CN105113247B - 一种乳胶粒减反射的涂层液及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种乳胶粒减反射的涂层液及其制备方法和其在涤纶织物上的应用，该制备方法包括：将乳化剂和部分量的水充分搅拌，形成乳化剂水溶液，将制核单体、交联剂加入至乳化剂水溶液中，通保护性气体除氧15～20min，升温至70℃～80℃时，加入引发剂和余量的水，反应2～3h后，得到胶乳的核结构乳液；向胶乳的核结构乳液中滴加第一壳单体和第二壳单体，滴加时间为1～1.5h，滴加结束后，继续反应2～3h后，在85℃～90℃保温30～45min，得到乳胶粒减反射的涂层液。本发明的涂层液可在涤纶织物表面形成低折射率纳米粗糙表面，实现涤纶减反射增深，而且，该结构借助壳层粘接纤维，赋予整理效果耐久性。

Description

一种乳胶粒减反射的涂层液及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及纺织品助剂及其制备领域，具体涉及一种乳胶粒减反射的涂层液及其制备方法和其在涤纶织物上的应用。

背景技术

涤纶织物具有耐磨、硬挺、易洗、快干等优点，深受消费者欢迎，但由于涤纶纤维表面平滑，少有反应性基团且纤维(n_f＝1.73)与空气(n₀＝1.0)间折光指数差值大，入射光在纤维表面被大量反射，仅小部分光折射进入纤维内部，被染料选择吸收后形成着色光，因此，布面饱和度差，难以呈现诸如墨绿、藏青、紫红、墨黑等浓色效果。特别当纤维纤度降低时，因织物比表面积增高，反射面大幅增加，使染深色问题更为突出，染色织物常呈现一种“白茫茫”的视觉效果。

传统方法中，常采用有机氟、硅树脂后整理，在织物表面形成一层平整的低折射率减反射树脂膜，降低布面对入射光的反射率，以增加透射光和提高染料发色效率，实现浓色效果。但是大量研究表明(“Anti-reflective coatings:A critical,in-depth review”，Energy Environ.Sci.,2011,4,3779–3804)，此类均质减反射膜仅对特定波长具有较高的减反射性能，因此，不仅减反射效率低，而且易引起织物色光的改变，使用有机氟、硅树脂整理织物实现织物增深受到限制。

另有大量研究表明，当光入射面的纳米粗糙结构满足特定条件时，可引起入射光向垂直于织物表面方向的弯曲，从而形成“光捕获”效应，形成一种新的减反射效果，此时光的反射率可降低至0.1％。基于该思想，论文《Nano roughening of PET and PTT fabricsvia continuous UV/O3irradiation》(Dyes and Pigments,2006,69,137-143)采用了纳米刻蚀技术，构造了稳定的纳米粗糙表面结构，但该方法依赖于特定加工设备，加工效率低。此外，文献《Nanoporous films with designable porosity prepared with binarypolymerlatexes》(Soft Matter,2011,7,2817–2824)等设计了基于溶解性相异粒子共混，并涂覆基材表面，进而结合选择性溶剂去除特定粒子组分，获得纳米粗糙表面的方法。该方法虽然巧妙，但因粗糙表面结构依赖于粒子初始形貌，限制了粒子间相互粘合，因此膜结构稳定性以及膜与基材间的结合牢度都较差。如应用于曲率大且柔性的织物纤维增深时，在织物洗涤及穿着过程中，上述纳米粗糙结构易被大量破坏，造成减发射性能的丧失。

现有技术中，申请号为201210419746.7的发明专利公开了一种共聚乳液型涤纶织物增深剂及其制备方法，助剂主要用于涤纶织物增深加工。助剂基于有机倍半硅氧烷与环氧氯烷改性氨基硅油复配、共聚制备。此外，现有技术申请号为201310713917.1的发明专利公开了一种环保型织物增深剂的制备方法，该技术主要针对涤纶织物做增深处理，发明中采用了有机硅单体、含氟单体对丙烯酸酯共聚物进行改性，生成有机硅(/氟)-丙烯酸酯共聚结构的增深剂，并采用浸轧及浸泡工艺增深整理织物。采用这两种方法时，虽然整理织物获得了增深效果，但专利中未提及助剂在整理织物表面构筑的形貌，也未见基于“纳米粗糙表面”增深织物的描述。

