CN101230120A - 水性聚氨酯-含氟丙烯酸酯乳液的辐射聚合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种纺织印染产品即水性聚氨酯-含氟丙烯酸酯纺织乳液的制备方法。解决了现有产品生产工艺反应速度难控制、对温度的依赖性大等问题。本发明工艺包括三大步骤:A.取多种原料制备端乙烯基聚氨酯预聚物,加入中和剂三乙胺,水制备端乙烯基聚氨酯乳液;B.与丙烯酸酯和有机氟单体的预乳液混合均匀,制备端乙烯基聚氨酯丙烯酸酯有机氟单体水分散液;C.接着进行钴60-γ辐射聚合,制备出水性聚氨酯-含氟丙烯酸酯乳液。本发明工艺所得产品用于整理织物无甲醛释放,不含烷基酚聚氧乙烯醚(APEO),符合环保要求。该工艺聚合反应速度易于控制、对温度的依赖性小、反应可常温进行、生产过程无“三废”、产品质量高且生产成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及一种纺织印染产品的生产工艺,具体的说是水性聚氨酯-含氟丙烯酸酯纺织乳液的制备方法。
背景技术
据全国纺织印染科技信息中心统计,截止2005年底,国内的涂料印花和染色粘合剂每年约需10~13万吨,产值约为10~15亿元人民币。根据有关部门预计,2006年我国纤维加工总量将达到1130万吨。目前我国印染助剂与纤维消耗比为4%,随着助剂行业的技术进步,新产品的推出,助剂消耗水平应逐步提高。以目前水平进行测算,2010年全国印花和染色粘合剂需求量将达到18万吨,2015年需求量将增至25万吨。
随着经济的迅猛发展,特别是中国加入WTO以后,中国纺织行业成为比较优势的行业,向国际市场出口的机会激增,而国内市场消费水平的提高,也给中国的纺织行业的发展提供了前所未有的机遇。入世之后发达国家纺织品配额制的逐步放宽乃至取消将为我国纺织印染行业带来巨大商机,由此必将极大推动该行业的发展。目前国产产品还处于品种杂、档次低、规模小的阶段,年产1000吨以下的小型企业占绝大多数,产品质量参差不齐,价格混乱,知名品牌缺乏。
多年来世界各国不遗余力地改进和开发新型印花和染色粘合剂及其配套新助剂,改善粘合剂的应用性能和探索新的聚合合成工艺,并获得了很大进展。但在手感、牢度、渗化、环保等方面难以综合平衡。从提高牢度、改善手感、降低能耗等方向发展,国外粘合剂主要经过了四个阶段:第一代粘合剂是不能交联的高分子成膜物质。第二代添加了-CN、-OH、-NH2、-COOH等活性基团的粘合剂;第三代是在粘合剂的组分中加入自交联单体,以提高牢度,降低焙烘温度,缩短焙烘时间。由于高温焙烘耗能很大,第四代印花粘合剂是低温交联型粘合剂,其交联剂分子结构中具有强的活性基团,能在100摄氏度左右与羟基或氨基反应,既可提高膜的耐摩牢度,又可大大节省能耗。
近年来,国内外学者致力于寻求新型涂料印花和染色用粘合剂,聚合工艺向多元共聚方向发展,一般常用不同种类的多元单体进行共聚,以提高性能。互穿聚合物网络(IPN)技术是20世纪80年代发展并迅速推广应用的一种新型聚合物共混改性技术,它将两种或两种以上聚合物网络相互贯穿、缠结而形成具有某些特殊性能的聚合物共混物,从而满足人们对材料性能多样化的需求。由于其独特的制备方法和网络互穿结构,导致特殊的强迫互容作用,能使两种或两种以上性能相差很大的聚合物形成稳定的聚合物共混物,从而实现组分之间性能或功能互补。
