CN101781857A - 无皂固色剂乳液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无皂固色剂乳液及其制备方法，属于纺织品化学领域，主要由聚合单体、分散稳定剂、携带阳离子的单体、交联单体、引发剂、去离子水反应制成。本发明无皂固色剂乳液，以二烯丙基铵盐及疏水性单体共聚的水分散型齐聚物为分散稳定剂，以阳离子二烯丙基铵等为共聚单体，加入功能性交联单体，在自由基引发剂作用下通过无皂乳液聚合方式制得的共聚物乳液。该无皂乳液中不含有传统小分子乳化剂，且乳液具有优良的成膜性、较高的阳离子电荷密度和良好的固色协同效应，可有效地提升织物的固色效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种无皂固色剂乳液及其制备方法，属于纺织品化学领域。
背景技术
直接染料、活性染料、酸性染料等阴离子水溶性染料，色谱齐全，颜色鲜艳，广泛用于棉及锦纶、蛋白质纤维织物的染色。但是，其湿牢度较差，沾色、褪色比较严重，难以满足人们对优质纺织品的要求。为了提高织物的牢度，一般需在染色加工后进行固色处理。
固色剂的研究始于20世纪30年代，真正意义的第一代固色剂是生产于20世纪50年代的双氰胺树脂固色剂。这类固色剂的固色机理是与染料阴离子形成色淀，主要用于直接染料和酸性染料，其中以固色剂Y及其铜络合衍生物效果较为理想。经固色剂处理的织物湿牢度好，但布面会发生色变，且耐日晒牢度大幅降低，并且含大量甲醛，会对人体造成伤害。由于对甲醛危害的重视和严格限制，这类固色剂逐渐被无甲醛或低甲醛固色剂所取代。
作为第二代固色剂的多胺与胍衍生物的缩合树脂在20世纪80年代后得到了较大的发展。此类固色剂是在酸性条件下，二乙烯三胺与双氰胺经缩合、脱氢、环化缩聚生成带阳离子的高聚物，可与染料阴离子以离子键形成色淀以提高染色牢度。但这类阳离子聚合物因含有较多的伯仲叔胺，在处理染色织物时会产生色变，同时亦会降低日晒牢度。
为了克服多胺类固色剂的不足，第三代聚阳离子型固色剂应运而生。此种固色剂的分子链上含有大量的阳离子，增加了与阴离子染料形成色淀的几率，可有效提高染色牢度。聚阳离子固色剂按其结构分，主要有伯胺、仲胺、叔胺和季铵盐。其中季铵盐的阳离子性最强，固色效果最好。在季铵盐中，主要有环氧氯丙烷和聚环氧氯丙烷与二甲胺、三甲胺的反应物；二甲基二烯丙基氯化铵系聚合物；2-甲基丙烯酰氧丙基三甲铵甲代硫酸盐系聚合物和1-乙烯基咪唑啉的季铵化合物聚合物等。其中的二烯丙基季铵盐聚合物的耐洗牢度较好，而且还具有良好的耐氯漂、耐汗渍牢度，没有色变及耐光牢度下降等现象。但因为该类固色剂的阳离子密度高，水溶性强，所以对织物的湿摩擦牢度的提高非常有限。
从上世纪30年代至今，固色剂的发展经历了非环保到环保，从单一到多样化的历程，但是，其研究和发展仍还不能满足人们的要求，尤其是湿摩擦牢度、汗渍牢度及耐氯牢度方面，仍需要不断有新的更加有效的产品出现。
发明内容
根据固色剂产品性能不足的现状，本发明提供一种可以改善湿摩擦及其他牢度的无皂固色剂乳液。
本发明的一个目的是提供一种具有高阳荷密度并具有良好成膜性能的固色剂乳液。
本发明还有一个目的是提供一种能在室温自交联的乳液，可方便染色织物的固色处理。
本发明的另一目的是以无皂乳液聚合方式，制备出不含有传统小分子乳化剂的乳液，这样可以避免乳化剂对乳液膜的不良影响。
此外，本发明固色剂乳液成膜后能将未固着染料包覆以减少其脱落或溶解，而聚合物上的阳离子可与染料阴离子以离子键结合形成色淀，这两种作用形成了固色的协同效应，能有效地提高织物的染色牢度。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种无皂固色剂乳液，主要由聚合单体、分散稳定剂、携带阳离子的单体、交联单体、引发剂、去离子水反应制成，其中聚合单体75～120份，分散稳定剂10～35份，携带阳离子的单体60～100份，交联单体3～5份，引发剂0.5～3份，去离子水700～1200份。
作为上述方案的进一步优选，所述聚合单体，包括硬单体和软单体；硬单体可以是丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、苯乙烯、丙烯腈中的一种或多种的组合；软单体可以是丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丁酯、丙烯酸羟己酯、丙烯酸2-乙基己酯中的一种或多种的组合。