中国专利ZL201210303496.0提出以聚合物包覆二氧化硅，并基于壳层聚合物焙烘成膜，将二氧化硅粘附于织物表面，构筑纳米粗糙结构的方法。之后，申请号201410412286.4中国专利申请中，提出一种基于涤纶纤维塑化粘合二氧化硅，构筑减反射粗糙表面的方法。两种方法中，粗糙结构很大程度依赖于二氧化硅粒径。

相比二氧化硅，乳胶粒的粒径可方便地通过乳化剂浓度以及种类调节，且调控工艺成熟。因此，如能实现基于乳胶粒构筑织物表面粗糙结构，不仅便于调控表面粗糙度，而且通过选择单体，还可进一步降低粗糙表面的折射率。

发明内容

本发明提供了一种乳胶粒减反射的涂层液及其制备方法和其在涤纶织物上的应用，该涂层液可在涤纶织物表面形成低折射率纳米粗糙表面，实现涤纶减反射增深。

一种乳胶粒减反射的涂层液的制备方法，包括以下步骤：

(1)“核-壳”胶乳内核制备：将乳化剂和部分量的水充分搅拌，形成乳化剂水溶液，将制核单体、交联剂加入至乳化剂水溶液中，通保护性气体(如N₂)除氧15～20min，升温至70℃～80℃时，加入引发剂和余量的水，反应2～3h后，得到胶乳的核结构乳液；

(2)“核-壳”结构形成：向胶乳的核结构乳液中滴加第一壳单体和第二壳单体，滴加时间为1～1.5h，滴加结束后，继续反应2～3h后，在85℃～90℃保温30～45min，得到乳胶粒减反射的涂层液，即具有交联内核的“核-壳”胶乳水分散液。

本发明通过制备具有交联链结构聚合物内核，以及线性软聚合物壳层的“核-壳”乳胶粒，并通过整理过程中的温度调控，诱导相邻乳胶粒中壳层内聚合物链相互扩散，将相邻乳胶粒内核粘接，以及与纤维表面的高牢度粘和。特别需要指出，由于上述过程中，内核高度交联，内核聚合物链扩散受到抑制，因此，内核难以坍塌，在胶膜中保持初始纳米球状形态，从而赋予乳胶膜、进而整理织物表面的稳定纳米粗糙结构。由于壳层以低折射率含烯双键有机硅单体与丙烯酸酯单体共聚形成，因此胶膜表面具有低折射率属性。由此，该结构可产生“光捕获”效应，避免了减反射对波长的依赖性，以及对织物色光的改变。该方法中，由于胶乳粒径易调，其所形成的粗糙结构易于定制。而且，该结构借助壳层粘接纤维，赋予整理效果耐久性。

作为优选，上述操作步骤以重量份计，采用以下重量份的原料：

进一步优选，以重量份计，采用以下重量份的原料：

步骤(1)中，作为优选，所述的制核单体为甲基丙烯酸甲酯。聚甲基丙烯酸甲酯具有较低的折射率(n＝1.41)、优越的耐热性好、透光率高、色散小以及刚性，作为乳胶粒内部核结构形成乳胶膜的纳米球形态。

作为优选，所述的交联剂为二乙烯基苯、二甲基丙烯酸乙二醇酯中的一种。交联剂能增加增韧改性中核壳粒子的内聚强度，并且使内核受限于交联结构，难以坍塌，保持内部核结构初始纳米球形态，以实现乳胶膜稳定的纳米粗糙结构。

作为优选，所述的乳化剂为十二烷基硫酸钠、脂肪酸钠、烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种。阴离子型乳化剂可赋予核壳乳胶粒表面电荷，高效稳定胶乳。而非离子乳化剂可以增强胶乳耐电解质能力，提高增深助剂与其他含盐整理助剂的配伍性。