专利申请号200310112823.5提出的一种聚氨酯-丙烯酸酯复合水分散性树脂及其制备,虽然同时结合了聚氨酯和丙烯酸酯二者的性能优势,但是由于在聚氨酯中引入了亲水基团,且以水为溶剂,所得乳液的表面张力较高,其涂膜抗污性低、耐有机溶剂和耐水性差,不能满足对耐水性和耐油性要求较高的产品的要求。专利200410041599.X提出了聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液的细乳液聚合方法,专利200610096300.X提出了一种氟硅改性核壳结构聚氨酯-丙烯酸酯乳液的制备方法,利用有机硅、有机氟提高材料的耐水性和耐油性。上述专利均采用常规化学合成法,产品生产工艺反应速度难控制、对温度的依赖性大,本发明充分利用辐射聚合的优势,提供一种聚合反应速度易于控制、反应可常温进行、产品质量高、生产过程无“三废”的水性聚氨酯-含氟丙烯酸酯乳液的辐射聚合方法。利用IPN技术制备出有机氟改性聚氨酯-丙烯酸酯纺织乳液,用于涂料印花和涂料染色粘合剂,可以充分利用各个组分优良性能或功能互补,使印花和染色织物不泛黄、不发粘,克服了常规乳液整理后织物易发粘的缺陷,并且手感柔软、耐摩擦、高弹性、水洗牢度及耐候性等性能大幅度提高,符合环保要求,因而是目前急需开发的高技术产品。
发明内容
本发明旨在提供一种聚合反应速度易于控制、对温度的依赖性小、反应可常温进行、生产过程无“三废”、产品质量高且生产成本较低的水性聚氨酯-含氟丙烯酸酯乳液的辐射聚合方法。
首先通过常规工艺溶液聚合制备亲水的端乙烯基PU乳液;然后与丙烯酸酯和有机氟单体的预乳液混合均匀,制得亲水的端乙烯基PU/丙烯酸酯有机氟单体水分散液;最后再通过钴60-γ辐射,进行乙烯基单体的原位自由基乳液聚合,制得水性聚氨酯-含氟丙烯酸酯乳液。在原位乳液聚合中,PU分子链和增长的丙烯酸酯、有机氟分子链之间相互渗透、交叉和缠结,而接枝或交联更进一步增加了PU、PA和有机氟之间的相容性,通过IPN的“协同效应”和“强迫互溶”作用易于制得大小均匀、形态规整的复合水性聚氨酯-含氟丙烯酸酯(PUAF)乳液。
具体操作步骤如下:
A、取聚合物多元醇100份在温度100-120℃条件下,真空脱水1.5-2.5h;降温至80℃,加入异氰酸酯42-50份,在温度85-90℃条件下,保温反应2.5-3.5h;降温至75℃,加入亲水单体二羟甲基丙酸4-7.8份、扩链剂3-6份、功能单体6.2-10份,保温反应3h,得端乙烯基聚氨酯预聚物;降温至30℃以下,加入中和剂三乙胺2-4.4份,搅拌反应2-5分钟,在高速搅拌下加330-390份水,分散成水乳液,制备得端乙烯基聚氨酯乳液;
B、取上述端乙烯基聚氨酯乳液与丙烯酸酯和有机氟单体的预乳液混合均匀,制得亲水的端乙烯基聚氨酯丙烯酸酯有机氟单体水分散液;
C、将上述端乙烯基聚氨酯丙烯酸酯有机氟单体水分散液通氮气N2,时间5min,接着进行钴60-γ辐射聚合,辐射剂量2.0KGy,辐照时间约30min-50min,制备得水性聚氨酯-含氟丙烯酸酯乳液。
所述丙烯酸酯和有机氟单体的预乳液是由混合单体、水和乳化剂制得,所述混合单体由丙烯酸酯和有机氟单体混合均匀而得;有机氟单体的用量为混合单体用量的2-10%,乳化剂用量为混合单体用量的2-5%;水的用量为混合单体用量的2-3倍;
所述有机氟单体为甲基丙烯酸十二氟庚酯或丙烯酸十二氟庚酯或甲基丙烯酸六氟丁酯或丙烯酸六氟丁酯;
