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分散染料印花增稠剂FS- 60A 的合成与应用
董明东1 郑文慧2 候国英2
(1. 辽东学院, 辽宁丹东 118000;2. 丹东恒星精细化工有限公司, 辽宁丹东 118003)
1 前言
合成增稠剂是一种有机高分子聚合物, 聚合物的合成方法有很多, 如: 乳液聚合、悬浮聚合、核壳乳液聚合等。根据环保要求, 本产品选择了乳液聚合中的反相乳液聚合。即借助乳化剂和搅拌将水溶性单体分散在非极性有机液体中, 形成油包水型乳液, 进而在适宜的反应条件下进行聚合, 最终形成具有亚微米级的聚合物分散体。采用该法即可获得较稳定的聚合体系,又可避免一切后处理工作。聚合产物可直接用于分散染料印花, 抱水性、耐电解质性能比普通乳液聚合法所得的产品性能要好, 而且此方法具有反应速度快, 分子量适中及体系黏度低, 反应过程中传热快、操作易控制等优点。采用此方法合成的增稠剂FS- 60A 具有极佳的流变性和触变性, 可满足高网目、粗细花纹的圆、平网印花设备要求。而且经其印制后的织物, 与海藻酸钠相比具有得色量高、色泽鲜艳、花纹轮廓清晰、手感好等特点。
2 实验部分
2. 1 化学药品: 丙烯酸(AA )、2- 丙烯酰胺- 2- 甲基丙磺酸(AM PS)、N ,N – 亚甲基双丙烯酰胺(BMAA )、过硫酸钾(分析纯)、氢氧化钾、SPAN – 60、SPAN – 80、粗制油、异构十三醇聚氧乙烯醚(HLB =14)、分子量调节剂、分散红(3G- FS)、分散黑(BG- FS)、分散黄(FFL )、分散蓝(S- BGL )、分散绿(S- GL )、海藻酸钠、尿素、雕白块、去离子水(未注明原料级别均为工业级)。
2. 2 仪器设备: 1L 不锈钢夹套反应釜、高速分散机DS – 2、超级低温浴DTY- 8C(- 30～ 99℃)、电子天平BS、PD – É 定型烘干汽蒸箱、标准光源T 60 (5)
2. 3 聚合步骤
(1) 将AA、AM PS、BMAA 等单体混合, 加入去离子水、引发剂和分子量调节剂搅拌均匀。用30% 氢氧化钾调至一定的pH值并冷却至室温备用。
(2) 在装有温度计、通氮气管、滴液漏斗的另一个不锈钢反应釜中加入精制油、乳化剂, 使其均匀分散。通氮鼓泡20 分钟后, 开始滴加(1) , 此时应将分散机调速至2000 转/分, 高速乳化15 分钟。
(3) 将体系升温至55℃, 体系开始引发, 降温, 在70℃～ 75℃时保温2 小时。
(4) 加入乳化剂, 充分搅拌均匀得到淡黄色透明粘稠状聚合物即为FS- 60A。
3 结果与讨论
3. 1 交联剂与引发剂对增稠剂性能的影响
丙烯基类和乙烯类单体的共同特点是有一个双键, 化学结构相似、活性高。在水溶性引发剂作用下, 双键断开形成自由基并与交联剂相结合而形成三维网状结构的聚合物。因此交联剂和引发剂用量对聚合物抱水性有很大影响。当交联剂用量小于单体质量的0. 1‰时, 吸水倍率随交联剂用量的增加而增加, 抱水性逐渐提高, 防渗化能力逐渐加强; 当交联剂用量大于单体质量的0. 2‰时, 吸水倍率随交联剂用量的增加而显著下降; 当交联剂用量为单体质量的0. 1‰时, 吸水倍率高, 抱水性最好。这是因为交联剂用量少时, 聚合物交联密度低,产品平均相对分子量高, 抱水性强, 抗渗化性能好; 当交联剂用量多时, 聚合物交联剂密度大, 平均相对分子量低, 抱水能力差,抗渗化效果就差; 而引发剂用量较大时, 产生游离基过多, 会引起暴聚, 聚合物分子量小, 大分子间作用力也小, 在水分子的作用下会发生部分溶解, 使抱水性降低。通过实验得出最适宜的引发剂用量应为单体质量的0. 2‰。
