CN107938397A - 一种棉织物用强耐水洗、耐摩擦型水墨及其制备方法 - Google Patents

一种棉织物用强耐水洗、耐摩擦型水墨及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种棉织物用强耐水洗、耐摩擦型水墨，由如下重量份的组分组成：颜料3～5份、大分子三硫代碳酸酯化合物2.5～6.5份、十二烷基硫酸钠0.8～1.0份、正十六烷0.8～1.0份、软质单体15～18份、硬质单体2～5份、水溶性引发剂0.03～0.05份、去离子水65～80份；本发明所设计的嵌段“核‑壳”结构包覆型水墨在成膜后的力学性能上较传统非结构型或非嵌段结构型的胶膜均要优异，且设计胶膜基础分子链结构时又采用了RAFT活性聚合技术，这使得平均每条大分子链被定向定量地接枝可与棉织物进行特征反应的活性基团，分子层面上大大增强了水墨胶黏层与棉织物纤维间的键合力，宏观表现即为水墨的耐水洗、耐摩擦牢度提升。

Description

一种棉织物用强耐水洗、耐摩擦型水墨及其制备方法
(一)技术领域
本发明涉及一种水性油墨及其制备方法，具体涉及一种棉织物用强耐水洗、耐摩擦型水墨及其制备方法。
(二)背景技术
颜料水墨对基材黏结牢度的强弱一直是业界关注的重点问题。相比于以往将颜料粉末和黏合剂粒子物理共混的方法，现更多研究人员采用乳液聚合、细乳液聚合、微乳液聚合、悬浮聚合等原位聚合方法对颜料颗粒进行包覆处理，这既可明显提高颜料在水墨中的分散性和润湿性，又可使得黏合剂胶膜对颜料颗粒于基材的黏结更加高效。
然而包覆粒子的结构对黏合剂胶膜的力学性能有最直接的影响。现阶段“核-壳”结构是最常用的一种包覆形态，可将性能互补的“软”、“硬”聚合物进行结合，综合成膜性能优异。但从微观链结构分析，传统“核-壳”链化学结构相异且“软”、“硬”聚合物间无共价键链接，易在成膜阶段发生相分离，致使黏合剂涂层力学性能缺失。然本发明采用“可逆-加成-断裂-链转移”(RAFT)聚合制备的“核-壳”包覆粒子为嵌段共聚物，这种链节方式决定了不同种类的聚合物链仅会发生微相分离，且在不同条件下会表现出微相各异的结构，使得宏观力学性能更为丰富。更重要的是RAFT技术可定量接枝能与棉织物基材反应的硫酸酯乙基砜基团(链节A中所含的活性基团)，而在染整加工中，硫酸酯乙基砜基团多作为KN型和M型活性染料的活性基团，仅需提高加工液的pH值即可实现与纤维间成键，操作条件亦温和。且依据RAFT聚合机理，该活性基团恰被限定在乳胶粒表面，使得硫酸酯乙基砜基团与棉织物表面天然基团的键合效率大大提高，从而最大程度的提升水墨的耐水洗、耐摩擦牢度等指标。
(三)发明内容
本发明提供了一种棉织物用强耐水洗、耐摩擦型水墨及其制备方法。本发明采用RAFT技术，通过细乳液聚合的方法，合成带定量能与棉织物反应的硫酸酯乙基砜基团的嵌段包覆型颜料水墨。又“硫酸酯乙基砜基团”与棉织物纤维间的反应无需以催化剂或固化剂引发，仅需提高加工液的pH值即可实现与纤维间成键，因此操作条件温和。本发明利用硫酸酯乙烯砜基团在活性染料中的反应特点，将其接枝于黏合剂分子链中，使得颜料型水墨(碱性体系，pH＝8～9)在对棉织物的黏合过程中亦能与纤维发生键合，提高牢度。
本发明的技术方案如下：
一种棉织物用强耐水洗、耐摩擦型水墨，由如下重量份的组分组成：
颜料3～5份、大分子三硫代碳酸酯化合物2.5～6.5份、十二烷基硫酸钠0.8～1.0份、正十六烷0.8～1.0份、软质单体15～18份、硬质单体2～5份、水溶性引发剂0.03～0.05份、去离子水65～80份。
所述颜料选自如下之一：科莱恩品牌的蓝BG、红HG或黄H2G，或者巴斯夫品牌的黑0066。
所述十二烷基硫酸钠和正十六烷选用市售工业级规格即可。
所述软质单体为：丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯或丙烯酸正丁酯。