所述乳化剂为平平加0或蓖麻油聚氧乙烯醚EL-60或脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-3或乳化剂MOA-3或十二烷基硫酸钠或烷基醚硫酸盐。
所述聚合物多元醇为聚氧化丙烯二元醇或聚氧化乙烯二元醇或聚氧化丙烯-氧化乙烯多元醇或聚四氢呋喃醚类多元醇或己二酸二乙二醇聚酯多元醇或聚己内酯二元醇或聚碳酸酯二元醇。
所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯或1,6-六亚甲基二异氰酸酯或环己烷二异氰酸酯或二苯基甲烷二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯。
所述扩链剂为乙二醇或一缩二乙二醇或丁二醇。
所述功能单体为甲基丙烯酸-β-羟丙酯或丙烯酸羟乙酯或甲基丙烯酸-β-羟乙酯或丙烯酸缩水甘油酯或甲基丙烯酸缩水甘油酯或丙烯酸羟丙酯。
采用本发明方法制得的水性聚氨酯-含氟丙烯酸酯乳液作为涂料印花和涂料染色粘合剂,可用于纺织品和服装的印花和染色整理。
其性能:耐摩擦牢度(级) 干摩3-4级
湿摩3级
耐刷洗色牢度(级) 3级
整理的织物无甲醛释放,不含烷基酚聚氧乙烯醚(APEO),是符合环保要求的绿色产品。
本发明工艺方法聚合反应速度易于控制、对温度的依赖性小、反应可常温进行、生产过程无“三废”、产品质量高且生产成本较低。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地描述。
实施例所用主要原材料如下:
聚醚多元醇化合物即聚氧化丙烯二元醇、聚氧化乙烯二元醇、聚氧化丙烯-氧化乙烯多元醇、聚四氢呋喃醚类多元醇,聚酯多元醇化合物选用己二酸二乙二醇聚酯多元醇、己内酯二元醇、聚碳酸酯二元醇,工业品,天津石化三厂生产;
异氰酸酯选用甲苯二异氰酸酯、1,6-六亚甲基二异氰酸酯、环己烷二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、工业品,德国拜耳公司生产;
二羟甲基丙酸(DMPA),工业品,瑞典Perstorp生产;
扩链剂:乙二醇(EG)、一缩二乙二醇(DEG)、丁二醇(BDO),化学纯,北京益利精细化学品公司生产;
丙酮(AT)、工业品;三乙胺(TEA),化学纯,北京益利精细化学品公司生产;
有机氟单体,化学纯,哈尔滨雪佳化学有限公司;
甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸乙酯(EA)、丙烯腈(AN)、丙烯酸、甲基丙烯酸-β-羟丙酯,丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸-β-羟乙酯,丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯,均为工业品,北京东方化工厂生产;
钴源(60Co γ射线辐射源),约为2万居里,安徽天雁辐化有限公司。
实施例1:
水性聚氨酯-含氟丙烯酸酯乳液的辐射聚合方法的具体合成操作方法如下:
(1)、端乙烯基PU/丙烯酸酯有机氟水分散液的制备
在不锈钢反应釜中投入100kg聚氧化乙烯二元醇,在120℃真空脱水2h;降温至80℃,加入48kg1,6-六亚甲基二异氰酸酯,在90℃保温反应2h;降温至75℃,加入5.2kg亲水单体二羟甲基丙酸、3kg的扩链剂乙二醇、10kg的功能单体甲基丙烯酸-β-羟丙酯,保温反应3h。在反应过程中,若粘度较大时应加丙酮。降温至30℃以下,加入2.8kg中和剂三乙胺,搅拌反应2-5分钟,在高速搅拌下加370kg水分散成水乳液,再与有机氟、丙烯酸酯混合单体的预乳液混合,制备亲水的聚氨酯预聚物/乙烯基单体混合物,经真空脱除丙酮后,制备得端乙烯基聚氨酯丙烯酸酯有机氟单体水分散液。其中聚氨酯与丙烯酸酯的用量比为3∶7。