3. 2 聚合温度对增稠剂性能的影响
聚合过程中, 反应温度控制是反应的关键。引发温度低于50℃时, 反应速率较慢, 引发反应温度高于70℃反应速率太快,加上自身的聚合热, 容易出现产物暴聚或瞬间暴釜, 造成反应难以控制。因为反应温度高, 提高了交联剂和引发剂的反应活性,产物的相对分子量高, 产物的吸水能力高;但反应温度提高, 交联密度增大, 产物的增稠能力却降低。实验表明: 交联密度对产物增稠能力的影响高于相对分子质量的作用, 也就是说, 随着反应温度的提高, 产物的增稠能力下降。为了控制聚合反应速率和聚合物相对分子量及其分布, 反应温度应控制在70～ 75℃之间, 若在反应过程中温度高于此范围, 应采取降温措施。
3. 3 通氮时间对聚合物相对分子量的影响
反相乳液聚合法生产增稠剂, 如何解决溶解在丙烯基单体和空气中的氧对自由基聚合的阻聚问题, 十分关键。实验表明,乳液中通常含有10mg/kg 的氧, 即会呈现阻聚。因此, 反应前如不充分排氧, 会使反应的初试温度高于70℃, 会出现高峰期晚出, 导致反应难以控制, 产物相对分子质量下降, 甚至造成不聚或低聚。反应过程中,通氮排氧时间对产物相对分子质量的影响见图1。一般通氮时间应约在20 分钟即可满足生产要求。
通氮时间(m in)
图1 通氮时间对产物相对分子质量的影响
4 增稠剂的应用性能
4. 1 流变性能
众所周知, 增稠剂的流变性能对印花及印花设备有较大影响。而衡量流变性能的具体指标通常采用表观粘度/切变速度曲线和刮印后系统的恢复曲线来表示。右图为海藻酸钠和合成增稠剂FS- 60A 的
恢复曲线和粘度/切变速度(取对数) 曲线。表明FS- 60A 具有很好的流变性能和优异的触变性, 高剪切条件下, 比天然增稠剂可在更高的表观粘度下进行高速印花, 尤其适合高网目的圆网精细花纹的印花。
4. 2 印花浆储存稳定性
合成增稠剂是化学合成物质, 不会象天然增稠剂那样容易受到细菌的腐蚀而变质发霉, 造成浪费和调色困难, 尤其是温度在30℃以上时, 合成增稠剂FS- 60A 比海藻酸钠制备的印花浆贮存期更长。
图2 恢复曲线
图3 切变速度曲线
4. 3 颜色生成量
与各种不同品种的海藻酸钠相比, FS- 60A 的颜色生成量和鲜艳度更高, 一般颜色生成量可增加20～ 30% , 对于个别分散染料可增加40% 以上。
5 结论
5. 1 环保型产品, 使用方便。FS- 60A 属于反相乳液聚合, 聚合体系稳定, 聚合产物可直接用于分散染料印花, 产品不含A PEO 和N PEO , 属环保型产品。乳化液在水中分散速度快, 只需10 分钟完全增稠,可现配现用, 无需提前储备浆, 加染料和水即可制成储存稳定的印花浆。
5. 2 独立使用。具有极佳的分散和润湿能力, 且pH 值在5. 5 左右, 可以满足所有分散染料的发色环境, 因此可独立使用。无需再加入分散剂、润湿剂和pH 值调节剂。
5. 3 降低企业综合生产成本。由于FS-60A 可提高染料的得色量, 有的甚至高达40% 以上; 配浆时又不需加入其他添加剂,因此可为企业降低综合生产成本20% 以上。
5. 4 与其他增稠剂的配伍性好。与天然增稠剂共用, 可显著提高颜色生成量和印花清晰度, 还可以解决天然增稠剂遇染料凝胶问题。
