用于印花的含硅丙烯酸酯乳液制备工艺研究*

曾显华，贾永堂，黄智福，高 松

（1.五邑大学，广东 江门 529020；2.广东彩格科技有限公司，广东 江门529000）

用于印花的含硅丙烯酸酯乳液制备工艺研究*

曾显华1，贾永堂1，黄智福2，高 松2

（1.五邑大学，广东 江门 529020；2.广东彩格科技有限公司，广东 江门529000）

通过乳液聚合法合成印花用含硅丙烯酸酯乳液，采用正交试验方法研究了各制备时间对印花性能的影响，得出了较佳的制备工艺：预乳化时间是1 h，成核反应时间为1 h，核壳聚合反应时间为2 h，保温时间为2 h，制备的含硅丙烯酸酯乳液印花性能干擦牢度达4.5级、湿擦牢度3级、热压牢度4级、水洗牢度4.5级。

印花；含硅丙烯酸酯；乳液聚合；正交试验设计

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，如有机硅改性、氟改性或者有机硅和氟同时改性等[4]。由于利用氟改性的成本相对较高，而有机硅改性的成本就比较适中且能够达到更好的性能[5]。

乳液聚合法能够得到具有稳定结构的有机硅改性丙烯酸酯乳液，其共聚乳液的粒径分布均匀，且成膜性良好[6]，是目前最有效也是最常用的方法。由于合成核壳型有机硅改性丙烯酸酯乳液的工序长、工艺复杂，制备工艺关系到丙烯酸酯乳液生产过程中印花性能及质量稳定性，其中制备时间有着重要的影响。本论文着重探讨预乳化时间、成核反应时间、核壳聚合反应时间及保温时间对印花性能的影响，并通过正交试验确定了较佳的制备工艺。

1 实验部分

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） (以上产品为分析纯，天津市大茂化学试剂厂)使用前均用碱洗以除去阻聚剂；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 正交试验设计

采用正交试验法，设计了四因素三水平指标，研究各因素对乳液制备及其性能的影响。正交试验因素和水平表见表1。

表1 因素与水平表

1.3 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150 mL蒸馏水、8 g乳化剂OP-10和1 g K12，搅拌速度为200 r/min，称取8 g丙烯酸、18 g丙烯酸丁酯、10 g甲基丙烯酸甲酯和10 g八甲基环四硅氧烷搅拌均匀于恒压滴液漏斗中，再溶解1 g过硫酸铵于40 mL蒸馏水中，待水浴加热升温至80℃时分别滴加混合单体和引发剂，滴加时间为1～3 h（预乳化时间），滴加完就开始保温1～3 h（成核反应时间），保温结束后调节乳液的pH值为5~6。然后称量3 g甲基丙烯酸缩水甘油酯，11 g丙烯酸丁酯、8 g甲基丙烯酸丁酯和5 g八甲基环四硅氧烷作为第二次滴加混合单体，称量2 g十二烷基硫酸钠和0.5 g过硫酸铵溶解于20 mL蒸馏水中，第一次保温结束后开始第二次滴加单体和引发剂，滴加时间为1～3 h（核壳聚合反应时间），滴加结束后开始第二次保温，保温1～3 h后 （保温时间）冷却至45℃以下，调节pH值在6~8之间，得所需乳液产品。

1.4 性能测试

取反应好的乳液若干，置于一个干燥的塑料罐中，使其pH值介于7~8，加入增稠剂在分散机700~1 200 r/min的分散速度下分散均匀，将分散好的胶浆按照100∶8的比例加入红的色浆，然后印布，白布是印4次，黑布印3次。

无恒产而有恒心者，惟士为能。若民，则无恒产，因无恒心。苟无恒心，放辟邪侈，无不为已。及陷于罪，然后从而刑之，是罔民也。焉有仁人在位罔民而可为也？是故明君制民之产……然后驱而之善，故民之从之也轻。今也制民之产……此惟救死而恐不赡，奚暇治礼义哉？[4](P211)

（1）热压测试：根据GB/T6152-1997《纺织品色牢度试验耐热压色牢度》将有印花的白布对折，使印花部分刚好平分并对压放在烫画机PFD-10的载物板上，温度为150℃的高温，盖上高温板10 s后取出布块，冷却2 h后撕开对折部分，观察印花的脱落、黏着程度并判级。

