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增稠剂在乳液涂层中的应用
天津市纺织局印染技术研究室
2020/1/31
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增稠剂在乳液涂层中的应用

          



 
提要

本文着重对增稠剂在乳液涂层中的应用性能进行了探讨,并对不同类型的10种合成增稠剂,即Dicrylan Thickener O、Collacral LR 8475、Emulsur V、Hiprint LB、Mirox AM、Dicrylan Thickener R、SS-l、S、Lutexal HP、Hiprint LA的增稠性能、理化性能及应用性能,作了较详细的实验和论述,为不同类型的涂层选择了不同类型的增稠剂,使其达到较好的涂层效果。
一、前言

近年来随着人们对公害污染、溶剂价格上涨及安全等问题的逐渐重视,涂层加工正由溶剂涂层向水系涂层方向发展。目前,国内外都有一些乳液涂层剂产品,为了充分发挥这些产品的涂层效能、就必须对水系涂层工艺及涂层处方进行较详细的研究。本文将着重于增稠剂在乳液涂层中的应用进行一些探讨,为此,大家选用了不同类型的10种增稠剂,对其增稠性能、理化性能及应用性能进行了一些探讨和评价。

选用的10种增稠剂包括;
1、聚丙烯酸类


Dicrylan Thickener R Ciba
Mirox AM Stock Hausen
SS-1 石家庄树脂厂


S 石家庄农药厂

2、聚氧乙烯类

Collacral LR 8475 BASF
Dicrylan Thickener O Ciba
3、聚乙二醇醚类

Emulsur V 松井色素
Hiprint LB 林化学株式会社

4、复合体系
Lutexal HP BASF


Hiprint LA 林化学株式会社
二、实验内容及数据分析
1、增稠剂的理化性能及增稠性能
(1)各种增稠剂的基本特性;
(2)各种增稠剂的增稠特性;增稠用乳液Impranil AW系外增稠型聚丙烯酸酯涂层乳液,含固量40%,原液pH 4.4,测试温度27℃,粘度计NDJ-79型。


表1



表1(续)


(3)增稠后乳液流变性及粘性指数的测定

粘度不同,乳液流变性及EVI不同,为此,选择增稠后在实际涂层试验时粘度趋于一致的乳液(1)-(10),进行流变性及EVI的测定,这样才有可比性


图例:η一表观粘度,D一剪切速率,T一温度,r一轴速。
处方(1)-(10)见表2。由于NDJ-79型粘度计测定EVI较为困难,所以选用目前较通用的NDJ-l型粘度计进行测定。NDJ-l为Brookfield型粘度计,最宜测定EVI,但此数据只供参考。
表2

乳液粘性指数EVI=(60转/分粘度)/(6转/分粘度)
lgEVI=tgθ

2、增稠剂对涂层应用性能影响
使用同一种织物,用同一种工艺流程和条件,将不同用量的各种增稠剂分别加到同一乳液中。通过适当调整pH,分别将乳液增稠到某一相同的粘度值,测定这一粘度值时的剪切速率,应近似于所确定的涂层条件下刮刀对乳液的剪切速率,然后在相同设备条件下涂层,此时在刮浆瞬间,不同增稠体

系乳液的粘度应该是接近的,得到的湿涂覆量也是接近的。
织物;涤/棉65/35,65S/2×65 S/2 130×65线绢。
工艺流程;采用两次同条件涂层,以增大涂覆量。

涂层(1)→干燥(120℃×l分) →涂层(2) →干燥(120℃×l分)→防水处理(二浸二轧,压力10千克力/厘米,速度3米/分,温度27℃,轧液率40-45%)→干燥(120℃×l分)→固化(160℃×2分)。
涂层处方;



防水浴处方:
Sumifluoil EM-11 3%
Fix A O.3%
试验设备;日本过井PT-2热风烘燥定形机,瑞士Benz双辊电动轧液烘燥机,瑞士Mathis涂层试验机。
测试方法;
耐水压;ISO-811法
拒水性;AATCC-22-1980法

耐洗涤性;AATCC-83B-1973法
干涂覆量;重量法
表3

表3(续)

三、讨论分析
1、增稠剂的增稠性能
a·四种类型增稠剂对乳液均有较强的增稠力,相比之下,聚氧乙烯类增稠能力最强,如Ciba企业的Dicrylan Thickener O,用量在1.5%时,即达到7000CPS,聚丙烯酸类增稠剂中Mirox AM和Dicrylan Thickener R比SS-l、S有更高的增稠力,从曲线可以看出,SS-1、S的粘度随用量增

大,上升曲线非常平缓,很近似于天然糊料增稠剂的增稠曲线;复合体系中Lutexal HP的增稠力高于Hiprint LA增稠力;在聚乙二醇醚类中,Emulsur V和Hiprint LB增稠力接近。
b·不同增稠剂对pH敏感程度不一。其中聚丙烯酸类最为敏感,此类增稠体系是由于同离子效应引起分子内斥力,而使体系粘度升高。若降低pH或使pH值过高,都会引起粘度下降,所以聚丙烯酸类宜采用pH8-9范围;相对来讲其它几类增稠剂对pH敏感程度稍差一些,但都存在一个粘度较高的

