高固含量微乳液聚合制备增强型树脂复鞣剂的研究

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采用高固含量微乳液聚合法制备了一种既具有柔软作用又具有增强作用的复鞣剂,这对生产手感舒适、结实、耐用的皮革有着重要意义。通过探索试验,以十二烷基硫酸钠(SDS)为乳化剂、正戊醇(PA)为助乳化剂、丙烯酸(AA)为活性单体、甲基丙烯酸甲酯(MMA)和丙烯酸丁酯(BA)为混合单体、二乙烯基苯(DVB)为交联剂,采用半连续加料法,制备出了高固含量的聚丙烯酸树脂纳米乳液。研究了乳化剂用量、助乳化剂用量、单体用量、活性单体用量、引发剂用量、反应温度、反应时间、搅拌速度和单体滴加速度对乳胶粒粒径和单体转化率的影响。采用激光粒度仪(LPA)和红外光谱仪(IR)对胶粒粒径和聚合物组成分别进行表征。结果表明:乳化剂SDS的用量为4%,助乳化剂PA的用量为0.75%,引发剂ASP的用量为0.2%,丙烯酸用量在0.4%~0.8%,m(BA)/m(MMA)=1.0,m(BA)+m(MMA)=20.0g较为合理。此时固含量为25%的微乳液胶粒粒径平均为19.8nm,通过LPA所测得的粒径分布图还可以看出乳胶粒粒径分布在从8nm至60nm,主要分布在15nm至30nm间。通过IR谱图我们可以看出AA、BA、MMA和DVB等单体发生了聚合反应。 将按优化条件制备的表面含有活性基团羧基、内部交联的丙烯酸树脂微乳液用于复鞣试验,并且研究了交联剂用量、活性单体用量、胶粒粒径和微乳液复鞣剂用量等因素对增强效果的影响。用多功能材料实验机对复鞣前后的皮革的抗张强度和撕裂强度进行测量。结果表明:交联剂二乙烯基苯(DVB)的用量为1.2%,活性单体丙烯酸(AA)的用量为0.8%时丙烯酸树脂微乳液对革的增强效果最好,胶粒粒径在16.3nm~64.2nm间的微乳液,随着粒径减小,其增强能力增大。用占削匀蓝湿革质量2%的丙烯酸纳米乳液(平均粒径为19.9nm)复鞣猪二层革,能使革的抗张强度提高68%,撕裂强度提高44%。采用SDS作为乳化剂所制备的微乳液复鞣剂在提高成革物理机械性能同时,对革的柔软度、弹性和粒面性能产生了一定的负面影响。 经过分析提出了微乳液复鞣剂对革增强机理的示意图,认为革的强度得到提高是因为颗粒粒径在20nm左右的乳胶粒在相距较远的胶原分子间发生了交联,例如微乳液的乳胶粒在原纤维间发生交联,阻止了原纤维间的滑动从而使革的强度得到提高。为了验证增强机理的正确性,采用粒径为20nm无机纳米粉体TiO2对革进行复鞣,结果显示用2%(以固含量计)的纳米TiO2复鞣皮革能使革的抗张强度提高46%,撕裂强度提高25%。这在一定程度上验证了增强机理示意图的合理性。 由于SDS是物理吸附在胶粒表面的,当将丙烯酸树脂微乳液用于皮革复鞣时,SDS会发生迁移,树脂颗粒的稳定性下降,容易吸附在皮革表面,不能渗透到革的内部。为了提高微乳液胶粒的稳定性本文采用了两种方法:(1)通过两步聚合法,增加亲水性单体AA的含量。(2)引入可聚合表面活性剂,使乳化剂不易从树脂颗粒表面迁移。两步聚合法在一定程度上提高了微乳液胶粒的稳定性。 提出了将可聚合表面活性剂马来酸酐十二醇单酯钾盐用于丙烯酸树脂的微乳聚合。通过正交试验优化了马来酸酐和十二醇的酯化反应,制备了马来酸酐十二醇单酯钾盐作为可聚合表面活性剂。马来酸酐和十二醇酯化反应的优化条件为:80℃、3h、n(MAH):n(LA)=1.15。通过IR谱图可以看出马来酸酐和十二醇反应生成了单酯。用10g马来酸酐十二醇单酯钾盐、6gBA、6gMMA、3gAA和2gDVB进行无皂微乳液聚合,制备出了分子侧链上含有润滑性基团的丙烯酸酯微乳液。将其用于复鞣,成革的撕裂强度提高41%,崩破强度提到50%,厚度增加13%,而且革的柔软度也有所改善。 本论文是新型皮革增强复鞣剂的探索性研究,尽管取得了一定的研究成果,许多工作还有待于继续深入进行。
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