所述硬质单体为：苯乙烯或甲基丙烯酸甲酯。
所述软质单体、硬单质选用市售工业级规格即可。
所述水溶性引发剂为：过硫酸钾或过硫酸铵，选用市售工业级规格即可。
本发明中，大分子三硫代碳酸酯化合物的结构设计最为重要，直接决定了包覆粒子的微相形态和活性基团与棉织物纤维的键合数量。所述大分子三硫代碳酸酯化合物的结构如式(I)所示：
式(I)中，
X为2～4的整数；
Y为20～60的整数；
链节为式(1)、式(2)或式(3)所示的结构：
链节为式(4)或式(5)所示的结构：
式(I)所示大分子三硫代碳酸酯化合物的合成原理为：在自由基引发作用下，式(II)所示化合物与链节B单体进行第一步聚合反应，再与链节A单体进行第二步聚合反应，即得大分子三硫代碳酸酯化合物。
具体的，所述式(I)所示大分子三硫代碳酸酯化合物的合成方法为：
将式(II)所示化合物、油溶性引发剂b、链节B单体加至溶剂b中，搅拌溶解后，在氮气保护下，升温至75～85℃反应1.5～2.5h，然后加入油溶性引发剂a、链节A单体和溶剂a的混合液，在氮气保护下继续保温反应11～13h，之后将反应液倒入环己烷中并不断搅拌，沉淀生成，收集沉淀，经环己烷洗涤、50～60℃真空干燥10～14h，即得所述大分子三硫代碳酸酯化合物；
所述式(II)所示化合物、链节B单体、链节A单体的质量比为1：10～55：5～15；
所述链节B单体、油溶性引发剂b、溶剂b的质量比为1：0.002～0.01：2～2.6；
所述链节A单体、油溶性引发剂a、溶剂a的质量比为1：0.005～0.02：0.5～9；
所述“油溶性引发剂a”、“油溶性引发剂b”没有特殊的含义，标记为“a”、“b”只是用于区分不同操作步骤中用到的油溶性引发剂；所述油溶性引发剂a和油溶性引发剂b相同，均为4,4'偶氮-(4-氰基戊酸)(V501)；
所述“溶剂a”、“溶剂b”没有特殊的含义，标记为“a”、“b”只是用于区分不同操作步骤中用到的溶剂；所述溶剂a和溶剂b相同，均为二氧六环或N,N-二甲基甲酰胺。
所述链节A单体为如下之一所示：
所述链节B单体为如下之一所示：
本发明棉织物用强耐水洗、耐摩擦型水墨的制备方法为：
按照配方，将十二烷基硫酸钠、大分子三硫代碳酸酯化合物、去离子水混合均匀，得到体系I；将颜料、软质单体、正十六烷混合均匀，得到体系II；然后将体系I、体系II混合，超声20～30min得到颜料细乳液，在氮气保护下，将所得颜料细乳液升温至65～75℃，加入水溶性引发剂反应2～3h，之后升温至80～90℃，加入硬质单体继续反应5～8h，最后降至室温出料，即得成品。
本发明的有益效果在于：本发明所设计的嵌段“核-壳”结构包覆型水墨在成膜后的力学性能上较传统非结构型或非嵌段结构型的胶膜均要优异，且设计胶膜基础分子链结构时又采用了RAFT活性聚合技术，这使得平均每条大分子链被定向定量地接枝可与棉织物进行特征反应的活性基团，分子层面上大大增强了水墨胶黏层与棉织物纤维间的键合力，宏观表现即为水墨的耐水洗、耐摩擦牢度提升。
(四)具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不局限于此。
本发明所述棉织物用强耐水洗、耐摩擦型水墨胶乳膜的应力应变性能使用万能材料试验机Instron 3367根据标准ISO1184-1983《塑料薄膜拉伸性能的测定》测试所得；
本发明所述棉织物用强耐水洗、耐摩擦型水墨胶乳膜柔韧性使用漆膜柔韧性测试仪(QTX)根据标准GB/T1731-93《漆膜柔韧性测试方法》测试所得；
本发明所述棉织物用强耐水洗、耐摩擦型水墨的印花织物摩擦色牢度使用织物耐磨擦色牢度试验仪根据标准GB/T3920-2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》测试所得；