所述硬单体30～70份，软单体40～80份，优选硬单体30～55份，软单体50～70份。
所述携带阳离子的单体包括式1中的二烯丙基季铵盐单体和式2中的二烯丙基胺盐单体中的一种或多种，
式1中，R1、R4是氢或C1-C22直链或支链烷基；
R2、R3是烷基、链烯基、芳基、带有杂原子的烷基或烯基，其中杂原子选自N、S、O；
X-是卤素阴离子、硫酸根离子或磷酸根离子；
式2中，R5、R7是氢或C1-C22直链或支链烷基；
R6是氢、烷基、链烯基、芳基、带有杂原子的烷基或烯基，其中杂原子选自N、S、O；
X-是卤素阴离子、硫酸根离子或磷酸根离子。
所述交联单体为双丙酮丙烯酰胺/己二酸己二肼、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基三乙甲氧基硅烷、丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基三异丙氧基硅烷、丙烯酰氧丙基三异丙氧基硅烷、甲基丙烯酸缩水甘油醚中的一种或几种的组合；所述引发剂为过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰中的一种或多种组合。
一种无皂固色剂乳液的制备方法，包括如下步骤：
(1)在反应器中加入去离子水、分散稳定剂，接着以缓冲剂调节pH值为8～9，并搅拌加热至65～80℃；
(2)取聚合单体、携带阳离子的单体、交联单体搅拌均匀成单体混合物；
(3)于1～3h内将上述单体混合物及引发剂滴加至反应器中，并于75～90℃保温1～3h，即得无皂固色剂乳液；
其中，去离子水700～1200份、分散稳定剂10～35份、聚合单体75～120份、携带阳离子的单体60～100份、交联单体3～5份、引发剂0.5～3份，且聚合单体中的硬单体30～70份，软单体40～80份。
所述缓冲剂为碳酸钠、碳酸氢钠、醋酸钠、磷酸氢二钠、磷酸氢二钾中的任意一种。
所述分散稳定剂由如下步骤聚合而成：
(1)在反应器中加入去离子水、异丙醇或十二烷基硫醇，以缓冲剂调节pH值为8～9，搅拌加热至65～80℃，其中去离子水1000～1500份、异丙醇或十二烷基硫醇10～20份；
(2)将亲水性单体35～75份与疏水性单体25～45份混合均匀，形成混合单体；将1～3份的过硫酸钾或过硫酸钠溶于30份的去离子水中，作为聚合反应的引发剂一；将0.5～1.5份的亚硫酸氢钠溶于15份的去离子水中，作为聚合反应的引发剂二；
(3)将上述混合单体、引发剂一、引发剂二于1～3h内滴加至步骤(1)的反应器中，并于75～90℃保温1～3h，即得分散稳定剂。
所述亲水性单体包括至少一种式1中的二烯丙基铵单体；疏水性单体包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯腈中的一种或多种。
在此需要说明的是，以上份数均指质量份。
本发明无皂固色剂乳液，以二烯丙基铵盐及疏水性单体共聚的水分散型齐聚物为分散稳定剂，以阳离子二烯丙基铵等为共聚单体，加入功能性交联单体，在自由基引发剂作用下通过无皂乳液聚合方式制得的共聚物乳液。该无皂乳液中不含有传统小分子乳化剂，且乳液具有优良的成膜性、较高的阳离子电荷密度和良好的固色协同效应，可有效地提升织物的固色效果。
本发明的有益效果：1)、本发明产品兼具成膜性和高阳荷密度，增强了其对织物摩擦牢度改善的效果；2)、本发明产品能在室温自交联，方便了染色织物的固色处理；3)、本发明产品通过无皂乳液聚合方式制备，不含有传统小分子乳化剂，有利于环保，并能避免乳化剂对乳液膜的不良影响。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不受以下实施例所限定。
实施例一
一种无皂固色剂乳液，主要由聚合单体、分散稳定剂、携带阳离子的单体、交联单体、引发剂、去离子水反应制成，其中聚合单体75份，分散稳定剂10份，携带阳离子的单体60份，交联单体3份，引发剂0.5份，去离子水700份。
聚合单体，包括硬单体30份和软单体45份，硬单体是丙烯酸，软单体是丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯。
