CN103613700B - 一种Pickering乳液聚合法制备聚丙烯酸酯/纳米ZnO复合涂料印花粘合剂的方法 - Google Patents
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Abstract
一种Pickering乳液聚合法制备聚丙烯酸酯/纳米ZnO复合涂料印花粘合剂的方法,将纳米ZnO、烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵以及水混合后利用超声波粉碎机超声均匀,制得纳米ZnO和烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵的水分散液;然后向其中加入丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯进行乳化,得Pickering乳状液;Pickering乳状液以过硫酸铵为引发剂进行自由基聚合获得聚丙烯酸酯/纳米ZnO复合涂料印花粘合剂。该方法能够改善聚丙烯酸酯类粘合剂存在的“热粘冷脆”缺陷,且将制备出的聚丙烯酸酯/纳米ZnO复合涂料印花粘合剂应用于织物涂料印花工艺中不会产生堵网和裂浆的现象,经涂料印花后的织物具有良好的色牢度。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备织物用涂料印花粘合剂的方法,特别涉及一种Pickering乳液聚合法制备聚丙烯酸酯/纳米ZnO复合涂料印花粘合剂的方法。
背景技术
涂料印花是最简单也是最普遍的印花方法,它利用粘合剂在织物表面成膜的原理,将没有亲和性和反应性的各种颜料粘附在织物上,从而赋予织物各种颜色和图案,其具有工艺简单,固色后不用水洗,节能节水等优点,适用于各种纤维及混纺织物。聚丙烯酸酯类印花粘合剂具有优异的成膜性、粘接性、耐候性和保光保色性,已成为纺织涂料印花材料中应用最为广泛的一类成膜物质。然而它存在“热粘冷脆”和印花色牢度低等缺陷,在织物的印花过程中易出现堵网和裂浆的现象,这在很大程度上限制了涂料印花的应用。
发明内容
本发明目的在于提供一种Pickering乳液聚合法制备聚丙烯酸酯/纳米ZnO复合涂料印花粘合剂的方法,该方法能够改善聚丙烯酸酯类粘合剂存在的“热粘冷脆”缺陷,且将制备出的聚丙烯酸酯/纳米ZnO复合涂料印花粘合剂应用于织物涂料印花工艺中不会产生堵网和裂浆的现象,经涂料印花后的织物具有良好的色牢度。
为了达到上述目的,本发明采用的技术方案包括以下步骤:
1)将纳米ZnO、烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵以及水混合后利用超声波粉碎机超声均匀,制得纳米ZnO和烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵的水分散液;然后向纳米ZnO和烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵的水分散液中加入丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯进行乳化,得Pickering乳状液;其中,所加入的纳米ZnO与烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵的质量比为(1.36-2.73):(0.27-0.55);丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯以及纳米ZnO和烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵的水分散液中的烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵的质量比为(13.63-16.36):(10.91-13.63):(0.27-0.55);
2)将Pickering乳状液倒入反应器中,升温至70-75℃,然后滴加过硫酸铵水溶液,滴加完毕后保温反应2-3h,再自然冷却至室温,过滤出料,即得聚丙烯酸酯/纳米ZnO复合涂料印花粘合剂;其中,所加入的Pickering乳状液中的丙烯酸丁酯与过硫酸铵水溶液中的过硫酸铵的质量比为(13.63-16.36):(0.25-0.41)。
所述的步骤1)中加入的烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵与水的质量比为(0.27-0.55):41。
所述的步骤1)中超声波粉碎机的超声功率为400-800W,超声时间为10-30min。
所述的步骤1)中的乳化是在乳化机中进行的。
所述的乳化机的旋转速度为3000-4000r/min,乳化时间为5-10min。
所述的步骤2)中的过硫酸铵水溶液是按照每75-85g水溶解0.25-0.41g的过硫酸铵配制而成的。
所述的步骤2)中过硫酸铵水溶液的滴加时间为150-180min。
所述的步骤2)中升温时的搅拌速度为250r/min。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