本发明所述棉织物用强耐水洗、耐摩擦型水墨的印花织物水洗牢度依据标准GB/T3921-2008《纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》测试所得。
实施例1
(1)大分子三硫代碳酸酯化合物的合成
目标产物的化学结构式为式I所示，具体参数如下：A为式1a所示，B为式5b所示，X＝4，Y＝20。具体合成步骤步骤如下：将1.27g式Ⅱ结构化合物、0.12g油溶引发剂4,4'偶氮-(4-氰基戊酸)、14.40g丙烯酸(式5b单体)加至35g介质溶剂二氧六环中，搅拌溶解后移入接有蛇形冷凝管、高纯氮气的三口烧瓶中，通氮气除氧约30min，水浴加热至80℃，氮气氛围下反应2h；上述反应结束后，再将0.12g油溶引发剂4,4'偶氮-(4-氰基戊酸)、16.72g式1a单体及15g介质溶剂二氧六环的混合液体加入到烧瓶中，于氮气保护下继续反应12h；待反应完成后，将反应液倒入环己烷中并不断搅拌，收集沉淀物并用环己烷重复洗涤三次，在真空烘箱中50℃下干燥12h，即得目标大分子三硫代碳酸酯化合物。
(2)棉织物用强耐水洗型水墨的制备
取1.0g乳化剂十二烷基硫酸钠、2.59g上述步骤合成的大分子三硫代碳酸酯化合物溶解于70.38g去离子水中，另取一烧杯称取5g科莱恩品牌的蓝BG颜料、17g丙烯酸正丁酯及1.0g正十六烷混合搅拌，之后将上述两种体系均匀混合并使用JY92-IIN超声波细胞粉碎机进行超声处理25分钟(每次超声10秒、间隔5秒，输出功率50％)。将超声后的颜料细乳液转移至接有高纯氮气四口烧瓶中，除氧30min，待水浴温度升到70℃时，加入0.03g过硫酸钾水溶性引发剂，引发第一步聚合反应，反应时间为2小时。待第一段反应结束后，将反应温度升至85℃，同时向少瓶中滴加3g苯乙烯进行第二阶段聚合反应，反应时间约为5小时。反应结束后降温出料，即为所需棉织物用强耐水洗、耐磨擦型水墨。
实施例2
(1)大分子三硫代碳酸酯化合物的合成
目标产物的化学结构式为式I所示，具体参数如下：A为式2a所示，B为式4b所示，X＝2，Y＝60。具体合成步骤步骤如下：将0.254g式Ⅱ结构化合物、0.03g油溶引发剂4,4'偶氮-(4-氰基戊酸)、13.92g丙烯酸羟乙酯(式4b单体)加至35g介质溶剂二氧六环中，搅拌溶解后移入接有蛇形冷凝管、高纯氮气的三口烧瓶中，通氮气除氧约30min，水浴加热至80℃，氮气氛围下反应2h；上述反应结束后，再将0.03g油溶引发剂4,4'偶氮-(4-氰基戊酸)、1.748g式2a单体及15g介质溶剂二氧六环的混合液体加入到烧瓶中，于氮气保护下继续反应12h；待反应完成后，将反应液倒入环己烷中并不断搅拌，收集沉淀物并用环己烷重复洗涤三次，在真空烘箱中50℃下干燥12h，即得目标大分子三硫代碳酸酯化合物。
(2)棉织物用强耐水洗型水墨的制备
取1.0g乳化剂十二烷基硫酸钠、6.37g上述步骤合成的大分子三硫代碳酸酯化合物溶解于66.6g去离子水中，另取一烧杯称取5g科莱恩品牌的红HG颜料、16g丙烯酸乙酯及1.0g正十六烷混合搅拌，之后将上述两种体系均匀混合并使用JY92-IIN超声波细胞粉碎机进行超声处理25分钟(每次超声10秒、间隔5秒，输出功率50％)。将超声后的颜料细乳液转移至接有高纯氮气四口烧瓶中，除氧30min，待水浴温度升到70℃时，加入0.03g过硫酸钾水溶性引发剂，引发第一步聚合反应，反应时间为3小时。待第一段反应结束后，将反应温度升至85℃，同时向少瓶中滴加4g甲基丙烯酸甲酯进行第二阶段聚合反应，反应时间约为8小时。反应结束后降温出料，即为所需棉织物用强耐水洗、耐磨擦型水墨。
实施例3
(1)大分子三硫代碳酸酯化合物的合成