（2）干、湿擦测试：根据GB/T3920-2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》将有印花的白布装在YB571B型的干湿擦测试机上，使用专用的纱布进行干擦测试，观察纱布上的颜色，根据颜色的深浅和标准比色卡对比判级；湿擦的测试和干擦类似，只是先润湿均匀然后在设备上进行测试。

（3）水洗性测试：根据GB/T3921-2008《纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》中的有关标准将有印花的黑布放在家用的洗衣机上进行水洗，根据掉色的程度判级。

2 结果与讨论

2.1 试验结果

正交试验所得到的结果如表2所示。对表2中各因素的水平数据进行平均，计算出极差，结果列于表3。

表2 乳液正交试验结果

表3 各因素极差值

2.2 干擦牢度

由表3可知，对干擦牢度的影响因素顺序为D、A、C、B，即保温时间对干擦牢度影响最大，预乳化时间及核壳聚合反应时间次之，成核反应时间对其影响最小。按照各因素水平平均值大小，干擦牢度最优的水平为A2B1C1D2。

2.3 湿擦牢度

由表3可知，对湿擦牢度的影响因素顺序为B、D、C、A，即成核反应时间对湿擦牢度影响最大，保温时间次之，随后是核壳聚合反应时间，预乳化时间对其影响最小。按照各因素水平平均值大小，湿擦牢度最优的水平为A3B1C2D1。

2.4 热压牢度

由表3可知，对热压牢度的影响因素顺序为B、C、D、A，即成核反应时间对热压牢度影响最大，核壳聚合反应时间次之，随后是保温时间，预乳化时间对其影响最小。按照各因素水平平均值大小，热压牢度最优的水平为A1B1C3D2。

2.5 水洗牢度

由表3可知，对水洗牢度的影响因素顺序为D、B、C、A，即保温时间对水洗牢度影响最大，成核反应时间次之，核壳聚合反应时间随后，预乳化时间对其影响最小。按照各因素水平平均值大小，水洗牢度最小的水平为A1B3C2D2。

2.6 较优水平组合

综合以上各因素对乳液性能的影响，发现水洗牢度、热压牢度和干擦牢度受试验因素的影响较大。将以上这些因素对含硅丙烯酸酯乳液的印花性能进行综合析，从而找出较优水平组合，结果见表4。

表4 较优因素和水平组合表

由表4可知，预乳化时间最佳是A1，成核反应时间最佳为B1，核壳聚合反应时间最佳为C2，最佳保温时间为D2，因此A1B1C2D2为制备含硅丙烯酸酯乳液的最佳条件，即当预乳化时间最佳是1 h，成核反应时间为1 h，核壳聚合反应时间为2 h，保温时间为2 h时，可以制备出印花性能良好的含硅丙烯酸酯乳液。

2.7 较优水平组合试验

由表5根据优化工艺制备的含硅丙烯酸酯乳液印花性能测试可知，干擦牢度达4.5级、湿擦牢度3级、热压牢度4级、水洗牢度4.5级，根据以上分析，成核反应时间和保温时间对印花性能影响较大。在本试验中，预乳化后，乳液中已经有聚合物生成，因为乳化与聚合是同时进行的，成核反应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，单体的聚合过程是在乳胶粒中进行的，不断消耗单体，形成核层，所以单体滴加完后要进行保温，让所有的单体都反应成核，提高单体的利用率和转化率，为成壳阶段提供更多的“核”，减少为反应的单体存在，提高织物的性能，因此，成核反应时间约为1 h即可；而对于保温时间，在种子乳液聚合中，聚合反应时间不宜太短，否则反应不完全，产率较低，存在大量小分子单体，增大分散系数，但反应时间太长会使凝胶率增大，影响乳液印花性能。

表5 较优水平组合印花性能

3 结语

合理地确定制备工艺对丙烯酸酯乳液的印花性能有着重要的影响，正交试验表明：当预乳化时间最佳是1 h，成核反应时间为1 h，核壳聚合反应时间为2 h，保温时间为2 h，制备的含硅丙烯酸酯乳液印花性能干擦牢度达4.5级、湿擦牢度3级、热压牢度4级、水洗牢度4.5级。

[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] 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] 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.

[6] 吴福迪，周智峰.聚硅氧烷-g-聚丙烯酸酯乳液接枝共聚的研究 [J].高分子材料科学与工程，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。

广东省教育部产学研结合项目 （2012B091100366、2011B090300028）、五邑大学校青年基金。