所用丙烯酸酯、有机氟单体的预乳液是由混合单体、水、乳化剂平平加0制得,有机氟单体为混合单体用量的2%,乳化剂量为混合单体用量的2%。
(2)、制备水性聚氨酯-含氟丙烯酸酯(PUAF)乳液
将端乙烯基聚氨酯丙烯酸酯有机氟单体水分散液置于辐照罐内搅拌,将辐照罐置于辐照场内,通氮气N2,时间5min,除去预乳液中的氧,升钴源辐射引发,即进行钴60-γ辐射聚合,辐射剂量2.0KGy,辐照时间约30min-50min,制备得水性聚氨酯-含氟丙烯酸酯乳液。
实施例2
水性聚氨酯——含氟丙烯酸酯乳液的辐射聚合方法的具体合成操作方法如下:
(1)、端乙烯基PU/丙烯酸酯有机氟水分散液的制备
在不锈钢反应釜中投入100kg聚氧化丙烯二元醇,在120℃真空脱水2h;降温至80℃,加入42kg甲苯二异氰酸酯,在85℃保温反应2h;降温至75℃,加入6kg亲水单体二羟甲基丙酸、6kg扩链剂一缩二乙二醇、8kg的功能单体丙烯酸-β-羟丙酯,保温反应3h。在反应过程中,若粘度较大时应加丙酮。降温至30℃以下,加入3.1kg中和剂三乙胺,搅拌反应2-5分钟,在高速搅拌下加340kg水分散成水乳液,再与有机氟、丙烯酸酯混合单体的预乳液混合,制备得端乙烯基聚氨酯丙烯酸酯有机氟单体水分散液。其中聚氨酯与丙烯酸酯的用量比为4∶6。
所用丙烯酸酯、有机氟单体的预乳液是由混合单体加入乳化剂平平加0制得。有机氟单体为混合单体用量的4%,乳化剂量为混合单体用量的3%。
(2)、制备水性聚氨酯-含氟丙烯酸酯(PUAF)乳液
将端乙烯基聚氨酯丙烯酸酯有机氟单体水分散液置于辐照罐内搅拌,将辐照罐置于辐照场内,通氮气N2,时间5min,除去预乳液中的氧,升钴源辐射引发,即进行钴60-γ辐射聚合,辐射剂量2.0KGy,辐照时间约30min-50min,制备得水性聚氨酯-含氟丙烯酸酯乳液。
实施例3
水性聚氨酯——含氟丙烯酸酯乳液的辐射聚合方法的具体合成操作方法如下:
(1)、端乙烯基PU/丙烯酸酯有机氟水分散液的制备
在不锈钢反应釜中投入100kg聚氧化丙烯-氧化乙烯多元醇,在120℃真空脱水2h;降温至80℃,加入45kg环己烷二异氰酸酯,在90℃保温反应2h;降温至75℃,加入4kg亲水单体二羟甲基丙酸、5.8kg扩链剂丁二醇、6kg的功能单体丙烯酸羟乙酯,保温反应3h。在反应过程中,若粘度较大时应加丙酮。降温至30℃以下,加入2.0kg中和剂三乙胺,搅拌反应2-5分钟,在高速搅拌下加390kg水分散成水乳液,再与有机氟、丙烯酸酯混合单体的预乳液混合,制备端乙烯基聚氨酯丙烯酸酯有机氟单体水分散液。其中聚氨酯与丙烯酸酯的用量比为5∶5。
所用丙烯酸酯、有机氟单体的预乳液是由混合单体加入乳化剂平平加0制得。有机氟单体为单体用量的8%,乳化剂量为混合单体用量的5%。
(2)、制备水性聚氨酯-含氟丙烯酸酯(PUAF)乳液
将端乙烯基聚氨酯丙烯酸酯有机氟单体水分散液置于辐照罐内搅拌,将辐照罐置于辐照场内,通氮气N2,时间5min,除去预乳液中的氧,升钴源辐射引发,即进行钴60-γ辐射聚合,辐射剂量2.0KGy,辐照时间约30min-50min,制备得水性聚氨酯-含氟丙烯酸酯乳液。
