丙烯酸酯防水浆料的合成及耐水性能的研究

程晓敏
( 安徽大学化学系合肥 230039)
杨伟
( 华南理工大学高分子系)

摘要合成了一系列防水浆料, 通过测试其膨润率和溶解率, 研究了浆料的耐水性能及其影响因素。

关键词 : 丙烯酸酯, 浆料, 耐水性

0 引言
防水浆料主要用于喷水织机的上浆, 喷水织机与普通梭织机相比, 有速度快, 磨损小,
噪音低, 效率高等优点。喷水织机运转中每投纬一次, 就要喷射0. 5~ 0. 75 毫升的水。经
纱是在为水所沾湿的状态下进行开口和打纬运动的, 如果经纱上附着的浆稍有为水溶解
的趋势, 就会发生胶粘而不利于织造。因此, 它必须具有耐水性。耐水性能是衡量防水浆
料的一个重要指标。通常以浆膜的膨润率和溶解率( 溶失率) 来评价浆料的防水性能。
我们合成的浆料是特殊的丙烯酸酯类共聚物, 适用于醋酸长丝的织造。在化浆时, 它
以铵盐形式存在, 上浆烘干后, 氨挥发掉形成薄膜而不溶于水。同时研究了他们的耐水性
能及其影响因素。
1 实验部分
1. 1 仪器与药品
丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、丁烯酸、水、K2S2O8, 乳化剂AES, 硫醇, 氨水, 搅拌器、三口
瓶、温控仪、烘箱、自制PTFE 板等。所有单体均经除阻处理。
1. 2 染料的合成
采用乳液聚合法。在三口瓶中加入一定量的丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、丁烯酸等单
体, 乳化剂, 去离子水, 引发剂和K2S2O8 溶于定量水中缓缓滴入三口瓶, 氮气保护下搅拌
流反应10- 12 小时。
1. 3 浆膜的制备
将合成出来的浆料乳液, 用氨水调节到pH= 8~ 9, 用去离子水稀释后倒入一个预先
制好的薄板模具上, 于平面上静置, 尽可能使制好薄膜厚度均匀, 自然风干, 剪取
5cm 5cm薄膜。
1. 4 膨润率和溶解率的测定
取制备好的浆膜一块, 在110 的烘箱中烘干1 小时后置于干燥器中冷却, 取出, 精确
称其重量(F1) 放入50 恒温水槽中浸放30 分钟, 取出后用滤纸吸去浆膜上的水, 再精确
称其重量( F2) 将上面被水浸润过的浆膜再置于110 烘箱中烘干40 分钟, 在干燥器中冷
却后, 再精确称其重量( F3)

2 结果与讨论
2. 1 聚合反应
浆料的合成通常采用溶液聚合和乳液聚合法, 我们用乳液聚合法。由于用水作分散
介质, 成本低, 污染小, 聚合反应速度快且产物分子量高。
2. 1. 1 聚合温度与时间图1 是共聚合反应转化率! 时间曲线。从图中可见, 温度对聚
合速度的影响很大。聚合温度低于62 时, 反应速度很慢, 升至66 时, 反应速度迅速增
大。继续升高温度反应速度还在增加, 考虑到温度的提高对乳液的稳定性不利, 聚合温度
控制在65~ 70 之间, 反应时间10~ 12 小时。

2. 1. 2 聚合加料方式用连续滴加方法, 使反应较为平稳, 操作易于控制, 通过控制单体
的滴加速度对聚合过程加以控制。

2. 1. 3 产物分子量聚合物的粘度与其分子量大小有关。可以用粘度大小来表征产物
的分子量大小。由于浆料是通过渗透进丝束内部, 使单纤维相互粘并集束才提高强度的,
过大的分子量, 虽然能提高浆膜本身的机械强度, 但粘度大不利于浆液渗透。因此必须
对产物分子量进行调节。我们通过改变硫醇用量, 可以调节浆料粘度而达到上浆要求。

2. 2 浆料的耐水性能及其影响因素
我们用浆膜的膨润率和溶解率大小来衡量其防水性能。

2. 2. 1 聚合物羧基含量对耐水性能的影响我们合成了一系列不同羧基含量的聚合物
乳液, 测试了浆膜膨润率、溶解率随羧基含量变化的情况( 见图2, 图3) 。
由图2 可知, 膨润率和溶解率的变化趋势是随羧基含量的增大而增大。因此从耐水
性角度考虑, 共聚物主链上的羧基化合物含量越低越好, 但作为亲水基团的羧基含量不能
太低, 否则不能保证加碱中和后浆液的水溶性而退浆。实验证明, 共聚物中羧基化合物含
量控制在8%左右, 既可满足退浆要求, 又能保证烘干后浆膜的耐水性。由图2 知, 羧基
含量为5%时膨润率、溶解率出现异常。这可能是因为一方面烘干时氨没有挥发尽, 残存
的铵盐具有水溶性, 另一方面由于聚合体系的转化率不高, 聚合不完全, 使残留的单体较
多, 而这些单体具有较强的水溶性, 因此导致浆料的膨润率和溶解率出现异常。

2. 2. 2 引发剂对耐水性能的影响过硫酸钾( K2S2O8) 和过硫酸铵( NH4) 2S2O8 是乳液聚
合和水溶液聚合场合常用的引发剂。固定其他合成条件, 采用不同引发体系测得膨润率
和溶解率见表1。

2. 2. 3 乳化剂对耐水性能的影响乳化剂的种类、用量等对浆料的耐水性能均有影响
( 见表2) 。
可见, 单一乳化剂中乳化剂S 的效果较好。当采用复配乳化剂时可明显提高浆料的
耐水性能。这里要注意的是乳化剂用量不宜太少。因为乳化剂的作用是降低界面张力使
单体形成细小液滴, 在表面形成保护层并起使部分单体溶于胶束的增容作用。如果太少,
就不能很好地形成保护层和增容作用, 聚合不完全。

3 结论
( 1) 用乳化液聚合法合成了一系列丙烯酸酯浆料, 聚合反应条件, 乳化剂, 加料方式
等是影响聚合的重要因素。
( 2) 浆料的耐水性能与共聚物链中羧基含量, 引发剂种类, 乳化剂种类与用量等因素
有关。控制共聚物链中亲水基团的含量, 用过硫酸铵为引发剂, 复配乳化剂( S/ O/ AES) 可
获得耐水性较好的合成浆料。

参考文献
[ 1] 深田要. 一见辉彦著. 经纱上浆. 北京: 纺织工业出版社, 1988
[ 2] 严瑞宣等. 水溶性聚合物. 北京: 化学工业出版社, 1988
[ 3] 李克友编著. 乳液聚合. 成都: 四川科学技术出版社, 1986.