速干型聚丙烯酸类纺织浆料的制备

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浆纱工序是纱线加工成纺织品过程中耗费热能最多的工序,热能耗主要集中在浆液调制和烘干工艺。针对浆纱过程的高耗能问题,研究者们开展了许多工作,如两高一低(浆液黏度低,浆液浓度高,压浆力高)浆纱技术、新型烘燥技术等,这些研究取得了显著的节能效果。目前开展的中低温浆纱技术,减少了煮浆所需的热能,但烘燥过程所需热能占浆纱总能耗近80%,所以研究快速干燥型纺织浆料为降低热能耗提供了新的解决途径。本课题基于聚合物乳液的成膜理论,通过乳液聚合制备了一种速干型聚丙烯酸类浆料,优化了合成工艺,系统地测试了该浆料的结构和性能,并进行了浆纱实验。具体研究工作如下:(1)根据三种主要浆料的分子结构,发现淀粉和聚乙烯醇(PVA)含有大量的羟基,形成的氢键作用使得两者存在部分结晶区和大量的结合水,所以煮浆时需要加热,干燥速率慢。而聚丙烯酸类浆料为无定型高分子材料,亲水性官能团较少,水结合能力弱,并且粒子直径最小,为纳米级,有利于形成毛细效应,加速乳胶粒的聚集,所以成膜速率变快,因此聚丙烯酸类浆料更适合作为快速干燥型浆料的原料。(2)采用单体预乳化和半连续种子乳液聚合工艺,以甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸甲酯(MA)、丙烯酸乙酯(EA)和甲基丙烯酸(MAA)为主要单体,烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)和十二烷基硫酸钠(SDS)为乳化剂,过硫酸铵(APS)为引发剂,碳酸氢钠(Na HCO3)为缓冲剂,进行聚丙烯酸类乳液的合成。通过相关性能测试,得到该乳液的最佳合成工艺:单体配比为EA:MA:MMA:MA=50:20:20:10,乳化剂比例为OP-10:SDS=3:1,用量为3.0%(相对于单体总量),引发剂用量为0.35%(相对于单体总量),聚合反应温度为80℃,搅拌速度为200-300 r·min-1。(3)在乳液聚合过程中加入甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA),利用环氧基与羧基反应形成了部分交联结构,成功制备出了具有快速干燥性能的聚丙烯酸类浆料。通过红外光谱图表明了单体间发生了共聚反应。对水分蒸发速率、扫描电镜、粒径分布和浆膜接触角进行测试分析,提出了速干型聚丙烯酸类浆料快速干燥的机理:交联剂的增加使得乳胶粒粒径减小,增大了界面蒸发面积,聚合物中亲水官能团减少,与水结合能力变弱,结合水数目下降,两者协同作用使得乳液干燥速率加快。根据纺织浆料对玻璃化温度和浆料性能的要求,确定交联剂的用量为5%(相对于单体总量)。(4)性能测试表明,所合成的速干型聚丙烯酸类纺织浆料的稳定性好,对纯棉粗纱和涤棉粗纱的粘附性好,与淀粉浆料和PVA浆料有良好的混溶性;浆料成膜性好,浆膜各项性能优异;浆料上浆后能够服帖毛羽,得到的浆纱性能良好,能够满足经纱织造的要求。(5)将合成的速干型聚丙烯酸类浆料应用于上浆实践,结果表明:要达到相同的工艺回潮率,速干型聚丙烯酸类浆料所需的干燥时间比普通的聚丙烯酸类浆料所需的干燥时间减少了约15%,证明了制备的浆料具有快速干燥的特性,该浆料还可以在室温下上浆,节能效果显著。图28幅,表17个,参考文献72篇。
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