本发明以丙烯酸酯类单体(丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯)、纳米ZnO、烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵为原料,采用纳米ZnO、烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵作为乳化剂共同稳定O/W型的Pickering乳状液,然后通过过硫酸铵引发自由基聚合获得聚丙烯酸酯/纳米ZnO复合涂料印花粘合剂,将该聚丙烯酸酯/纳米ZnO复合涂料印花粘合剂应用于织物涂料印花工艺中,改善了聚丙烯酸酯涂料印花粘合剂“热粘冷脆”和印花色牢度低的缺点,不堵网,不裂浆,经涂料印花后织物的干湿擦色牢度达3级以上,皂洗后褪色牢度达3级以上,沾色牢度达4级以上。
另外,本发明所引入的纳米ZnO粒子具有尺寸小、比表面积大、无毒、不迁移,且抗菌性能优异。将该纳米ZnO作为固体乳化剂,采用Pickering乳液聚合法制备聚丙烯酸酯/纳米ZnO复合涂料印花粘合剂,不仅能减少了传统乳化剂的使用,提高印花后织物的色牢度,而且还可通过刚性纳米ZnO粒子与聚丙烯酸酯软聚合物链段之间的相互作用,改善聚丙烯酸酯粘合剂“热粘冷脆”的缺陷。
本发明制备的Pickering乳液是一种由纳米ZnO与少量表面活性剂(乳化剂:烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵)协同稳定乳液体系的新型乳液。本发明将纳米粒子作为稳定剂的Pickering乳液聚合法能够降低表面活性剂的使用,降低其带来的负面影响,同时,将纳米ZnO引入到乳液的制备过程,能够使得到的Pickering乳液同时具有有机聚合物和无机纳米材料的优点。
具体实施方式
实施例1:
1)将1.36g的纳米ZnO、0.55g的烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵以及41g的水混合后利用超声波粉碎机在400W的超声功率下超声10min,制得均匀的纳米ZnO和烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵的水分散液;然后向纳米ZnO和烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵的水分散液中加入13.63g的丙烯酸丁酯和13.63g的甲基丙烯酸甲酯,使用乳化机在3000r/min的旋转速度下乳化10min,得到Pickering乳状液;
2)将Pickering乳状液倒入装有搅拌器、冷凝装置的250mL三口烧瓶中,然后在250r/min的搅拌速度下升温至70℃,再在150min内滴加完由0.25g过硫酸铵和75g水所配制而成的过硫酸铵水溶液,滴加完毕后保温反应2h,然后自然冷却至室温,过滤出料,即得聚丙烯酸酯/纳米ZnO复合涂料印花粘合剂;其中,Pickering乳状液中的丙烯酸丁酯与过硫酸铵水溶液中的过硫酸铵的质量比为13.63:0.25。
实施例2:
1)将1.36g的纳米ZnO、0.55g的烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵以及41g的水混合后利用超声波粉碎机在400W的超声功率下超声30min,制得均匀的纳米ZnO和烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵的水分散液;然后向纳米ZnO和烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵的水分散液中加入16.36g的丙烯酸丁酯和10.91g的甲基丙烯酸甲酯,使用乳化机在3000r/min的旋转速度下乳化10min,得到Pickering乳状液;
2)将Pickering乳状液倒入装有搅拌器、冷凝装置的250mL三口烧瓶中,然后在250r/min的搅拌速度下升温至70℃,再在150min内滴加完由0.25g过硫酸铵和75g水所配制而成的过硫酸铵水溶液,滴加完毕后保温反应3h,然后自然冷却至室温,过滤出料,即得聚丙烯酸酯/纳米ZnO复合涂料印花粘合剂;其中,Pickering乳状液中的丙烯酸丁酯与过硫酸铵水溶液中的过硫酸铵的质量比为16.36:0.25。
实施例3:
1)将1.91g的纳米ZnO、0.55g的烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵以及41g的水混合后利用超声波粉碎机在400W的超声功率下超声30min,制得均匀的纳米ZnO和烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵的水分散液;然后向纳米ZnO和烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵的水分散液中加入16.36g的丙烯酸丁酯和10.91g的甲基丙烯酸甲酯,使用乳化机在4000r/min的旋转速度下乳化5min,得到Pickering乳状液;
2)将Pickering乳状液倒入装有搅拌器、冷凝装置的250mL三口烧瓶中,然后在250r/min的搅拌速度下升温至75℃,再在180min内滴加完由0.41g过硫酸铵和80g水所配制而成的过硫酸铵水溶液,滴加完毕后保温反应3h,然后自然冷却至室温,过滤出料,即得聚丙烯酸酯/纳米ZnO复合涂料印花粘合剂;其中,Pickering乳状液中的丙烯酸丁酯与过硫酸铵水溶液中的过硫酸铵的质量比为16.36:0.41。
