聚醋酸乙烯酯浆料的研究

维普资讯 http://www.cqvip.com 第２０卷第ｌｌ期　武汉科技学院学报　ＶＯ１．２０　Ｎｏ．１１　２００７年１　１月　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＷＵＨＡＮ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　ＯＦ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　ＮＯＶ．２００７　聚醋酸乙烯酯浆料的研究　韩世洪　，张飞２　（１武汉科技学院纺织与材料学院，湖北武汉４３００７３；２武汉东美纺织新材料有限公司，湖北武汉４３００７４）　摘要：利用醋酸乙烯作为单体，ＯＰ．１０作为乳化剂，聚乙烯醇作为保护胶体，过硫酸铵作为引发剂，　采用乳液聚合的方法制成聚醋酸乙烯酯浆料。本问分析了引发剂的用量、乳化剂的用量及反应温度对　聚醋酸乙烯乳液粘度的影响，和引发剂的浓度对反应速率的影响，以及搅拌速度对聚合乳液的稳定性　的影响，通过实验得出醋酸乙烯浆料聚合的适宜条件。　关键词：浆料；聚醋酸乙烯酯；乳液聚合；粘度；反应速率　中图分类号：０６３６　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９－－５１６０（２００７）－－０００１－－０４　众所周知，经纱上浆的目的是为了赋予经纱足够的强力和弹性。由于浆纱的重要性，人们对浆料的认识和　研究越来越深，随着高分子化学和浆纱技术的发展，各种新型浆料应运而生…。上浆过程中，浆液在经纱表面　被覆和向经纱内部浸透。经过烘燥后在经纱表面形成柔软的、坚韧的、富有弹性的均匀浆膜，使纱身光滑，毛　羽贴服；在纱线内部，加强了纤维间的粘结抱合能力，改善了纱线内部部分的物理机械性能【２。】。上浆后经纱的　可织性得到提高，并能获得一些其它的实用性能：耐磨性改善；纤维的集束性改善；纱线的断裂强度提高；良　好的弹性、可弯性及断裂伸长；纱线毛羽贴伏、表面光滑；具有合适的湿度ＨＩ。　随着合成纤维广泛应用于纺织工业，为了提高单纤维的集束性和抱合力，以求获得良好的可织性，最大限　度的在纤维织造过程中降低经纱起毛、断头的现象，提高织造效率，经纱上浆ｌＴ艺成为缩短生产丁序、降低生　产成本、提高经济效益和产品质量的一项必须的先进生产１二艺ｌ５ｌ。目前，织物经纱上浆用的粘着剂主要有以下　几种：淀粉及变性淀粉浆料；ＰＶＡ（聚乙烯醇）浆料；聚丙烯酸类浆料；共聚浆料等　】。由于ＰＶＡ浆料具有优　良的成膜性，粘附性及与其它浆料的相溶性的特点，一度被认为是理想的浆料。然而，ＰＶＡ由于价格较高，且　退浆不易完全退净，因此使用受到了限制，特别是近年国际上已经开始禁止使用ＰＶＡ作为织物经纱上浆剂　］，　这些主要浆料的格局正在发生悄然的变化，淀粉类和丙烯酸类浆料呈发展上升趋势　。　本研究正是从浆料的本身性质方面着手，利用生产涂料的前期工艺来生产浆料。以醋酸乙烯作为单体、ＯＰ．１０　作为乳化剂、聚乙烯醇作为保护胶体、过硫酸铵作为引发剂，并且希望通过实验的方法找　最佳实验方案，通　过乳液聚合的方法制成聚醋酸乙烯浆料　。　１　实验部分　１．１药品与仪器　１．１．１实验药品　醋酸乙烯（分析纯），上海精化科技研究所；ＰＶＡ（：ｒ＝业级），四川维尼纶厂；ＯＰ．１０（　业级），美国陶氏；　过硫酸铵（分析纯），天津市福晨化学试剂厂；去离子水，实验室自制；碳酸氢钠（分析纯），天津市东丽区泰　兰德化学试剂厂。　１．１．２实验仪器　电热恒温水浴锅，北京永光明医疗仪器厂；ＭＰ１２０　１电子天平，上海第二天平仪器厂；Ｙ８０１Ａ型恒温烘箱，　收稿日期：２００７　０９—１４　作者简介：韩世洪（１９５９一），男，副教授，研究方向：浆料及浆纱丁艺　维普资讯 http://www.cqvip.com ２　武汉科技学院学报　２００７拄　常州纺织仪器厂；ＮＤＪ．７９型旋转粘度计，同济大学机电厂；ＪＪ一１精密电动搅拌器，苏州威尔实验用品有限公司。　