实施例4
水性聚氨酯——含氟丙烯酸酯乳液的辐射聚合方法的具体合成操作方法如下:
(1)、端乙烯基PU/丙烯酸酯有机氟水分散液的制备
在不锈钢反应釜中投入100kg 己二酸二乙二醇聚酯多元醇,在120℃真空脱水2h;降温至80℃,加入44kg二苯基甲烷二异氰酸酯,在85℃保温反应2h;降温至75℃,加入7.8kg亲水单体二羟甲基丙酸、4.2kg扩链剂乙二醇、8.2kg的功能单体丙烯酸羟丙酯,保温反应3h。在反应过程中,若粘度较大时应加丙酮。降温至30℃以下,加入4.2kg中和剂三乙胺,搅拌反应2-5分钟,在高速搅拌下加330kg水分散成水乳液,再与有机氟、丙烯酸酯混合单体的预乳液混合,制备得端乙烯基聚氨酯丙烯酸酯有机氟单体水分散液。其中聚氨酯与丙烯酸酯的用量比为6∶4。
所用丙烯酸酯、有机氟单体的预乳液是由混合单体加入乳化剂平平加0制得。有机氟单体为单体用量的6%,乳化剂量为混合单体用量的3%。
(2)、制备水性聚氨酯-含氟丙烯酸酯(PUAF)乳液
将端乙烯基聚氨酯丙烯酸酯有机氟单体水分散液置于辐照罐内搅拌,将辐照罐置于辐照场内,通氮气N2,时间5min,除去预乳液中的氧,升钴源辐射引发,即进行钴60-γ辐射聚合,辐射剂量2.0KGy,辐照时间约30min-50min,制备得水性聚氨酯-含氟丙烯酸酯乳液。
实施例5
水性聚氨酯——含氟丙烯酸酯乳液的辐射聚合方法的具体合成操作方法如下:
(1)、端乙烯基PU/丙烯酸酯有机氟水分散液的制备
在不锈钢反应釜中投入100kg聚碳酸酯二元醇,在110℃真空脱水2h;降温至80℃,加入50kg异佛尔酮二异氰酸酯,在90℃保温反应2h;降温至75℃,加入6.4kg亲水单体二羟甲基丙酸、4kg扩链剂乙二醇、10kg的功能单体甲基丙烯酸-β-羟丙酯,保温反应3h。在反应过程中,若粘度较大时应加丙酮。降温至30℃以下,加入3.6kg中和剂三乙胺,搅拌反应2-5分钟,在高速搅拌下加360kg水分散成水乳液,再与有机氟、丙烯酸酯混合单体的预乳液混合,制备得端乙烯基聚氨酯丙烯酸酯有机氟单体水分散液。其中聚氨酯与丙烯酸酯的用量比为7∶3。
所用丙烯酸酯、有机氟单体的预乳液是由混合单体加入乳化剂平平加0制得。有机氟单体为单体用量的10%,乳化剂量为混合单体用量的5%。
(2)、制备水性聚氨酯-含氟丙烯酸酯(PUAF)乳液
将端乙烯基聚氨酯丙烯酸酯有机氟单体水分散液置于辐照罐内搅拌,将辐照罐置于辐照场内,通氮气N2,时间5min,除去预乳液中的氧,升钴源辐射引发,即进行钴60-γ辐射聚合,辐射剂量2.0KGy,辐照时间约30min-50min,制备得水性聚氨酯-含氟丙烯酸酯乳液。
实施例6:
水性聚氨酯——含氟丙烯酸酯乳液的辐射聚合方法具体合成操作方法如下:
(1)、端乙烯基PU/丙烯酸酯有机氟水分散液的制备
在不锈钢反应釜中投入100kg聚四氢呋喃醚类多元醇,在100-120℃真空脱水2h;降温至80℃,加入46kg异佛尔酮二异氰酸酯,在85-90℃保温反应2h;降温至75℃,加入7kg亲水单体二羟甲基丙酸、5.4kg扩链剂一缩二乙二醇、6.2kg的功能单体丙烯酸羟乙酯,保温反应3h。在反应过程中,若粘度较大时应加丙酮。降温至30℃以下,加入4.4kg中和剂三乙胺,搅拌反应2-5分钟,在高速搅拌下加350kg水分散成水乳液,再与有机氟、丙烯酸酯混合单体的预乳液混合,制备出端乙烯基聚氨酯丙烯酸酯有机氟单体水分散液。其中聚氨酯与丙烯酸酯的用量比为8∶2。