携带阳离子的单体包括二烯丙基二甲基氯化铵、二烯丙基二(β-羟乙基)氯化铵。
交联单体为双丙酮丙烯酰胺/己二酸己二肼。
引发剂为过硫酸钠、过硫酸钾。
上述无皂固色剂乳液的制备方法，包括如下步骤：
(1)在反应器中加入去离子水700份、分散稳定剂10份，接着以缓冲剂调节pH值为8，并搅拌加热至65℃。其中缓冲剂为碳酸钠。
(2)取聚合单体75份、携带阳离子的单体60份、交联单体3份搅拌均匀成单体混合物。
(3)于1h内将上述单体混合物及引发剂0.5份滴加至反应器中，并于75℃保温3h，即得无皂固色剂乳液。
分散稳定剂由如下步骤聚合而成：
(1)在反应器中加入去离子水1000份、异丙醇10份，以缓冲剂调节pH值为8，搅拌加热至65℃。其中缓冲剂为碳酸钠。
(2)将亲水性单体35份与疏水性单体25份混合均匀，形成混合单体；将1份的过硫酸钾溶于30份的去离子水中，作为聚合反应的引发剂一；将0.5份的亚硫酸氢钠溶于15份的去离子水中，作为聚合反应的引发剂二。亲水性单体为二烯丙基二甲基氯化铵。疏水性单体包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯。
(3)将上述混合单体、引发剂一、引发剂二于1h内滴加至步骤(1)的反应器中，并于75℃保温3h，即得分散稳定剂。
实施例二
一种无皂固色剂乳液，主要由聚合单体、分散稳定剂、携带阳离子的单体、交联单体、引发剂、去离子水反应制成，其中聚合单体90份，分散稳定剂18份，携带阳离子的单体70份，交联单体3.5份，引发剂1份，去离子水800份。
聚合单体，包括硬单体50份和软单体40份，硬单体是甲基丙烯酸羟甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯，软单体是丙烯酸羟乙酯。
携带阳离子的单体包括二烯丙基二(β-乙氧基乙基)氯化铵、二烯丙基二甲基溴化铵。
交联单体为γ-甲基丙烯酰氧丙基三乙甲氧基硅烷。
引发剂为过硫酸铵。
上述无皂固色剂乳液的制备方法，包括如下步骤：
(1)在反应器中加入去离子水800份、分散稳定剂18份，接着以缓冲剂调节pH值为8.2，并搅拌加热至68℃。其中缓冲剂为碳酸氢钠。
(2)取聚合单体90份、携带阳离子的单体70份、交联单体3.5份搅拌均匀成单体混合物。
(3)于1.5h内将上述单体混合物及引发剂1份滴加至反应器中，并于78℃保温2.5h，即得无皂固色剂乳液。
分散稳定剂由如下步骤聚合而成：
(1)在反应器中加入去离子水1100份、十二烷基硫醇12份，以缓冲剂调节pH值为8.2，搅拌加热至68℃。其中缓冲剂为碳酸氢钠。
(2)将亲水性单体45份与疏水性单体30份混合均匀，形成混合单体；将1.5份的过硫酸钠溶于30份的去离子水中，作为聚合反应的引发剂一；将0.8份的亚硫酸氢钠溶于15份的去离子水中，作为聚合反应的引发剂二。亲水性单体为二烯丙基二甲基溴化铵。疏水性单体为甲基丙烯酸甲酯。
(3)将上述混合单体、引发剂一、引发剂二于1.5h内滴加至步骤(1)的反应器中，并于78℃保温2.5h，即得分散稳定剂。
实施例三
一种无皂固色剂乳液，主要由聚合单体、分散稳定剂、携带阳离子的单体、交联单体、引发剂、去离子水反应制成，其中聚合单体100份，分散稳定剂25份，携带阳离子的单体80份，交联单体4份，引发剂1.8份，去离子水950份。
聚合单体，包括硬单体55份和软单体45份，硬单体是甲基丙烯酸羟丙酯，软单体是丙烯酸羟丁酯。
携带阳离子的单体包括二烯丙基二(β-乙氧基乙基)氯化铵、二烯丙基二甲基氯化铵、二烯丙基二甲基溴化铵。
交联单体为丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷。
引发剂为偶氮二异丁腈。
上述无皂固色剂乳液的制备方法，包括如下步骤：
(1)在反应器中加入去离子水950份、分散稳定剂25份，接着以缓冲剂调节pH值为8.5，并搅拌加热至72℃。其中缓冲剂为醋酸钠。
(2)取聚合单体100份、携带阳离子的单体80份、交联单体4份搅拌均匀成单体混合物。
(3)于2h内将上述单体混合物及引发剂1.8份滴加至反应器中，并于82℃保温2h，即得无皂固色剂乳液。