目标产物的化学结构式为式I所示，具体参数如下：A为式3a所示，B为式5b所示，X＝3，Y＝30。具体合成步骤步骤如下：将1.016g式Ⅱ结构化合物、0.10g油溶引发剂4,4'偶氮-(4-氰基戊酸)、17.28g丙烯酸(式5b单体)加至35g介质溶剂二氧六环中，搅拌溶解后移入接有蛇形冷凝管、高纯氮气的三口烧瓶中，通氮气除氧约30min，水浴加热至80℃，氮气氛围下反应2h；上述反应结束后，再将0.10g油溶引发剂4,4'偶氮-(4-氰基戊酸)、10.104g式3a单体及15g介质溶剂二氧六环的混合液体加入到烧瓶中，于氮气保护下继续反应12h；待反应完成后，将反应液倒入环己烷中并不断搅拌，收集沉淀物并用环己烷重复洗涤三次，在真空烘箱中50℃下干燥12h，即得目标大分子三硫代碳酸酯化合物。
(2)棉织物用强耐水洗型水墨的制备
取1.0g乳化剂十二烷基硫酸钠、2.84g上述步骤合成的大分子三硫代碳酸酯化合物溶解于70.13g去离子水中，另取一烧杯称取5g科莱恩品牌的黄H2G颜料、15g丙烯酸丙酯及1.0g正十六烷混合搅拌，之后将上述两种体系均匀混合并使用JY92-IIN超声波细胞粉碎机进行超声处理25分钟(每次超声10秒、间隔5秒，输出功率50％)。将超声后的颜料细乳液转移至接有高纯氮气四口烧瓶中，除氧30min，待水浴温度升到70℃时，加入0.03g过硫酸钾水溶性引发剂，引发第一步聚合反应，反应时间为2.5小时。待第一段反应结束后，将反应温度升至85℃，同时向少瓶中滴加5g苯乙烯进行第二阶段聚合反应，反应时间约为6小时。反应结束后降温出料，即为所需棉织物用强耐水洗、耐磨擦型水墨。
实施例4
(1)大分子三硫代碳酸酯化合物的合成
目标产物的化学结构式为式I所示，具体参数如下：A为式1a所示，B为式5b所示，X＝2，Y＝40。具体合成步骤步骤如下：将0.762g式Ⅱ结构化合物、0.07g油溶引发剂4,4'偶氮-(4-氰基戊酸)、17.28g丙烯酸(式5b单体)加至40g介质溶剂N，N-二甲基甲酰胺中，搅拌溶解后移入接有蛇形冷凝管、高纯氮气的三口烧瓶中，通氮气除氧约30min，水浴加热至80℃，氮气氛围下反应2h；上述反应结束后，再将0.07g油溶引发剂4,4'偶氮-(4-氰基戊酸)、5.016g式1a单体及25g介质溶剂N，N-二甲基甲酰胺的混合液体加入到烧瓶中，于氮气保护下继续反应12h；待反应完成后，将反应液倒入环己烷中并不断搅拌，收集沉淀物并用环己烷重复洗涤三次，在真空烘箱中50℃下干燥12h，即得目标大分子三硫代碳酸酯化合物。
(2)棉织物用强耐水洗型水墨的制备
取0.8g乳化剂十二烷基硫酸钠、3.07g上述步骤合成的大分子三硫代碳酸酯化合物溶解于75.28g去离子水中，另取一烧杯称取3g巴斯夫品牌的黑0066颜料、18g丙烯酸正丁酯及0.8g正十六烷混合搅拌，之后将上述两种体系均匀混合并使用JY92-IIN超声波细胞粉碎机进行超声处理25分钟(每次超声10秒、间隔5秒，输出功率50％)。将超声后的颜料细乳液转移至接有高纯氮气四口烧瓶中，除氧30min，待水浴温度升到70℃时，加入0.05g过硫酸铵水溶性引发剂，引发第一步聚合反应，反应时间为3小时。待第一段反应结束后，将反应温度升至85℃，同时向少瓶中滴加2g甲基丙烯酸甲酯进行第二阶段聚合反应，反应时间约为7小时。反应结束后降温出料，即为所需棉织物用强耐水洗、耐磨擦型水墨。
对比例
本发明所设计的水墨具备强耐水洗、耐摩擦的特点，主要原因是由于在分子层面上接枝了可与棉织物特征反应的活性基团。故在此对比例选用市售不含活性基团的水墨进行比较，结果如下所示。
实施例1、2、3、4棉织物用强耐水洗、耐摩擦型水墨胶乳膜与对比例胶膜相关性能如表1所示。
所述胶膜的制备过程为：将水墨乳液倒入成膜模具中，在温度25～35℃、相对湿度55％～75％RH的条件下静置，待固体重量百分比达到80％～90％时(用称重法判断)，再于120～150℃下进行焙烘处理1～2.5h，即得胶膜。
表1
测试项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例
