巴德富產品與服務 | 應用於聚酯長纖胎基布後整理的丙烯酸膠乳製備及性能研究

星空体育app在线登录入口：實驗采用預乳化種子半連續聚合法，通過乳化劑配比和用量的調整，增強高Tg乳液的聚合穩定性，優(you) 化凝膠率。通過對乳液玻璃化轉變溫度的調整，以及探究交聯單體(ti) 的引入，對乳液力學性能和熱尺寸穩定性的影響，對上膠後的胎基布進行力學性能、熱尺寸穩定性等一係列性能測試，開發出一款用於(yu) 胎基布後整理工藝，具有增強聚酯胎基布應用性能的乳液產(chan) 品。

關(guan) 鍵詞：膠乳，聚酯胎基布後整理，熱尺寸穩定性

作者|  羅定祥、張研發、謝元斌、劉燕

前言

以聚酯長纖胎基布為(wei) 胎體(ti) 的防水卷材，現已大量應用在房屋建設、高速鐵路、高速公路、機場、港口碼頭、水利設施等領域。以聚酯長纖胎基布為(wei) 胎體(ti) 的防水卷材在實際應用中能更好地抵抗外界負荷，均勻分布外界應力和抗變形能力，並具有均勻的抗熱縮性能及較長的防水持久性[1]。雖然聚酯長纖胎基布的綜合性能較為(wei) 優(you) 異，但是仍然不滿足於(yu) 現階段防水卷材對胎體(ti) 的力學性能與(yu) 抗熱收縮的應用要求，故一般的胎體(ti) 在製備防水卷材前都會(hui) 有後整理工藝，以澱粉或乳液浸漬後加熱上膠的形式，提高胎基布的力學性能和熱尺寸穩定性。本試驗通過對Tg的調整和添加交聯單體(ti) 的方式，製備出了適用於(yu) 聚酯長纖胎基布後整理增強應用性能的苯丙膠乳。

1、實驗部分

1.1 實驗試劑

（st)、丙烯酸正丁酯（BA）、（2-EHA）、丙烯酸（AA）、甲基（LMA）、乙烯基三甲氧基矽烷(A-171)、二乙烯基、雙丙酮（DAAM）、己二酸二酰肼（ADH）、十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）、十二烷基酚聚氧乙烯醚（OP-10）、HS-10反應型乳化劑、過硫酸銨、亞(ya) 硫酸鈉、，均為(wei) 市售工業(ye) 品。

1.2 實驗儀(yi) 器

5000mL四口燒瓶；冷凝管；溫度計；水浴鍋，三角牌；溫控儀(yi) ，國產(chan) ；蠕動泵，國產(chan) ；分散機，國產(chan) ；旋轉黏度計，國產(chan) ；軟管；不同容量燒杯若幹。

1.3 製備方法

為(wei) 了保證聚合反應體(ti) 係的穩定性與(yu) 轉化率，本實驗采用預乳化種子半連續乳液聚合工藝。其聚合原理為(wei) 無規則自由基聚合反應，反應機理[2]如下：

1.3.1 乳液製備流程

乳液製備流程見圖1，乳液聚合基礎配方見表1。

聚合工藝流程圖[3]：

圖1 乳液製備流程

首先向3000ml燒杯中加入規定量無離子水，將一部分十二烷基苯磺酸鈉、OP-10、HS-10投入燒杯中，攪拌20min，待乳化劑完全溶解後，在攪拌狀態下依次投入苯乙烯、、丙烯酸異辛酯、丙烯酸、甲基丙烯酸月桂酯、乙烯基三甲氧基矽烷、二乙烯基苯、雙丙酮丙烯酰胺，最後投入過硫酸銨，攪拌30min後封好備用。

1.3.1.2種子乳液的製備

在燒瓶中加入規定量的去離子水，剩餘(yu) 的陰離子乳化劑、非離子型乳化劑、反應型乳化劑，攪拌升溫溶解。當溫度達到75～80℃時，取3.5％預乳化液和適量的過硫酸銨水溶液加入，保溫20min。

1.3.1.3半連續進料工藝及試驗具體(ti) 步驟

在75～80℃條件下，將剩餘(yu) 的預乳化液控製在4h內(nei) 勻速滴加完成，滴加結束後保溫1h，降溫至60～65℃，同時滴加適量的過硫酸銨溶液與(yu) 亞(ya) 硫酸鈉溶液，滴加時常控製在1h內(nei) ，滴加結束後保溫10min，降溫至50℃以下用氨水溶液調PH至7-8，再加入適量己二酸二酰肼溶液，攪拌10min後用350目濾布過濾出料。