１．２制备工艺　先将去离子水和ＰＶＡ加入烧杯中，并开始搅拌，升温到９０℃，使其完全溶解并用冷水冷却降温过滤。将已　经溶解过滤好的ＰＶＡ水溶液投入三颈瓶中，开始搅拌，搅拌器的转速为６０　８０ｒ／ａｉｒｎ。加入乳化剂ＯＰ—ｌＯ和部　分醋酸乙烯（投入量约为单体总量的１／１　０～１／７），并加入总量１／３的过硫酸铵引发剂水溶液。升温到７５￣Ｃ　停　止加热，并在此温度下保持０．５ｈ。开始同时滴加单体和引发剂水溶液，加料时间为６～８ｈ，单体和引发剂同时　加完。加完后继续保温１ｈ，再升温到８５℃保温１ｈ即可以降温到４５℃以下。用１０％的碳酸氢钠水溶液调整体系　的ｐＨ值在５．０～６．０。　２　结果与讨论　２．１聚合乳液的性状　表１　不同配方的聚醋酸乙烯酯浆料　２．２　引发剂对聚醋酸乙烯浆料性能的影响　２．２．１引发剂的用量对乳液粘度的影响　引发剂的用量对聚合起着至关重要的作用，表２是引发剂用量（占单体总量的百分比）与乳液粘度的关系。　表２引发剂用量（占单体总量的百分比）与乳液粘度的关系　由表２可知，在一定聚合温度下，当引发剂浓度很低时，随着引发剂量的增加　粘度增大，固含量增大，　当引发剂用量为单体总量的０．６％时，粘度最大，当引发剂继续增加时，乳液粘度反而下降。原因是，当单体量　不变而引发剂用量增加，引发剂分解的自由基多，使活性中心增多，从而使反应生成大分子的聚合物，乳液粘　度增加；而引发剂用量过大，分解自由基过多，引发速度过快，聚合物分子链短，相对分子量小，乳液粘度低。　在乳液聚合时，介质的ｐＨ值直接影响引发剂的分解速度，要求乳液聚合体系的ｐＨ值为６左右，由于单体中残　留少许醋酸，加之引发剂分解时产生的硫酸根，至使体系的ｐＨ值降至４～５，因此用适量碳酸氢钠调节ｐＩ－ｉ值。　另外，引发剂用水稀释后缓慢加入。　２．２．２引发剂浓度对聚合反应速率的影响　，　在其它条件不变时，改变引发剂的浓度，得ｍ上述时间与转化率的关系曲线。从图１可见，成核期在转化　率为１０％左右结束，这是由于ＶＡｃ水溶性不大的缘故。引发剂用量越大，反应速率越快。这是由于增加引发剂　的用量，在水相中就会生成更多的自由基，水相中自由基浓度增大，一方面会导致在阶段Ｉ自由基由水相向胶　束中扩散速率增大，在胶束中引发聚合，单体转化率增大并生成更多的大分子链，从而加大了乳胶粒的体积；　另一方面会导致在水相中成核速率增大，这两方都会使聚合速率增大。　维普资讯 http://www.cqvip.com 第ｌｌ期　韩世洪，等：聚醋酸乙烯酯浆料的研究　３　（）　Ｑ　Ｑ　１　ｏ　ｌ５　（１　２　Ｑ　２５　Ｑ　３　圳』艺弃　０一ｒｆ，１＇柏　门　分ｆ－７ｔｉ　％　图ｌ时间与转化率的关系曲线　图２乳化剂占单体的百分含量与粘度的关系　∞　ｇ＼莓＝ｆ　＊　２．３乳化剂用量对乳液粘度的影响　３　２　在其它条件均不改变的情况下，改变乳化剂用量（占单体总量的百分比），结果如图２所示。乳化剂用量过　少，乳液稳定性差、易破乳。乳液粘度随乳化剂用量的增加而增大，当乳化剂用量为单体总量的０．１　ｓ％Ｍ，粘　度最大，乳化剂用量超过最佳值时，乳液颗粒增多、粒径变小、粘度下降。　２．４反应时搅拌速度对聚醋酸乙烯浆料稳定性的影响　搅拌强度对乳液稳定性有一定的影响。在其他条件不变时，选取搅拌速度分别为８０转／分、ｌ００转／分、１２０　转／分、ｌ４０转／分、１６０转／分，搅拌太弱时，单体分散不好，会发生单体局部过浓，局部进行本体聚合，甚至发　生分层现象，而导致凝胶的产生，这些单体局部过浓区还会从乳液中捕集乳胶粒，这义助长了凝胶的生成；同　时搅拌太弱时，体系传热不良，在不同区域产生温差，高温区乳液容易丧失稳定性，而产生凝胶。搅拌太强时，　也会使乳液产生凝胶或破乳，失去稳定性。实验中得出转速在１　２０～ｌ４０分／转时，聚合乳液粘度较小且体系稳　定、均匀。　２．５反应温度对聚醋酸乙烯浆料粘度的影响　反应温度对聚合反应有较大的影响。聚醋酸乙烯乳液的合成一般采用分段控温。前期反应速度慢，单体滴　加速度不能太快，温度控制在６０～６５　，适当延长聚合的诱导期，有利于反应体系的稳定。