pH区间。

如;Collacral LR 8475 pH值8-10

Dicrylan Thickener 0 7-9

Lutexal HP 4.5-8.5

Hiprint LA 4.5-9.5

Hiprint LB 6-8

Emusur V 5-7

2、流变性能
从η—r,曲线可见,各种增稠乳液均属于假塑性流体,即切力变薄流体,随着剪切速率增大,粘度下降,这是由乳液自身性质所决定的。
乳液在静止状态时具有结构粘度——分子链间的内斥力、氢键、范德华力造成的体系粘度,以及大分子链不取向造成流动性差,而产生高粘废。当外加剪切力时,破坏分子链由氢键、范德华力构成的结合,并使大分子链取向产生流动,减小了分子链之间的阻力,从而使表观粘度下降。对于涂层来讲,浆液流变性的不同会直接影响涂层效果,如聚丙烯酸及其复合体系的增稠乳液,EVI值都较小,都具有较大触变性,最适用于园网涂层。运转前涂层浆未受到剪切力时,呈较高的初始粘度,所以不会透过网眼流到织物上;运转时浆液受到剪切力,粘度急剧下降,使浆液非常容易透过网眼,均匀涂覆在织物上。一旦剪切力消失,涂覆到织物上的浆液马上又呈高粘度状态,防止了向织物内部渗透。这两种增稠剂还适用于非拒水性织物,在高粘度下进行刮刀涂覆加工。对于拒水性织物,EVI值不能过低,因为EVI值越小,结构粘度越大,浆液的延展性、流动性也就越差,很容易出现涂覆不连

续的现象,对于高粘度加工尤为重要。对于聚氧乙烯及聚乙二醇醚增稠体系,都具有较大的EVI值,所以它可用于拒水织物上的涂层加工。
3、增稠剂对涂层的应用性能
不同增稠剂对乳液涂层应用性能的影响,有着很大的差异。从防水性能来看,加工初期除Emulsur V体系,织物拒水性达90分以上,各增稠体系的各项指标都较高,但一经水洗,即表现出明显的差异。聚氧乙烯和聚乙二醇醚类增稠剂对防水的耐久性能影响很大,相比之下,聚丙烯酸及复合的增稠体系防水耐久性能较好,其中以Dicrylan Thickener R及Mirox AM性能最为优异。从手感来看,聚氧乙烯、聚乙二醇醚类增稠体系可得到非常柔软的手感;聚丙烯酸及复合体系增稠乳液涂层后手感稍硬;SS-1所得到的手感更硬一些,但织物表面干燥丰满。
以上性质可从以下几方面来分析;
a·聚丙烯酸增稠剂的多羟基结构与纤维及粘合剂中的羧、羟、腈基[-C(=O)-O-、OH、-C=N]均有亲和力,可以使粘附力上升,使耐洗性增强。从另一方面来讲,此类物质固化时,可与高聚物或织物进行部分交联,尤其与聚丙烯酸酯具有一定的反应性,可提高高聚物交联度,所以相对来讲,抗水压、耐洗性都较高,发粘也得到了改善,但由于交联度高,使手感稍硬。但同样是聚丙烯酸的增稠剂,因其组分、结构、聚合度、交联度以及乳化剂的不同,其性能仍有显著差距,如Dicrylan Thickener R,Mirox AM耐水洗性明显高于同一类的SS-1、S,前二者均为反应性很强的聚丙烯酸乳液,所以固化后能将增稠剂中的水溶性或亲水性基团最大程度地

交联封闭起来,使其耐水性得到很大提高。


b·非离子体系的聚氧乙烯与聚乙二醇醚类增稠剂主要结构-[-O-CH2-CH2-]-。其本身具有乳化、润湿、增溶作用的表面活性剂,含有大量亲水基团,并且具有较强的扩散渗透作用,这样就严重地影响了交联度及成膜性,造成了耐水洗性不佳,耐水压及拒水性下降,又由于-[-O-CH2-CH2-]-结构的存在,使高聚物大分子链之间增加了滑移,减少了链移动的阻力,所以薄膜具有良好的柔软度。对于Dicrylan Thickener

0应用于乳液涂层、各项指标都较高,大家可理解为该物质亲水性基团较少,或具有较多的反应性基团,固化后使其得到一定程度的封闭,从而提高了各项指标。
四、结论
1、选用的10种增稠剂对于阴离子性外增稠涂层乳液均有较强的增稠力,聚丙烯酸体系中增稠力最强的为Ciba企业的Dicrylan Thickener R及Stock Hausen企业的Mirox AM。非离子体系中增稠力最强的为Dicrylan Thickener O及BASF的Collacral LR 8475。复合体系的增调剂不仅可对乳液增稠,而且对水也有较强的增稠力。

2、增稠后乳液体系的粘度对pH敏感性不同,聚丙烯酸类最为敏感,只在pH7-9才可维持较高粘度,而其它三类体系在较大的pH范围内均可维持较高的粘度。
3、各种增稠剂对于涂层织物性能会产生一定程度的影响。聚氧乙烯及聚乙二醇醚增稠体系涂层后手感柔软,表面光滑,但织物防水性及防水耐久性有所降低,所以对于功能性涂层如防水、防油、阻燃等加工,宜采用聚丙烯酸类增稠剂;而对于装饰性涂层如双面异色、遮光等加工,宜采用聚氧乙烯或聚乙二醇醚类的增稠剂。
4、应研制高反应性的增稠剂,使其固化后可以充分交联到大分子薄膜之中,以减少对涂层耐久性的影响。

参考文献
[1]日本,《纤维》,1986,2-3

[2]《印染译从》,1983,6,9
[3]《印花糊料讲座》,黄茂福编

              

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