1.3.2 化學膠的製備

聚酯長纖胎基布後整理化學膠配方見表2

先在燒杯中加入去離子水和澱粉，攪拌10min後加入，調整適當的攪拌速度，攪拌10min後備用。

1.4 聚酯長纖胎基布膠乳的性能檢測方法

按照行標HG/T 4663-2014《聚酯長纖胎基布用膠乳》要求，使用130g/㎡或210g/㎡的全幅無紡布按縱向和橫向裁取400mm X 240mm布樣，於(yu) 膠液中飽和浸漬後，平鋪於(yu) 幹淨整潔的台麵，用幹淨的圓輥筒滾壓，擠掉多餘(yu) 膠液，鐵架懸空緊張，置於(yu) 200℃烘箱中鼓風3min~4min，在空氣中停放2min~3min後取下，即製成模擬胎基布，本實驗選用130g/㎡的布樣。

WL：布樣上膠後烘幹的質量；

WF：布樣上膠前的質量；

上膠率：布樣上交後增加的質量占布樣質量的比例。

根據表2聚酯長纖胎基布後整理化學膠配方，按照行標HG/T 4663-2014《聚酯長纖胎基布用膠乳》的要求製備測試樣品並進行測試。

根據行標HG/T 4663-2014《聚酯長纖胎基布用膠乳》要求，按圖3所示夾持線間標出標記線aa'、bb'。在標記線處測定試件的寬度，在兩(liang) 標記線中間處測定試件標記線間的長度，標記和測量誤差不大於(yu) 0.2mm將試件夾在符合標準要求的夾持器上，放入加熱到200℃的烘箱中，將夾持器自由懸掛在烘箱的支架上，把配重砝碼掛在下夾持器上，關(guan) 上烘箱門，試件在200℃和規定荷重的狀態下保持10min。然後從(cong) 烘箱中取出，在室溫懸掛5min後，去掉配重砝碼和夾持器，在測量處測定寬度及長度尺寸， 結果計算熱尺寸穩定性按公式計算。

熱尺寸穩定性按公式（1）計算：

式中:

R——熱尺寸穩定性，以%表示；

L0——試驗前試件尺寸的數值，單位為(wei) 毫米(mm)；

L——試驗後試件尺寸的數值，單位為(wei) 毫米(mm)；

分別計算縱向和橫向5個(ge) 試件的熱尺寸穩定性的算術平均值作為(wei) 產(chan) 品縱向或橫向的熱尺寸穩定性。

1.4.3.機械穩定性

將乳液試樣用350目濾布過濾，然後在小型高速分散機以4000r／min的速度高速分散10min，再用350目濾布過濾，若能過濾，並且凝膠量少於(yu) 0.01g，則認為(wei) 乳液的機械穩定性通過。

1.4.4.貯存穩定性

取200目過濾後的乳液樣品200 g在樣品杯中密封，放置在50℃的鼓風幹燥箱中貯存7 d、14 d、1個(ge) 月，當底部沒有出現沉澱或液麵沒有出現分層現象，則認為(wei) 貯存穩定。

1.4.5.凝膠率

用200目過濾所合成的乳液樣品，將濾渣以及攪拌槳、反應器壁上的凝聚物在120℃下烘至恒質量Wc，凝膠量的計算如式(1)。

式中：Wc為(wei) 凝聚物質量，Wt為(wei) 聚合物乳液中反應單體(ti) 的實際添加量。

2、結果與(yu) 討論

2.1 單體(ti) 組成對乳液性能的影響

單體(ti) 小分子是聚合物高分子鏈最基本的組成部分，單體(ti) 的種類和用量會(hui) 直接影響到聚合物的性能，需根據應用需求考慮每種單體(ti) 的用量以及配比。玻璃化轉變溫度是聚合物的重要參數，對聚合物的力學性能有著決(jue) 定性作用，聚合物乳液的成膜溫度也與(yu) 其玻璃化轉變溫度保持相同的趨勢。交聯劑是高分子聚合體(ti) 係中常用物質，交聯單體(ti) 中含有多個(ge) 官能團或是不飽和鍵，可以增強聚合物分子鏈的交聯度，能夠顯著提高聚合物的力學性能與(yu) 聚合物的熱穩定性。考慮到聚合反應的穩定性與(yu) 成本，選擇苯乙烯作為(wei) 硬單體(ti) ，選用丙烯酸正丁酯、丙烯酸異辛酯作為(wei) 軟單體(ti) ，丙烯酸作為(wei) 聚合保護單體(ti) ，表3設計出體(ti) 係不同Tg的試驗。

通過調整軟單體(ti) 及硬單體(ti) 的用量來調整體(ti) 係的Tg，主要測得其斷裂伸長率、斷裂拉力與(yu) 熱尺寸穩定性，如表3所示，隨著聚合體(ti) 係中硬單體(ti) 用量的提高，聚合物乳液的理論Tg呈上升趨勢。由表4可知，在相同體(ti) 係下，隨著聚合物乳液Tg的提高，聚合物的力學性能也呈現上升的趨勢，斷裂伸長率因聚合物強度提高導致的韌性變差而減小，在拉力作用下的受熱形變減小，熱尺寸穩定性更佳。但隨著聚合物Tg的逐步提高，聚合物力學性能的提升幅度減小，配方E的力學性能最佳，且熱尺寸穩定性最好。