若单体滴加的速度　太快，滴加进去的单体不能及时反应掉，造成反应体系单体浓度过大、回流过大，容易引起乳液起泡冒料，无　法保持正常的反应。中期把温度缓慢升到７０—７５℃，单体滴加速度可加快。在后期滴加速度也不能过快，否则　影响正常反应，导致粘度突然下降。单体滴加完后升温至８５～９０　并适当延长保温时间，有利于提高单体的转　化率。　在反应物配比、加料方式及搅拌强度不变情况下，反应温度的改变对聚醋酸乙烯酯乳液的粘度的影响很大，　结果如表３所示。原凶是陔聚合反应为吸热反应，所以反应温度高，有利于该反应进行，但反应温度达到８０％　时，超过醋酸乙烯酯单体的沸点（７２　）会使同流量增加，消耗能量，低温使反应速度慢，反应不完全，乳液粘度　低。因此，反应适合在７５　进行。　表３反应温度与乳液粘度的关系　３　结论　本实验利用醋酸乙烯作为单体，聚乙烯醇作为保护胶体，采用乳液聚合的方法，通过调整引发剂的用量、　乳化剂的用量、加热的温度、搅拌的速度等，确定出醋酸乙烯酯乳液聚合的适宜条件为：　维普资讯 http://www.cqvip.com ４　武汉科技学院学报　２０ｏ７年　（１）乳化剂、引发剂的用量分别为反应单体质量的０．１５％和０．６％；　（２）乳液聚合时的反应温度为７５　ｏＣ；　（３）本实验较理想的搅拌速度为ｌ２０～ｌ４０分／转。搅拌速度太小会产生凝胶，搅拌速度太大会产生破乳。　参考文献：　【ｌ】张斌，沈艳琴，武海良，等．聚丙烯酸类混合浆液增粘现象分析【Ｊ】．棉纺织技术，２００１，２９（１）：４９．５０．　【２】王长宏，薛红．我国醋酸乙烯市场现状及发展建议『Ｊ１．化工技术经济，２００５，２３（１　０）：２５。２８．　【３】杨宝武．醋酸乙烯乳液聚合的影响因素探讨『Ｊ１．研究报告及专论，２００１，２２（１）：ｌ８．２０．　［４】Ｇｒｉｇｓｂｙ　Ｗ　Ｊ，Ｆｅｒｇｕｓｏｎ　Ｃ　Ｊ，Ｆｒａｎｉｃｈ　Ｒ　Ａ，ｅｔ　ａ１．Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌａｔｅｘ　ａｄｈｅｓｉｖｅｓ　ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ　ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ　ｃｏｒｅｓ　ａｎｄ　ｐｏｌｙ（ｖｉｎｙｌ　ａｃｅｔａｔｅ）　ｓｈｅｌｌｓ：ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｐｏｌｙ（ｖｉｎｙｌ　ａｃｅｔａｔｅ）ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ［Ｊ］．Ｉｈｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＡｄｈｅｓｉｏｎ＆Ａｄｈｅｓｉｖｅｓ，２００５，２５：１２７－１３７，　【５】　李晓平，刘晓辉，刘海英，等．聚醋酸乙烯乳液稳定性能的研究一乳化剂对乳液聚合稳定性的影响【Ｊ１．中国胶粘剂，　２００４．１３（３）：２３－２５．　【６】郭腊梅．高浓低粘浆料粘度与粘附力研究【Ｊ１．东华大学学报，２００１，２７（１）：２９．３２．　【７】刘瑛，程秀莲，宋襄翎．聚醋酸乙烯酯乳液合成＿Ｔ艺的研究【Ｊ１．辽宁化工，２００４，３３（１）：７－９．　【８】王海涛．．搅拌在聚醋酸乙烯酯乳液生产中的作用及对乳液性能的影Ｉｌｌｈ］［Ｊ】．山西化工，２００５，２５（２）：４６－５０．　