实施例4:
1)将2.73g的纳米ZnO、0.27g的烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵以及41g水混合后利用超声波粉碎机在800W的超声功率下超声10min,制得均匀的纳米ZnO和烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵的水分散液;然后向纳米ZnO和烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵的水分散液中加入13.63g丙烯酸丁酯和13.63g甲基丙烯酸甲酯,使用乳化机在4000r/min的旋转速度下乳化5min,得到Pickering乳状液;
2)将Pickering乳状液倒入装有搅拌器、冷凝装置的250mL三口烧瓶中,然后在250r/min的搅拌速度下升温至75℃,再在180min内滴加完由0.41g过硫酸铵和85g水所配制而成的过硫酸铵水溶液,滴加完毕后保温反应2h,然后自然冷却至室温,过滤出料,即得聚丙烯酸酯/纳米ZnO复合涂料印花粘合剂;其中,Pickering乳状液中的丙烯酸丁酯与过硫酸铵水溶液中的过硫酸铵的质量比为13.63:0.41。
实施例5:
1)将2.73g的纳米ZnO、0.27g的烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵以及41g的水混合后利用超声波粉碎机在600W的超声功率下超声30min,制得均匀的纳米ZnO和烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵的水分散液;然后向纳米ZnO和烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵的水分散液中加入16.36g的丙烯酸丁酯和10.91g的甲基丙烯酸甲酯,使用乳化机在3000r/min的旋转速度下乳化5min,得到Pickering乳状液;
2)将Pickering乳状液倒入装有搅拌器、冷凝装置的250mL三口烧瓶中,然后在250r/min的搅拌速度下升温至70℃,再在180min内滴加完由0.27g过硫酸铵和80g水所配制而成的过硫酸铵水溶液,滴加完毕后保温反应2.5h,然后自然冷却至室温,过滤出料,即得聚丙烯酸酯/纳米ZnO复合涂料印花粘合剂;其中,Pickering乳状液中的丙烯酸丁酯与过硫酸铵水溶液中的过硫酸铵的质量比为16.36:0.27。
实施例6:
1)将2.73g的纳米ZnO、0.32g的烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵以及41g的水混合后利用超声波粉碎机在500W的超声功率下超声25min,制得均匀的纳米ZnO和烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵的水分散液;然后向纳米ZnO和烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵的水分散液中加入15.01g的丙烯酸丁酯和12.28g的甲基丙烯酸甲酯,使用乳化机在3500r/min的旋转速度下乳化7min,得到Pickering乳状液;
2)将Pickering乳状液倒入装有搅拌器、冷凝装置的250mL三口烧瓶中,然后在250r/min的搅拌速度下升温至72℃,再在160min内滴加完由0.30g过硫酸铵和80g水所配制而成的过硫酸铵水溶液,滴加完毕后保温反应2.5h,然后自然冷却至室温,过滤出料,即得聚丙烯酸酯/纳米ZnO复合涂料印花粘合剂;其中,Pickering乳状液中的丙烯酸丁酯与过硫酸铵水溶液中的过硫酸铵的质量比为15.01:0.30。
经试验证明,将本发明制备的聚丙烯酸酯/纳米ZnO复合涂料印花粘合剂应用于织物涂料印花工艺中,改善了聚丙烯酸酯涂料印花粘合剂“热粘冷脆”和印花色牢度低的缺点,不堵网,不裂浆,经涂料印花后织物的干湿擦色牢度达3级以上,皂洗后褪色牢度达3级以上,沾色牢度达4级以上。
Pickering乳液是一种由固体粒子代替传统表面活性剂或者由固体粒子与少量表面活性剂协同稳定乳液体系的新型乳液。与传统乳液相比,Pickering乳液具有强界面稳定性、减少泡沫出现、可再生、低毒、低成本等优势。将纳米粒子作为稳定剂的Pickering乳液聚合法能够避免或降低表面活性剂的使用,降低其带来的负面影响,同时,将无机纳米粒子引入乳液的合成,能够使纳米复合乳液同时具有有机聚合物和无机纳米材料的优点。
目前以纳米粒子作为固体稳定剂的Pickering乳液聚合已有报道,AmroK.F.Dyab等以硅酸镁锂为稳定剂制备了聚苯乙烯/硅酸镁锂复合微球,复合颗粒被用于涂料配方,与传统的表面活性剂所形成的乳液相比,其因硅酸镁锂表面的羟基通过氢键可参与粘结过程而显示出优异的粘附性能(AmroK.F.Dyab,HamadA.Al-Lohedan,HishamA.Essawy,etal.Fabricationofcore/shellhybridorganic-inorganicpolymermicrospheresviaPickeringemulsionpolymerizationusinglaponitenanoparticles[J].JournalofSaudiChemicalSociety,2011:1-8.)。