作为优选，所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵中的一种。引发剂的加入可采用引发剂水溶液的形式。

步骤(2)中，作为优选，所述的第一壳单体为丙烯酸丁酯、丙烯腈中的一种或两种。作为线性软聚合物壳层结构，通过整理过程中的温度调控，可诱使相邻乳胶粒中壳层内聚合物链相互扩散，形成具有连续结构的乳胶膜，实现与织物间的高粘和牢度。

作为优选，所述的第二壳单体为甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、[4-(甲基丙烯酰氧)丁基]五甲基硅氧烷中的一种或两种。

本发明制备方法制备的乳胶粒减反射的涂层液(即具有交联内核的“核-壳”胶乳水分散液)的固含量为10％～30％，优选的乳胶粒粒径为50nm～150nm，核壳质量比为7:3～9:1。

本发明所述制备方法制得的具有交联聚合物链结构内核，以及线性软聚合物壳层的“核-壳”乳胶粒水分散涂层液，即乳胶粒减反射的涂层液，可用作构造涤纶织物表面纳米粗糙结构，实现织物增深。这种涂层液用于涤纶织物增深整理时，所采用的应用工艺具体包括：将1～10重量份乳胶粒减反射涂层液加入到90～99重量份的水中，形成乳状整理液。之后采用浸轧法对织物进行整理，焙烘后得到整理后的涤纶织物。

作为优选，所述的浸轧法为二浸二轧法，轧液率为30％～70％。

作为优选，培烘条件：焙烘温度为150℃～170℃，时间为60s～100s。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明提供了一种乳胶粒减反射的涂层液及其制备方法和其在涤纶织物上的应用，该涂层液由一种具有交联聚合物链结构内核，以及线性软聚合物壳层的“核-壳”乳胶粒分散液组成，可在涤纶织物表面形成低折射率纳米粗糙表面，实现涤纶减反射增深，其优点在于：

(1)基于壳层聚合物粘结，在织物表面形成的纳米粗糙结构稳定；

(2)通过合成反应工艺调控，可方便调节胶乳粒子大小以及“核-壳”比例，进而定制其在织物表面形成的纳米粗糙结构；

(3)涂层液制备反应以水为介质，避免使用有机溶剂，整理过程无有机溶剂释放；

(4)整理工艺简单易行。

所制备的乳胶粒减反射涂层液，可直接涂覆在涤纶织物表面，在焙烘成膜过程中，相邻乳胶粒中壳层内聚合物链相互扩散，形成具有连续结构的乳胶膜。在此过程中，内核受限于交联结构，难以坍塌，保持初始纳米球形态，并赋予乳胶膜稳定的纳米粗糙结构，在涤纶织物表面构筑稳定的减反射膜。由于壳层以低折射率含烯双键有机硅单体与丙烯酸酯单体共聚形成，因此胶膜表面具有低折射率属性。入射光在膜中多界面处发生反射后，向垂直于织物表面方向的弯曲，形成“光捕获”效应，实现减反射和增深效果。

