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P(DMS-Acr)/PB纳胶囊的细乳液法制备及其在涂料印花中的应用

周鹏  
【摘要】:颜料胶囊印花是一种操作简单、节能少水的印花工艺。但目前颜料胶囊印花织物仍存在透气性差、滑爽感不足等缺陷,这主要归因于亚微胶囊壁材——丙烯酸酯共聚物具有“热粘冷脆”、手感不佳等缺点,同时其较强的连续成膜性又易使涂层完全覆盖织物、堵塞纤维间的空隙,导致透气性下降。因此需对其壁材——聚丙烯酸酯改性。采用聚硅氧烷对聚丙烯酸酯改性能获得兼具二者优异性能的复合材料。首先本论文以有机颜料铜酞菁(PB)为功能填充粒子,甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、端乙烯基聚二甲基硅氧烷(ViPDMS)为共聚单体,十二烷基硫酸钠(SDS)为乳化剂、正十六烷(HD)为助稳定剂,过硫酸钾(KPS)为引发剂,通过细乳液聚合制得了一系列聚硅氧烷、有机颜料含量不同、MMA/BA单体配比不同的P(DMS-Acr)/PB颜料纳胶囊,考察了乳化剂SDS和共稳定剂HD、有机颜料、ViPDMS等因素对颜料纳胶囊粒径及形态的影响。实验表明:ViPDMS大分子单体和有机颜料的引入会增大单体分散液的粘度、降低其表面张力,因而随着ViPDMS和颜料含量的增加,颜料纳胶囊的平均粒径会明显增大,粒径分布变宽,体系稳定性变差。ViPDMS含量低于30%时,纳胶囊平均粒径小于200nm,乳液稳定。ViPDMS含量达到50%时,体系失稳。乳化剂SDS有助于单体液滴的分裂细化,并提高聚合体系稳定性,从而可部分抵消ViPDMS和有机颜料加入导致的粒径增大变宽和体系失稳现象。当SDS含量达到0.5g可有效降低纳胶囊的粒径。HD能提高聚合体系稳定性,但其对粒径的影响不明显。MMA的含量于纳胶囊乳液稳定性有关,含量越高时,乳液稳定性越好,MMA/BA为5:5时,乳液稳定性较好,沉降率低于2%。其次本论文探讨P(DMS-Acr)/PB胶膜结构以及胶膜性能,考察了胶膜的表面结构、截面结构、以及胶膜拉伸性能,并深入研究了胶膜中聚硅氧烷与聚丙烯酸酯分相。实验表明:ViPDMS在胶膜分相中存在向表面迁移富集以及相区粗化的过程。ViPDMS含量越高,胶膜表面粗糙度越大,胶膜水接触角越大。ViPDMS分子量越大,胶膜内分相程度越大,ViPDMS向表面富集程度越大。有机颜料的存在对胶膜中聚合物的分相有较大影响,有机颜料会抑制膜内ViPDMS向表面迁移富集,使胶膜分相趋于稳定。拉伸性能表明胶膜中分相程度越大,胶膜拉伸强度、断裂强度、断裂伸长率越小。最后,本论文将P(DMS-Acr)/PB颜料纳胶囊应用于涤纶织物涂料印花,并考察了印花织物的摩擦牢度、K/S值、硬挺度、透气性等性能。发现在实验范围内,ViPDMS含量越大,印花织物硬挺度越接近于原布,透气性升高,但干湿摩擦牢度变弱,同时由于分相造成胶膜K/S值降低。ViPDMS相对分子量越高,胶膜表面形成的乳突结构越大,硅元素含量更高,相应印花织物的透气性、耐干湿摩擦牢度等指标越好,手感也更柔软,但K/S值会有略微降低。认为在胶囊壁材中引入高柔顺性的有机硅组份,可增强焙烘过程中织物表面涂层的黏流分相能力。而相对分子量越高的ViPDMS,硅-氧链段的自由度更大,更容易向胶膜表面迁移并团聚分相,周围的聚丙烯酸酯更加容易流平,印花涂层胶膜从对织物表面的连续整体覆盖转化为对织物中纱线乃至单纤维的独立包裹的能力越强。通过本课题的研究,揭示了ViPDMS的引入对有机颜料纳胶囊结构的影响及相应的形成机制,设计并制得了一系列具有较好稳定性的颜料纳胶囊,显著改善了颜料胶膜的流动性和表面属性。对P(DMS-Acr)/PB膜结构的研究揭示了颜料颗粒在胶膜内聚合物分相过程中的作用。在此基础上,实现了胶膜对织物表面的薄型非连续覆盖和对单纤维的薄型整体包覆,以及颜料对织物纤维的定向、牢固附着。研究结果对提升涂料印花织物着色品质和服用性能具指导意义。


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