分散稳定剂由如下步骤聚合而成：
(1)在反应器中加入去离子水1250份、异丙醇15份，以缓冲剂调节pH值为8.5，搅拌加热至72℃。其中缓冲剂为醋酸钠。
(2)将亲水性单体55份与疏水性单体35份混合均匀，形成混合单体；将2份的过硫酸钾溶于30份的去离子水中，作为聚合反应的引发剂一；将1份的亚硫酸氢钠溶于15份的去离子水中，作为聚合反应的引发剂二。亲水性单体为二烯丙基二甲基硫酸铵。疏水性单体为苯乙烯。
(3)将上述混合单体、引发剂一、引发剂二于2h内滴加至步骤(1)的反应器中，并于82℃保温2h，即得分散稳定剂。
实施例四
一种无皂固色剂乳液，主要由聚合单体、分散稳定剂、携带阳离子的单体、交联单体、引发剂、去离子水反应制成，其中聚合单体110份，分散稳定剂30份，携带阳离子的单体90份，交联单体4.5份，引发剂2.5份，去离子水1100份。
聚合单体，包括硬单体70份和软单体40份，硬单体是苯乙烯，软单体是丙烯酸羟丁酯、丙烯酸羟己酯。
携带阳离子的单体包括二烯丙基二甲基硫酸铵、二烯丙基二(β-羟丙基)溴化铵、二烯丙基二(β-羟乙基)氯化铵。
交联单体为γ-甲基丙烯酰氧丙基三异丙氧基硅烷、丙烯酰氧丙基三异丙氧基硅烷。
引发剂为过氧化苯甲酰。
上述无皂固色剂乳液的制备方法，包括如下步骤：
(1)在反应器中加入去离子水1100份、分散稳定剂30份，接着以缓冲剂调节pH值为8.8，并搅拌加热至76℃。其中缓冲剂为磷酸氢二钠。
(2)取聚合单体110份、携带阳离子的单体90份、交联单体4.5份搅拌均匀成单体混合物。
(3)于2.5h内将上述单体混合物及引发剂2.5份滴加至反应器中，并于86℃保温1.5h，即得无皂固色剂乳液。
分散稳定剂由如下步骤聚合而成：
(1)在反应器中加入去离子水1400份、十二烷基硫醇18份，以缓冲剂调节pH值为8.8，搅拌加热至76℃。其中缓冲剂为磷酸氢二钠。
(2)将亲水性单体65份与疏水性单体40份混合均匀，形成混合单体；将2.5份的过硫酸钠溶于30份的去离子水中，作为聚合反应的引发剂一；将1.2份的亚硫酸氢钠溶于15份的去离子水中，作为聚合反应的引发剂二。亲水性单体为二烯丙基二甲基硫酸铵。疏水性单体为丙烯腈。
(3)将上述混合单体、引发剂一、引发剂二于2.5h内滴加至步骤(1)的反应器中，并于86℃保温1.5h，即得分散稳定剂。
实施例五
一种无皂固色剂乳液，主要由聚合单体、分散稳定剂、携带阳离子的单体、交联单体、引发剂、去离子水反应制成，其中聚合单体120份，分散稳定剂35份，携带阳离子的单体100份，交联单体5份，引发剂3份，去离子水1200份。
聚合单体，包括硬单体40份和软单体80份，硬单体是丙烯腈，软单体是丙烯酸2-乙基己酯。
携带阳离子的单体包括二烯丙基二(β-乙氧基丙基)氯化铵、二烯丙基二(β-羟丙基)溴化铵、二烯丙基二甲基磷酸铵。
交联单体为甲基丙烯酸缩水甘油醚。
引发剂为过氧化苯甲酰。
上述无皂固色剂乳液的制备方法，包括如下步骤：
(1)在反应器中加入去离子水1200份、分散稳定剂35份，接着以缓冲剂调节pH值为9，并搅拌加热至80℃。其中缓冲剂为磷酸氢二钾。
(2)取聚合单体120份、携带阳离子的单体100份、交联单体5份搅拌均匀成单体混合物。
(3)于3h内将上述单体混合物及引发剂3份滴加至反应器中，并于90℃保温1h，即得无皂固色剂乳液。
分散稳定剂由如下步骤聚合而成：
(1)在反应器中加入去离子水1500份、十二烷基硫醇20份，以缓冲剂调节pH值为9，搅拌加热至80℃。其中缓冲剂为磷酸氢二钾。
(2)将亲水性单体75份与疏水性单体45份混合均匀，形成混合单体；将3份的过硫酸钠溶于30份的去离子水中，作为聚合反应的引发剂一；将1.5份的亚硫酸氢钠溶于15份的去离子水中，作为聚合反应的引发剂二。亲水性单体为二烯丙基二甲基磷酸铵。疏水性单体为丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯。
(3)将上述混合单体、引发剂一、引发剂二于3h内滴加至步骤(1)的反应器中，并于90℃保温1h，即得分散稳定剂。