附图说明

图1为本发明实施例1中得到的乳胶粒产物1的粒径分布图；

图2为本发明实施例1中得到的乳胶粒产物1的透射电子显微镜(TEM)的照片；

图3为本发明实施例1中产物1乳胶膜的原子力显微镜(AFM)图表示；

图4为本发明实施例2中得到的乳胶粒产物2的透射电子显微镜(TEM)的照片；

图5为本发明实施例3中产物3乳胶膜的原子力显微镜(AFM)图表示；

图6为本发明应用例1中涂层液整理前涤纶织物表面形貌的扫描电镜(SEM)图；

图7为本发明对比例产物4整理的涤纶织物表面形貌的扫描电镜(SEM)图；

图8为本发明实施例2中得到的产物2整理后的涤纶织物表面形貌的扫描电镜(SEM)图。

图9为本发明产物2整理的涤纶织物表观色深值在不同整理温度下随波长的变化曲线。

图10为本发明产物1、产物2、产物3和产物4整理涤纶织物表观色深值随波长的变化曲线。

具体实施方式

实施例1

称取0.2g的十二烷基硫酸钠加入到74.77g的水中，机械搅拌混合均匀后，向溶液中加入10g的甲基丙烯酸甲酯和8g的二乙烯基苯，机械搅拌均匀后，放入水浴锅中通N₂15min，升温至75℃后，将0.03g过硫酸钾溶于5g水中并加入到上述反应混合液中，反应2.5h后，得到反应液(即胶乳的核结构乳液)，向反应液中缓慢滴加1.5g丙烯酸丁酯和0.5g甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的混合液，于0.5h内滴加完。继续反应3h后，升温至90℃并保温30min，制得具有核壳结构的乳胶粒溶液产物1组成的减反射涂层液，含固量为20％。

将产物1进行稀释后采用马尔文纳米粒径仪分别测定其粒径分布曲线，如图1所示，产物1的粒径在85nm左右，且粒径分布稳定。

将粒子经锇酸染色后，以透射电子显微镜(TEM)观察，如图2所示。

将产物1涂制成的乳胶膜后，以原子力显微镜(AFM)观察，如图3所示。

实施例2

称取0.5g的十二烷基苯磺酸钠加入到67.46g的水中，机械搅拌混合均匀后，向溶液中加入12g的甲基丙烯酸甲酯和8g的二甲基丙烯酸乙二醇酯，机械搅拌均匀后，放入水浴锅中通N₂20min，待温度达到至70℃后，将0.04g过硫酸钾溶于5g水中并加入上述反应混合液中，反应2h后，向反应液中缓慢滴加5g丙烯酸丁酯和2g甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的混合液，于2h内滴加完。继续反应2.5h后，升温至85℃并保温45min，制得具有核壳结构的乳胶粒溶液产物2组成的减反射涂层液，含固量为27％。

图4为产物2的TEM照片。从图4可知，产物2已经形成了核壳结构，仍保持了良好的分散状态，颗粒大小均匀，基本以初级粒子形式存在。

实施例3

称取1g的烷基磺酸钠加入到68.95g的水中，机械搅拌混合均匀后，向溶液中加入10g的甲基丙烯酸甲酯和5g的二乙烯基苯，机械搅拌均匀后，放入水浴锅中通N₂20min，待温度达到至80℃后将0.05g过硫酸铵溶于5g水中并加入上述反应混合液中，反应3h后，向反应液中缓慢滴加8g丙烯腈和2g[4-(甲基丙烯酰氧)丁基]五甲基硅氧烷的混合液，于2h内滴加完。继续反应3h后，升温至90℃并保温40min，制得具有核壳结构的乳胶粒溶液产物3组成的减反射涂层液，含固量为25％。

图5为产物3乳胶膜的AFM照片，可见涂膜表面具有凹凸状纳米粗糙结构。由图3和图5可知，产物3与产物1相比纳米颗粒的大小不同，但其形貌无明显差别，仍保持了良好的分散状态，颗粒大小均匀，基本以初级粒子形式存在。

对比例：

称取0.2g的脂肪酸钠加入到84.77g的水中，机械搅拌混合均匀后，向溶液中加入6g的甲基丙烯酸甲酯、2.5g的二甲基丙烯酸乙二醇酯、1g二乙烯基苯和0.5g[4-(甲基丙烯酰氧)丁基]五甲基硅氧烷的混合液，机械搅拌均匀后，放入水浴锅中通N₂20min，待温度达到至75℃后将0.03g的过硫酸钾溶于5g水中并加入到上述反应混合液中，继续反应2.5h后，升温至90℃并保温35min，制得均质乳胶粒溶液产物4组成的减反射涂层液，含固量为10％。