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｓ　ｌｕｒｒｙ　ｏｆ　Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ　Ａｃｅｔａｔｅ　ＨＡＮ　Ｓｈｉ　ｈｏｎｇ　，ＺＨＡＮＧ　Ｆｅｉ　（１　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆＴｅｘｔｉｌｅ　ａｎｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌ，Ｗｕｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ　Ｈｕｂｅｉ　４３００７３，Ｃｈｉｎａ；　２　Ｌｔｄ　ｏｆ　ｎｅｗ　ｗｅａｖｅ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｏｆ　ｗｕｈａｎ　ｄｏｎｇｍｅｉ，Ｗｕｈａｎ　ｈｕｂｅｉ　４３００７４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ　ａｃｅｔａｔｅ　ｓｌｕｒｒｙ　ｗａｓ　ｍａｄｅ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ＶＡｃ　ａｓ　ｍｏｎｏｍｅｒ，ＯＰ－１０　ａｓ　ｅｍｕｌｓｉｉｅｒ，ｐｏｌｆｙｖｉｎｙｌ　ａｌｃｏｈｏｌ　ａｓ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ　ｃｏｌｌｏｉｄ，ａｍｍｏｎｉｕｍ　ｐｅｒ　ｓｕｌｆａｔｅ　ａｓ　ｔｈｅ　ｉｎｉｔｉａｔｏｒ，ｉｎ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｍｕｌｓｉｏｎ　ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ．Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｄｏｓａｇｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｉｔｉａｔｏｒ　ａｎｄ　ｅｍｕｌｓｉｉｅｒ，ａｎｄ　ｒｅａｃｔｆｉｏｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｎ　ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｖａｃ　ｌａｔｅｘ，ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｅ　ｉｎｉｔｔｉａｔｏｒ　ｏｎ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ａｎｄ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆａｇｉｔａｔｉｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙｏｎｔｈｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎｌａｔｅｘｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｎｔｈｅｂｅｓｔｃｒａｆｉｗｏｒｋｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｐｏｌｙｖｉｎｙｌ　ａｃｅｔａｔｅ　ｓｌｕｒｒｙ　ｗｅｒｅ　ｄｉｃｉｄｅｄ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｌｕｒｒｙ；Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ　ａｃｅｔａｔｅ；Ｅｍｕｌｓｉｏｎ　ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ；Ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ；Ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