上述实施例仅用于解释说明本发明的发明构思，而非对本发明权利保护的限定，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种无皂固色剂乳液，其特征在于主要由聚合单体、分散稳定剂、携带阳离子的单体、交联单体、引发剂、去离子水反应制成，其中聚合单体75～120份，分散稳定剂10～35份，携带阳离子的单体60～100份，交联单体3～5份，引发剂0.5～3份，去离子水700～1200份。
2.如权利要求1所述的无皂固色剂乳液，其特征在于：所述聚合单体，包括硬单体和软单体；硬单体可以是丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、苯乙烯、丙烯腈中的一种或多种的组合；软单体可以是丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丁酯、丙烯酸羟己酯、丙烯酸2-乙基己酯中的一种或多种的组合。
3.如权利要求2所述的无皂固色剂乳液，其特征在于：所述硬单体30～70份，软单体40～80份。
4.如权利要求3所述的无皂固色剂乳液，其特征在于：所述硬单体30～55份，软单体50～70份。
5.如权利要求1所述的无皂固色剂乳液，其特征在于：所述携带阳离子的单体包括式1中的二烯丙基季铵盐单体和式2中的二烯丙基胺盐单体中的一种或多种，
式1中，R1、R4是氢或C1-C22直链或支链烷基；
R2、R3是烷基、链烯基、芳基、带有杂原子的烷基或烯基，其中杂原子选自N、S、O；
X-是卤素阴离子、硫酸根离子或磷酸根离子；
式2中，R5、R7是氢或C1-C22直链或支链烷基；
R6是氢、烷基、链烯基、芳基、带有杂原子的烷基或烯基，其中杂原子选自N、S、O；
X-是卤素阴离子、硫酸根离子或磷酸根离子。
6.如权利要求1所述的无皂固色剂乳液，其特征在于：所述交联单体为双丙酮丙烯酰胺/己二酸己二肼、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基三乙甲氧基硅烷、丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基三异丙氧基硅烷、丙烯酰氧丙基三异丙氧基硅烷、甲基丙烯酸缩水甘油醚中的一种或几种的组合；所述引发剂为过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰中的一种或多种组合。
7.一种如权利要求1所述无皂固色剂乳液的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)在反应器中加入去离子水、分散稳定剂，接着以缓冲剂调节pH值为8～9，并搅拌加热至65～80℃；
(2)取聚合单体、携带阳离子的单体、交联单体搅拌均匀成单体混合物；
(3)于1～3h内将上述单体混合物及引发剂滴加至反应器中，并于75～90℃保温1～3h，即得无皂固色剂乳液；
其中，去离子水700～1200份、分散稳定剂10～35份、聚合单体75～120份、携带阳离子的单体60～100份、交联单体3～5份、引发剂0.5～3份，且聚合单体中的硬单体30～70份，软单体40～80份。
8.如权利要求7所述无皂固色剂乳液的制备方法，其特征在于：所述缓冲剂为碳酸钠、碳酸氢钠、醋酸钠、磷酸氢二钠、磷酸氢二钾中的任意一种。
9.如权利要求7所述无皂固色剂乳液的制备方法，其特征在于：所述分散稳定剂由如下步骤聚合而成：
(1)在反应器中加入去离子水、异丙醇或十二烷基硫醇，以缓冲剂调节pH值为8～9，搅拌加热至65～80℃，其中去离子水1000～1500份、异丙醇或十二烷基硫醇10～20份；
(2)将亲水性单体35～75份与疏水性单体25～45份混合均匀，形成混合单体；将1～3份的过硫酸钾或过硫酸钠溶于30份的去离子水中，作为聚合反应的引发剂一；将0.5～1.5份的亚硫酸氢钠溶于15份的去离子水中，作为聚合反应的引发剂二；
(3)将上述混合单体、引发剂一、引发剂二于1～3h内滴加至步骤(1)的反应器中，并于75～90℃保温1～3h，即得分散稳定剂。
10.如权利要求9所述无皂固色剂乳液的制备方法，其特征在于：所述亲水性单体包括至少一种式1中的二烯丙基铵单体；疏水性单体包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯腈中的一种或多种。
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