应用例1(采用实施例1中产物)：

称取1.5g实施例1中的乳胶粒涂层液，将其溶解于水中配制成30mL的溶液。首先将涤纶织物浸入乳状整理液中，采用二浸二轧法整理涤纶织物，轧液率为65％。在170℃培烘60s，得到最终整理后的涤纶织物。

应用例2(采用实施例2中产物)：

称取0.9g实施例2中的乳胶粒涂层液，将其溶解于水中配制成30mL的乳状整理液。首先将涤纶织物浸入乳胶粒整理液中，采用二浸二轧法整理涤纶织物，轧液率为60％。在165℃焙烘90s，得到最终整理后的涤纶织物。

采取相同的整理方法，以对比例产物4配制成乳状整理液整理涤纶织物作为对比例，以扫描电子显微镜(SEM)观察涤纶纤维的表面形貌。图6为原涤纶织物表面形貌图。图7为实施例2中得到的产物2整理的涤纶织物表面形貌图。图8为对比例产物4整理的涤纶织物表面形貌图。对比图6、图7和图8，发现经产物2和产物4整理后的涤纶纤维表面均涂覆上了乳胶粒涂层。经产物2整理后，涤纶织物表面形成纳米粗糙结构。而采用对比例产物4整理后，涤纶织物表面依然平整。可预期产物2涂层膜具有优于产物4涂层膜的减反射性能。

同时，为考察乳胶膜在涤纶纤维表面的成膜形态，对经实施例2中产物2乳状整理剂整理的涤纶织物进行不同温度的焙烘，以测色配色仪SF600-PLUS表征其表观深色值变化。以未整理的涤纶织物作为对比。图9为涤纶织物表观色深值在不同整理温度下随波长的变化的曲线。

对比应用例(采用对比例中产物)

称取2.25g对比例中产物4的乳胶粒涂层液，将其溶解于水中配制成30mL的溶液。首先将涤纶织物浸入乳状整理液中，采用二浸二轧法整理涤纶织物，轧液率为70％。在160℃培烘100s，得到经产物4涂层液整理后的涤纶织物。

以测色配色仪SF600-PLUS分别表征经产物1、产物2、产物3和产物4涂层液整理后涤纶织物的表观色深值。图10为四种产物整理涤纶织物表观色深值随波长的变化曲线。

Claims (9)

1.一种乳胶粒减反射的涂层液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将乳化剂和部分量的水充分搅拌，形成乳化剂水溶液，将制核单体、交联剂加入至乳化剂水溶液中，通保护性气体除氧15～20min，升温至70℃～80℃时，加入引发剂和余量的水，反应2～3h后，得到胶乳的核结构乳液；

(2)向胶乳的核结构乳液中滴加第一壳单体和第二壳单体，滴加时间为1～1.5h，滴加结束后，继续反应2～3h后，在85℃～90℃保温30～45min，得到乳胶粒减反射的涂层液；

所述的第一壳单体为丙烯酸丁酯、丙烯腈中的一种或两种；

所述的第二壳单体为甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、[4-(甲基丙烯酰氧)丁基]五甲基硅氧烷中的一种或两种。

2.根据权利要求1所述的乳胶粒减反射的涂层液的制备方法，其特征在于，以重量份计，采用以下重量份的原料：

3.根据权利要求2所述的乳胶粒减反射的涂层液的制备方法，其特征在于，以重量份计，采用以下重量份的原料：

4.根据权利要求1所述的乳胶粒减反射的涂层液的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的制核单体为甲基丙烯酸甲酯。

5.根据权利要求1所述的乳胶粒减反射的涂层液的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的交联剂为二乙烯基苯、二甲基丙烯酸乙二醇酯中的一种。

6.根据权利要求1所述的乳胶粒减反射的涂层液的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的乳化剂为十二烷基硫酸钠、脂肪酸钠、烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种。

7.根据权利要求1所述的乳胶粒减反射的涂层液的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵中的一种。

8.根据权利要求1～7任一所述的制备方法制备的乳胶粒减反射的涂层液。

9.根据权利要求8所述的乳胶粒减反射的涂层液在涤纶织物增深整理中的应用。