拉伸应力(MPa) 2.7 3.2 2.9 3.3 2.4
拉伸应变％ 203 228 253 236 186
柔软性 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
实施例1、2、3、4棉织物用强耐水洗、耐摩擦型水墨与对比例水墨印花棉织物相关性能如表2所示。
棉织物的印花工艺为：采用喷绘技术将水墨置于喷墨打印机墨盒中，依据微机软件载入的图片，利用喷墨打印机将其喷绘于棉织物基材表面，待喷绘结束后，利用机载加热装置对织物烘干，即得印花成品。(备注：该印花技术为喷墨打印技术，属常规技术；适用的织物基材以棉麻为主，但以棉织物效果最优，故选择棉织物为适用基材。)
表2
测试项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例
摩擦牢度(级) 4～5 4～5 5 5 4
水洗牢度(级) 5 4～5 4～5 5 3.5

Claims (5)

1.一种棉织物用强耐水洗、耐摩擦型水墨，其特征在于，所述水墨由如下重量份的组分组成：
颜料3～5份、大分子三硫代碳酸酯化合物2.5～6.5份、十二烷基硫酸钠0.8～1.0份、正十六烷0.8～1.0份、软质单体15～18份、硬质单体2～5份、水溶性引发剂0.03～0.05份、去离子水65～80份；
所述软质单体为：丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯或丙烯酸正丁酯；
所述硬质单体为：苯乙烯或甲基丙烯酸甲酯；
所述大分子三硫代碳酸酯化合物的结构如式(I)所示：
式(I)中，
X为2～4的整数；
Y为20～60的整数；
链节为式(1)、式(2)或式(3)所示的结构：
链节为式(4)或式(5)所示的结构：
2.如权利要求1所述的水墨，其特征在于，所述颜料选自如下之一：科莱恩品牌的蓝BG、红HG或黄H2G，或者巴斯夫品牌的黑0066。
3.如权利要求1所述的水墨，其特征在于，所述水溶性引发剂为：过硫酸钾或过硫酸铵。
4.如权利要求1所述的水墨，其特征在于，所述式(I)所示大分子三硫代碳酸酯化合物的合成方法为：
将式(II)所示化合物、油溶性引发剂b、链节B单体加至溶剂b中，搅拌溶解后，在氮气保护下，升温至75～85℃反应1.5～2.5h，然后加入油溶性引发剂a、链节A单体和溶剂a的混合液，在氮气保护下继续保温反应11～13h，之后将反应液倒入环己烷中并不断搅拌，沉淀生成，收集沉淀，经环己烷洗涤、50～60℃真空干燥10～14h，即得所述大分子三硫代碳酸酯化合物；
所述式(II)所示化合物、链节B单体、链节A单体的质量比为1：10～55：5～15；
所述链节B单体、油溶性引发剂b、溶剂b的质量比为1：0.002～0.01：2～2.6；
所述链节A单体、油溶性引发剂a、溶剂a的质量比为1：0.005～0.02：0.5～9；
所述油溶性引发剂a和油溶性引发剂b相同，均为4,4'偶氮-(4-氰基戊酸)；
所述溶剂a和溶剂b相同，均为二氧六环或N,N-二甲基甲酰胺；
所述链节A单体为如下之一所示：
所述链节B单体为如下之一所示：
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：
按照配方，将十二烷基硫酸钠、大分子三硫代碳酸酯化合物、去离子水混合均匀，得到体系I；将颜料、软质单体、正十六烷混合均匀，得到体系II；然后将体系I、体系II混合，超声20～30min得到颜料细乳液，在氮气保护下，将所得颜料细乳液升温至65～75℃，加入水溶性引发剂反应2～3h，之后升温至80～90℃，加入硬质单体继续反应5～8h，最后降至室温出料，即得成品。
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