预交联、无甲醛、半透明、固含量达到30%(质量分数)的印花涂料用聚丙烯酸酯乳液黏合剂，主要研究了有机硅、乳化剂、引发剂用量和反应温度对乳液性能的影响。

1 实验部分

1.1主要试剂

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）：分析纯，使用前均用碱洗以除去阻聚剂，天津市大茂化学试剂厂；八甲基环四硅氧烷（D4）：工业级，广州市聚成兆业有机硅原料有限公司；十二烷基硫酸钠（K12）：化学纯，广州市番禺力强化工厂；氨水：市售。

1.2 实验方法

在配备有回流冷凝管、搅拌器的四口烧瓶中依次加入蒸馏水、乳化剂OP-10和K12，搅拌，水浴加热升温至设定温度。将单体按m (MMA):m(BA):m(AA)=35:62:3比例和一定量D4混合备用。取适量蒸馏水和过硫酸钾，配成溶液(引发剂水溶液)备用。将反应器中溶液升温至设定温度，通过两个加料漏斗同时滴加上述配制好的单体混合物和引发剂水溶液，约2 h滴完，滴加完后继续保温反应一定时间。冷却，用氨水中和，过滤得所需乳液产品。

1.3 性能测试

（1）乳液稳定性测定：将乳液倒入容器中，以3 000 r／min转速搅拌30 min，观察是否分层或破乳。

（2）乳液凝胶率的测定：将乳液过100目铜网，滤下的凝胶用去离子水洗净后放入干燥箱中110℃烘干至恒质量后称量计算凝胶率。

（3）涂膜吸水率的测定：称取一定质量的涂膜于去离子水中浸渍24 h，用滤纸吸干表面的水后称质量，吸水率A按照下式计算：

式中：m1—浸渍前涂膜质量，g；m2—浸渍后涂膜的质量，g。

（4）乳液固含量及单体转化率的测定：取出适量乳液（10 g左右），放入烘箱中110℃烘干至恒质量，固含量S和单体转化率C分别按照下式计算：

式中：m0—取出乳液试样的质量，g；m1—干膜的质量，g；m非—反应体系中非挥发性物的质量，g；m单—投入单体总量，g；m总—投料总量，g。

2 结果与讨论

2.1 有机硅质量分数对乳液性能的影响

表1 有机硅质量分数对乳液聚合的影响

从表1可以看出，随有机硅质量分数增大吸水率变差，但乳液里的凝胶也随之增加，由于有机硅和丙烯酸酯单体之间相容性较差，当有机硅质量分数超过15%时，乳液稳定性下降，因为有机硅氧烷发生水解、缩聚，从而表现为凝胶率增加，形成不溶的结构，所以本文选用有机硅的质量分数为10%。

2.2 复合乳化剂质量分数对乳液性能的影响

对于有机硅改性丙烯酸酯乳液，采用阴离子和非离子复合乳化剂，两类乳化剂分子交替地吸附在乳胶粒的表面，可以提高聚合物乳液稳定性。本论文采用K12和OP-10质量比为1：3的复合体系乳化剂，表2列出了复合乳化剂用量对乳液性能的影响。

表2 乳化剂配比对乳液性能的影响

由表2可以看出乳化剂质量分数小时，易发生凝胶，而且生成的乳液含有大粒子，乳液稳定性不好，随着乳化剂质量分数的增加，乳液蓝光充足，乳液也稳定，膜的吸水率也随之减少，表2确定乳化剂的质量分数为3%。

2.3 引发剂质量分数对乳液性能的影响

表3 引发剂质量分数对乳液性能的影响

从表3可知，引发剂的质量分数为1%时得到的乳液外观较好，稳定性好。因为当引发剂用量过多时，体系中自由基数量增加，聚合反应速率增大，反应剧烈，凝聚物增多，乳液凝胶率上升。而引发剂用量过小时，乳液粒子表面电位下降，致使粒径增大而相互黏连，乳液体系稳定性遭到破坏，因此当引发剂用量增大到一定程度时，体系中自由基数目增多，聚合速率加快，成核粒子数目增多，乳液粒子表面电位升高而使乳液变得稳定[5]。

2.4 反应温度对乳液性能的影响

反应温度对单体的转化率有很大的影响，一般认为温度越高对反应越好，转化率也会越高。由表4可知，温度70℃时，由于温度较低，引发剂分解的半衰期增长，初始形成的自由基过少，单体不能及时参与反应，反应达到相同的产率时间过长且容易导致分层；而温度为85℃时，引发剂分解速率过快，自由基生成数目过多，反应速度过快，容易引起双键的聚合，大量放热使体系温度更高，产生自加速效应，不利于聚合反应的稳定，且容易产生凝胶。反应温度为80℃时，引发剂的分解速率适中，正常反应速率的降低与由于黏度增加而导致的自动加速相互抵消，反应较为平稳，凝胶量少，制得的乳液较为稳定。

表4 反应温度对乳液性能的影响

2.5 乳液指标

采用上述配方和工艺，制备的乳液主要性能如表5所示。

表5 乳液的主要性能参数

由表5可以看出，以八甲基环四硅氧烷改性的丙烯酸酯乳液技术指标优良。

3 结论

八甲基环四硅氧烷改性丙烯酸酯制备乳液，采用SDBS和OP-10的复合体系作为乳化剂，质量分数为3.0%，丙烯酸酯单体质量比例为MMA／BA／AA=53／30／3，D4质量分数为10%，引发剂质量分数为1%，聚合温度80℃，制得的乳液单体转化率达97.27%，固含量达到30.40%，凝胶率为0.19%。

[1]曹同玉,刘庆普,胡金生.聚合物乳液合成原理性能及应用[M].北京:化学工业出版社,1997.

[2]陈华林,刘白玲,罗荣.丙烯酸酯乳胶聚合的最新进展及改性（续）[J].西部皮革,2007,29(4): 22-24.

[3]张心亚,涂伟萍,杨卓如,等.水性丙烯酸酯类共聚物乳液的合成与应用[J].合成材料老化与应用, 2001(4):24-27.

[4]龙斌,黄春保,王海南,等.硅／丙复合乳液的制备方法及应用进展[J].纺织学报,2006,27(3): 9-11.

[5]牛松,赵振河,张小丽.丙烯酸酯涂料印花粘合剂的合成与应用[J].粘接，2008，29（12）:21-23.

PREPARATION OF SILICONATED POLYACRYLATE EMULSION FOR PIGMENT PRINTING

ZENG Xian-hua,WU Shi-cheng,JIA Yong-tang,ZHAO Yan
(Wuyi University,Jiangmen 529020,China)

The siloxane emulsion was synthesized from the polymerization of octamethylcyclotetrasiloxane and acrylate.The effect of amounts of silicone,emulsion,initiator,and temperature on performances of emulsion was discussed.The result showed that when the mass of anion emulsion and non-ion emulsion was 1／3,the content of emulsion was 3%,the content of silicone was 10%,the content of initiator was 1.0%,the temperature was 80℃,the emulsion porformed well.

octamethylcyclotetrasiloxane;acylic ester;emulsion;pigment printing

TQ264.1

A

10.3969／j.issn.1672-500x.2013.03.006

1672-500X(2013)03-0019-03

2013-08-16

曾显华（1977-），广西贵港人，博士，讲师，主要从事高分子功能材料研究。基金项目：广东省教育部产学研结合项目（2012B091100366）。