纳米ZnO粒子尺寸小、比表面积大、无毒、不迁移,有优异的抗菌性能,是当前应用前景较为广泛的高功能无机材料。JuiHungChen等通过Pickering乳液聚合制备了ZnO/聚苯乙烯复合微球并研究了两种引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)和过硫酸钾(KPS)对复合微粒形貌的影响,发现AIBN引发时产物为以聚苯乙烯为核、ZnO为壳的核壳型复合微粒,KPS引发时为复合微粒和纯聚苯乙烯微粒两种产物(JuiHungChen,Chu-YunCheng,Wen-YenChiu,etal.SynthesisofZnO/polystyrenecompositesparticlesbyPickeringemulsionpolymerization[J].EuropeanPolymerJournal,2008,44:3271-3279.)。若将纳米ZnO作为固体乳化剂,采用Pickering乳液聚合法制备聚丙烯酸酯/纳米ZnO复合涂料印花粘合剂,不仅能减少了传统乳化剂的使用,提高印花后织物的色牢度,还可通过刚性纳米ZnO粒子与聚丙烯酸酯软聚合物链段之间的相互作用,改善聚丙烯酸酯粘合剂“热粘冷脆”的缺陷。
Claims (7)
1.一种Pickering乳液聚合法制备聚丙烯酸酯/纳米ZnO复合涂料印花粘合剂的方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将纳米ZnO、烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵以及水混合后利用超声波粉碎机超声均匀,制得纳米ZnO和烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵的水分散液;然后向纳米ZnO和烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵的水分散液中加入丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯进行乳化,得Pickering乳状液;其中,所加入的纳米ZnO与烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵的质量比为(1.36-2.73):(0.27-0.55);丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯以及纳米ZnO和烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵的水分散液中的烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵的质量比为(13.63-16.36):(10.91-13.63):(0.27-0.55);超声波粉碎机的超声功率为400-800W,超声时间为10-30min;
2)将Pickering乳状液倒入反应器中,升温至70-75℃,然后滴加过硫酸铵水溶液,滴加完毕后保温反应2-3h,再自然冷却至室温,过滤出料,即得聚丙烯酸酯/纳米ZnO复合涂料印花粘合剂;其中,所加入的Pickering乳状液中的丙烯酸丁酯与过硫酸铵水溶液中的过硫酸铵的质量比为(13.63-16.36):(0.25-0.41)。
2.根据权利要求1所述的Pickering乳液聚合法制备聚丙烯酸酯/纳米ZnO复合涂料印花粘合剂的方法,其特征在于:所述的步骤1)中加入的烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵与水的质量比为(0.27-0.55):41。
3.根据权利要求1所述的Pickering乳液聚合法制备聚丙烯酸酯/纳米ZnO复合涂料印花粘合剂的方法,其特征在于:所述的步骤1)中的乳化是在乳化机中进行的。
4.根据权利要求3所述的Pickering乳液聚合法制备聚丙烯酸酯/纳米ZnO复合涂料印花粘合剂的方法,其特征在于:所述的乳化机的旋转速度为3000-4000r/min,乳化时间为5-10min。
5.根据权利要求1所述的Pickering乳液聚合法制备聚丙烯酸酯/纳米ZnO复合涂料印花粘合剂的方法,其特征在于:所述的步骤2)中的过硫酸铵水溶液是按照每75-85g水溶解0.25-0.41g的过硫酸铵配制而成的。
6.根据权利要求1或5所述的Pickering乳液聚合法制备聚丙烯酸酯/纳米ZnO复合涂料印花粘合剂的方法,其特征在于:所述的步骤2)中过硫酸铵水溶液的滴加时间为150-180min。
7.根据权利要求1所述的Pickering乳液聚合法制备聚丙烯酸酯/纳米ZnO复合涂料印花粘合剂的方法,其特征在于:所述的步骤2)中升温时的搅拌速度为250r/min。
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