所用丙烯酸酯、有机氟单体的预乳液是由混合单体加入乳化剂平平加0制得。有机氟单体为单体用量的8%,乳化剂量为混合单体用量的4%。
(2)、制备水性聚氨酯-含氟丙烯酸酯(PUAF)乳液
将端乙烯基聚氨酯丙烯酸酯有机氟单体水分散液置于辐照罐内搅拌,将辐照罐置于辐照场内,通氮气N2,时间5min,除去预乳液中的氧,升钴源辐射引发,即进行钴60-γ辐射聚合,辐射剂量2.0KGy,辐照时间约30min-50min,制备出水性聚氨酯-含氟丙烯酸酯乳液。
Claims (6)
1.水性聚氨酯-含氟丙烯酸酯乳液的辐射聚合方法,其特征在于包括以下操作步骤:
A、取聚合物多元醇100份在温度100-120℃条件下,真空脱水1.5-2.5h;降温至80℃,加入异氰酸酯42-50份,在温度85-90℃条件下,保温反应2.5-3.5h;降温至75℃,加入亲水单体二羟甲基丙酸4-7.8份、扩链剂3-6份、功能单体6.2-10份,保温反应3h,得端乙烯基聚氨酯预聚物;降温至30℃以下,加入中和剂三乙胺2-4.4份,搅拌反应2-5分钟,在高速搅拌下加330-390份水,分散成水乳液,制备得端乙烯基聚氨酯乳液;
B、取上述端乙烯基聚氨酯乳液与丙烯酸酯和有机氟单体的预乳液混合均匀,制得亲水的端乙烯基聚氨酯丙烯酸酯有机氟单体水分散液;
C、将上述端乙烯基聚氨酯丙烯酸酯有机氟单体水分散液通氮气N2,时间5min,接着进行钴60-γ辐射聚合,辐射剂量2.0KGy,辐照时间约30min-50min,制备得水性聚氨酯-含氟丙烯酸酯乳液。
2.根据权利要求1所述的水性聚氨酯-含氟丙烯酸酯乳液的辐射聚合方法,其特征在于:所述丙烯酸酯和有机氟单体的预乳液是由混合单体、水和乳化剂制得,所述混合单体由丙烯酸酯和有机氟单体混合均匀而得;有机氟单体的用量为混合单体用量的2-10%,乳化剂用量为混合单体用量的2-5%;水的用量为混合单体用量的2-3倍;
所述有机氟单体为甲基丙烯酸十二氟庚酯或丙烯酸十二氟庚酯或甲基丙烯酸六氟丁酯或丙烯酸六氟丁酯;
所述乳化剂为平平加0或蓖麻油聚氧乙烯醚EL-60或脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-3或乳化剂MOA-3或十二烷基硫酸钠或烷基醚硫酸盐。
3.根据权利要求1所述的水性聚氨酯-含氟丙烯酸酯乳液的辐射聚合方法,其特征在于:所述聚合物多元醇为聚氧化丙烯二元醇或聚氧化乙烯二元醇或聚氧化丙烯-氧化乙烯多元醇或聚四氢呋喃醚类多元醇或己二酸二乙二醇聚酯多元醇或聚己内酯二元醇或聚碳酸酯二元醇。
4.根据权利要求1所述的水性聚氨酯-含氟丙烯酸酯乳液的辐射聚合方法,其特征在于:所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯或1,6-六亚甲基二异氰酸酯或环己烷二异氰酸酯或二苯基甲烷二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯。
5.根据权利要求1所述的水性聚氨酯-含氟丙烯酸酯乳液的辐射聚合方法,其特征在于:所述扩链剂为乙二醇或一缩二乙二醇或丁二醇。
6.根据权利要求1所述的水性聚氨酯-含氟丙烯酸酯乳液的辐射聚合方法,其特征在于:所述功能单体为甲基丙烯酸-β-羟丙酯或丙烯酸羟乙酯或甲基丙烯酸-β-羟乙酯或丙烯酸缩水甘油酯或甲基丙烯酸缩水甘油酯或丙烯酸羟丙酯。
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