CN105220492A - 一种精细化纳米改性丙烯酸类非织用浆料及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明所述的一种精细化纳米改性丙烯酸类非织用浆料及其制造方法，用纳米级二氧化钛粉体作为一种主要的原料，并用油酸作为它的改性剂参与丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酰胺、丙烯腈的合成，合成时用过硫酸铵作为引发剂，然后将修饰后的纳米二氧化硅注入高速搅拌的反应鉴，同时向反应鉴中滴加丙烯酸、丙烯酸甲酯，丙烯酰胺、丙烯腈等以及滴加结束后经保温冷却过滤制得高性能纳米改性丙烯酸类浆料。由于该浆料的上浆性能好，能完全替代PVA，并满足高密度品种的浆纱要求，还可以带动来源丰富的淀粉用量的增加，从而降低浆纱成本。

Description

一种精细化纳米改性丙烯酸类非织用浆料及其制造方法

技术领域

本发明属于高分子材料领域，它涉及一种精细化纳米改性丙烯酸类非织用浆料及其制造方法。更具体地说，涉及浆料的新产品技术开发。

背景技术

因为一般的丙烯酸类浆料，主要是依靠各有机单体的性能，具体来说由于不同单体的组合，合成浆料的分子结构中具有不同的官能团，使之具有一定的极性和亲水性以及玻璃化温度；但由于各种单体本身存在缺陷，合成浆料的浆膜强度、耐磨仍然较差，另外用量过大易引起浆纱吸湿再粘，因此上浆效果不理想，不能完全替代PVA，只能与PVA、淀粉配合使用，起辅助上浆作用，而PVA属于不洁浆料，以被欧美等发达国家禁止使用，我国也提出了尽快少用直至不用PVA上浆。因此，探索新的上浆机理，研制新的浆料以及浆纱配方成为当务之急。

随着织造品种难度的增加，对浆纱质量的要求越来越高，因此对浆料的要求也随之提高。目前在解决高难度品种织造方面，在浆纱环节通常选用聚乙烯醇（PVA）为主浆料。因为它有较好的上浆性能，但由于使用PVA上浆会带来环境污染，调浆费时耗能，因此已被列为不洁浆料。许多国家已明确禁止使用PVA，我国也提出逐步减少直至完全取消PVA的奋斗目标。但至今仍未发明一种浆料能完全替代PVA。一些新型丙烯酸类浆料以及变性淀粉只能部分替代PVA。

发明内容

因此，为了克服一般丙烯酸类浆料的缺陷，并在浆料配方中能够用来替代PVA，本发明提供了一种精细化纳米改性丙烯酸类非织用浆料及制造方法。

通过上述分析可知，一般丙烯酸类浆料强度、耐磨以及与纺织纤维的粘着力较差，而纳米改性丙烯酸类浆料分子直径很小（8~25nm）能够进入纤维表面的沟纹（几乎所有纤维表面都有280nm宽的沟纹），因此与纤维的粘合力很强，可填平一般浆料分子无法填平的微小缝隙，达到对纱线微细裂缝的连接作用，从而增加浆纱强力。另外由于纳米浆料比表面积大，表面羟基含量高，能迅速与纤维发生键合反应，形成独特的网络结构，从而改善浆液的粘度稳定性和浆液的成膜性，使得所形成的浆膜的强度、柔韧性、致密性和耐磨性显著提高。由此可知，本发明构思采用各种丙烯酸类单体的特定组合，充分发挥每一单体的优点，又利用纳米材料粒径小，比表面积大，表面活性高而表面由多种特殊的功能，从而使得浆料具有很好的上浆性能，能够用于替代PVA，满足高难度品种经纱上浆的需要。

本发明解决技术问题的技术方案如下：

一种精细化纳米改性丙烯酸类非织用浆料，用纳米级二氧化钛粉体作为一种主要的原料之一，并用油酸作为它的改性修饰剂，参与丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酰铵、丙烯腈的合成。合成时用过硫酸铵作为引发剂，其各组份质量百分比为丙烯酸：、丙烯酸甲酯：丙烯酰胺：丙烯腈：油酸：纳米级二氧化硅（颗粒直径为30纳米）=20～23:25～29:10～12:28～31:2～3:7～9(以上各组份中除纳米级二氧化钛以外，均为化学纯)。

所述的精细化纳米改性丙烯酸类非织用浆料的制造方法，其制备过程如下：

第一步：原料预处理

（1）配制10%的KoH溶液和10%的Kcl溶液；

（2）用适量的10%的KoH溶液和10%的Kcl溶液洗涤丙烯酸酯类单体，以除去阻聚剂；

（3）将丙烯酰胺先溶于水，然后将一定量的经过预处理的其它单体与之混合成为单体的混合液；

第二步：纳米二氧化钛的修饰

（1）开启反应鉴的搅拌器，并保持600转/分的转速；

（2）将反应鉴内的水温升至50℃并保持基本稳定；

（3）将一定量的纳米二氧化钛粉体与油酸加入反应鉴中保持1小时，使二氧化硅充分溶胀；

第三步：合成

（1）将一定量的引发剂过硫酸铵配制成8.6%的水溶液并置于一滴加漏斗中；

（2）将配置好的各种单体的混合液置于另一滴加漏斗中；

（3）将反应鉴中的温度升至88℃；

（4）首先开启一滴加漏斗的滴加开关，使引发剂以一定的速度滴入反应鉴中而后开启另一滴加漏斗的开关，使混合单体以一定的速度滴入反应鉴中进行合成，滴加时间为1.2小时，同时应注意两个滴加漏斗滴加速度的配合，使引发剂迟于单体滴完。合成过程中反应鉴内的温度保持在78-80℃；