2.2 乳化體(ti) 係對聚合物乳液穩定性的影響

乳化劑是乳液聚合的重要組成部分，一般乳化劑不直接參與(yu) 聚合反應，而乳化劑形成的乳膠粒卻是作為(wei) 自由基聚合的主要場所，對聚合反應的穩定進行有著舉(ju) 足輕重的作用，同時乳化劑也會(hui) 影響到乳液的表麵性質與(yu) 應用性能，對後期的儲(chu) 存穩定性、機械穩定性以及對基材的潤濕性等起到重要作用。表5對Tg為(wei) 60℃的乳液聚合配方進行乳化劑部分的調整。

非離子乳化劑鏈段上的親(qin) 水基團易與(yu) 水分子形成氫鍵，則含非離子乳化劑的乳膠粒外層會(hui) 產(chan) 生較厚的水化層，使得乳膠粒在高溫與(yu) 剪切的作用下不易發生聚並甚至破乳的情況。但是過量的非離子乳化劑會(hui) 導致乳膠粒外層水化層太厚，使得水相中的單體(ti) 自由基不易穿過水化層進入乳膠粒，有較大幾率在水相中進行鏈增長從(cong) 而產(chan) 生凝膠。對比配方E-1、E-2、E-3非離子乳化劑增加，非離子乳化劑用量的提高有利於(yu) 儲(chu) 存穩定性的提升，對比配方E-5、E-6，隨著非離子用量的持續增加，乳液的凝膠量明顯提高，故非離子乳化劑的添加量以0.6%為(wei) 宜。

反應型乳化劑含有不飽和鍵，可通過與(yu) 聚合物分子鏈反應接枝而穩定包覆在乳膠粒的表麵，不會(hui) 因為(wei) 熱運動或剪切而發生脫離，能大幅提升乳膠粒在聚合過程中的穩定性。對比E-2、E-4、E-5，隨著反應型乳化劑用量的增加，凝膠量呈減少趨勢，選擇反應性乳化劑的用量為(wei) 0.7%為(wei) 宜。

2.3 交聯單體(ti) 對乳液的影響

在聚合配方中添加交聯單體(ti) 可以提高聚合物分子量與(yu) 交聯度，外添加交聯單體(ti) 可以在乳液成膜階段與(yu) 聚合物分子鏈上的官能團反應形成交聯網絡，可以顯著提高乳液成膜的致密度與(yu) 強度，嚐試以此提高聚酯胎基布上膠後的力學性能與(yu) 熱尺寸穩定性，表7嚐試引入不同的交聯單體(ti) ，表8探究同種交聯單體(ti) 的不同用量對乳液性能的影響。

交聯單體(ti) 在聚合反應過程中會(hui) 與(yu) 多個(ge) 單體(ti) 自由基或鏈段結合生成大分子聚合物，若交聯單體(ti) 添加較多，則有可能導致聚合物分子鏈在水相中增長過快，來不及進入乳膠粒便生成大分子顆粒，導致凝膠的產(chan) 生。故在使用交聯單體(ti) 時應關(guan) 注聚合反應過程中凝膠的產(chan) 生，控製交聯單體(ti) 適量添加，表9為(wei) 相同聚合體(ti) 係下添加不同種類交聯單體(ti) 得到的測試結果，表10為(wei) 添加同種交聯單體(ti) 不同用量情況下的測試結果。

本實驗選用不同種類的交聯劑單體(ti) 進行對比實驗，交聯單體(ti) 的添加量均為(wei) 0.3%。

表9所示，選用二乙烯基苯為(wei) 交聯劑，聚酯布上膠後的力學性能與(yu) 熱尺寸穩定性最優(you) ，但是凝膠量偏高較多。選用雙丙酮丙烯酰胺的體(ti) 係力學性能與(yu) 熱尺寸穩定性也較好，且凝膠量少，故配方Ⅰ較為(wei) 合適。

表10所示，隨著交聯單體(ti) 用量的增加，體(ti) 係的力學性能與(yu) 熱尺寸穩定性呈上升趨勢，但是當交聯單體(ti) 添加量到1.5%時，體(ti) 係的力學性能和熱尺寸穩定性基本沒有提升，且存在一定下降趨勢。交聯單體(ti) 的過量添加會(hui) 導致乳液成膜後的交聯密度過大，產(chan) 生脆性，不利於(yu) 力學產(chan) 品性能的提升，故選擇配方Ⅰ-3較為(wei) 合適。

結語

通過對乳液聚合體(ti) 係玻璃化轉變溫度的調整，對乳化劑種類和用量的調整，對交聯單體(ti) 及其適宜用量的篩選，確認了一款Tg為(wei) 60℃，SDBS用量為(wei) 0.5%，OP-10用量為(wei) 0.6%，HS-10用量為(wei) 0.7%，雙丙酮丙烯酰胺用量為(wei) 1%，己二酸二酰肼用量為(wei) 0.5%的苯丙乳液，上膠後使得聚酯胎基布在力學性能與(yu) 熱尺寸穩定性方麵表現良好。