第四步：保温冷却

（1）单体和引发剂滴加完后，将反应鉴内液体的温度慢慢升高至88~90℃，并保持基本稳定达60-80分钟；

（2）测定反应鉴内合成液中残留单体的含量，使之小于0.5‰，此时可开始降温；

（3）降温至60℃时，加入一定量的氨水，使合成液的PH值为7.2；

（4）继续降温至50℃，将反应鉴内的合成浆料过滤，然后包装成品，从而得精细化纳米改性丙烯酸类浆料。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

1、本发明的精细化纳米改性丙烯酸类浆料的分子能够进入纤维表面的沟纹，可填平一般浆料分子无法填平的微小缝隙，达到对纱线微细裂缝的连接作用，从而增加经纱强力。

、浆料比表面积大，浆膜硬度、致密性、柔韧性和耐磨性显著提高，克服一般丙烯酸类浆料浆膜本身的硬度低，耐磨较差以及浆纱吸湿再粘的缺点，保伸性能也良好。

3、制造工艺简单，可操作性强。

4、由于该浆料的上浆性能好，能完全替代PVA，并满足高密度品种的浆纱要求，还可以带动来源丰富的淀粉用量的增加，从而降低浆纱成本。

具体实施方式

通过下述实施例将有助于理解本发明，但并不限制本发明的内容。

各种单体种类的选择主要考虑其在上浆过程中，与棉、涤/棉纱纤维的作用，其占有量的大小主要考虑合成浆料的性能如玻璃化温度等。因此选择丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酰铵、丙烯腈、油酸为化学纯，纳米粉体的选择主要考虑到纳米颗粒的流动性小，小尺寸效应以及纳米颗粒的强度，使浆膜耐磨性、硬度和弹性模量等性能得以提高，因此选用纳米二氧化硅粉体。

根据本发明制备方法，按下列质量百分比制作了一些样品，并对其进行浆液质量测试、浆膜性能测试。

实施例1

高性能纳米改性丙烯酸类浆料各组份质量百分比采用丙烯酸：丙烯酸甲酯：丙烯酰胺：丙烯腈：油酸：纳米级二氧化硅（颗粒直径为30纳米）=20:25:12:31:3:9(质量分别为：丙烯酸18克，丙烯酸甲酯28.6克，丙烯酰胺22.5克，丙烯腈10.8克，油酸2.7克，纳米级二氧化钛8.1克)(以上各组份中除纳米级二氧化钛以外，均为化学纯)，其制造步骤如下：

第一步：原料预处理

（1）配制10%的KoH溶液和10%的Kcl溶液各100毫升；

（2）用适量的10%的KoH溶液和10%的Kcl溶液洗涤丙烯酸酯类单体，以除去阻聚剂；

（3）将22.5g丙烯酰胺先溶于50g水中，然后将经过预处理的其它单体与之混合成为单体的混合液；

第二步：纳米二氧化钛的修饰

（1）开启反应鉴的搅拌器，并保持600转/分的转速；

（2）将反应鉴内的水温升至50℃并保持基本稳定；

（3）将8.1g纳米二氧化钛粉体与2.7g油酸加入反应鉴中,保持1.2小时，使二氧化钛充分溶胀；

第三步：合成

（1）将4.5g引发剂过硫酸铵配制成8.6%的水溶液52.4g并置于一滴加漏斗中；

（2）将配置好的各种单体的混合液置于另一滴加漏斗中；

（3）将反应鉴中的温度升至88℃；

（4）首先开启一滴加漏斗的滴加开关，使引发剂以一定的速度滴入反应鉴中而后开启另一滴加漏斗的开关，使混合单体以一定的速度滴入反应鉴中进行合成，滴加时间为1.6小时，同时应注意两个滴加漏斗滴加速度的配合，使引发剂迟于单体滴完。合成过程中反应鉴内的温度保持在78℃；

第四步：保温冷却

（1）单体和引发剂滴加完后，将反应鉴内液体的温度慢慢升高至88℃，并保持基本稳定达80分钟；

（2）测定反应鉴内合成液中残留单体的含量，使之小于0.4‰，此时可开始降温；

（3）降温至65℃时，加入52.5g氨水(浓度为30%)，使合成液的PH值为7.2；

（4）继续降温至55℃，将反应鉴内的合成浆料过滤，然后包装成品，从而得高性能纳米改性丙烯酸类浆料。

浆液性能测试结果如下：

粘着力及浆膜性能测试结果如下：

实施例2:

高性能纳米改性丙烯酸类浆料各组份质量百分比采用丙烯酸：丙烯酸丁酯:丙烯酰胺：丙烯腈：油酸：纳米级二氧化钛（颗粒直径为30纳米）=24:29:10:28:2:7(质量为丙烯酸21.6克，丙烯酸丁酯26.8克，丙烯酰胺26.1克，丙烯腈9克，油酸1.8克，纳米级二氧化钛6.3克)(以上各组份中除纳米级二氧化钛以外，均为化学纯)。

其制造步骤、工艺与实施例1相同。与实施例1不同的是，除了以上提到的各组份质量不同以外；加入氨水(浓度为30%)的量为52.5克，使合成液的PH值为7。

浆液性能测试结果如下：

粘着力及浆膜性能测试结果如下：

实施例3：

高性能纳米改性丙烯酸类浆料各组份质量百分比采用丙烯酸：丙烯酸丁酯:丙烯酰胺：丙烯腈：油酸：纳米级二氧化硅（颗粒直径为30纳米）=22:27:11:29:2.7:8.3(质量为丙烯酸19.8克，丙烯酸甲酯16.8克，丙烯酰胺24.3克，丙烯腈9.9克，油酸2.43克，纳米级二氧化钛7.47克)(以上各组份中除纳米级二氧化硅以外，均为化学纯)。

其制造步骤与实施例1相同。其工艺与实施例1不同如下：

1、二氧化钛溶胀55分钟；

2、单体和引发剂滴加完后，将反应鉴内液体的温度慢慢升高至90℃，并保持基本稳定达60分钟；

3、除了以上提到的各组份质量不同以外；降温至65℃时，加入57.5g氨水(浓度为30%)，使合成液的PH值为7左右。

浆液性能测试结果如下：

粘着力及浆膜性能测试结果如下：

几种典型浆料对纯棉及涤/棉（65/35）的粘着力：

几种典型浆料浆膜性能：

注：浆膜耐磨性（800目砂皮纸磨1000次的质量耗损）

浆膜吸湿率（25℃，RH75%）

由检测数据可以看出，该浆料属于高浓低粘型，与其它浆料混溶性极好，而且稳定性也很好，无论是对棉还是对涤/棉（65/35）的粘着力（粗纱法）都比较高；浆膜断裂强度、断裂伸长率适中（这二项有利于分绞，其性能优于PVA浆料）；尤其是浆膜耐磨性明显高于其它浆料，与PVA浆料相当，而且浆膜对湿度敏感性小，克服了吸湿再粘的弱点，有利于织造效率的提高，从而降低成本。

Claims (2)

1.一种精细化纳米改性丙烯酸类非织用浆料，其特征在于：用纳米级二氧化钛粉体作为一种主要的原料之一，并用油酸作为它的改性修饰剂，参与丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酰铵、丙烯腈的合成；合成时用过硫酸铵作为引发剂，其各组份质量百分比为丙烯酸：丙烯酸甲酯：丙烯酰胺：丙烯腈：油酸：纳米级二氧化硅（颗粒直径为30纳米）=20～23:25～29:10～12:28～31:2～3:7～9(以上各组份中除纳米级二氧化钛以外，均为化学纯)。

2.按权利要求1所述的一种精细化纳米改性丙烯酸类非织用浆料的制造方法，其特征在于，制备工艺如下：

第一步：原料预处理

（1）配制10%的KoH溶液和10%的Kcl溶液；

（2）用适量的10%的KoH溶液和10%的Kcl溶液洗涤丙烯酸酯类单体，以除去阻聚剂；

（3）将丙烯酰胺先溶于水，然后将一定量的经过预处理的其它单体与之混合成为单体的混合液；

第二步：纳米二氧化钛的修饰

（1）开启反应鉴的搅拌器，并保持600转/分的转速；

（2）将反应鉴内的水温升至50℃并保持基本稳定；

（3）将一定量的纳米二氧化钛粉体与油酸加入反应鉴中保持1小时，使二氧化硅充分溶胀；

第三步：合成

（1）将一定量的引发剂过硫酸铵配制成8.6%的水溶液并置于一滴加漏斗中；

（2）将配置好的各种单体的混合液置于另一滴加漏斗中；

（3）将反应鉴中的温度升至88℃；

（4）首先开启一滴加漏斗的滴加开关，使引发剂以一定的速度滴入反应鉴中而后开启另一滴加漏斗的开关，使混合单体以一定的速度滴入反应鉴中进行合成，滴加时间为1.2小时，同时应注意两个滴加漏斗滴加速度的配合，使引发剂迟于单体滴完；合成过程中反应鉴内的温度保持在78-80℃；

第四步：保温冷却

（1）单体和引发剂滴加完后，将反应鉴内液体的温度慢慢升高至88~90℃，并保持基本稳定达60-80分钟；

（2）测定反应鉴内合成液中残留单体的含量，使之小于0.5‰，此时可开始降温；

（3）降温至60℃时，加入一定量的氨水，使合成液的PH值为7.2；

（4）继续降温至50℃，将反应鉴内的合成浆料过滤，然后包装成品，从而得精细化纳米改性丙烯酸类浆料。