一种地毯用羧基丁苯胶乳及其制备方法
阅读说明：本技术 一种地毯用羧基丁苯胶乳及其制备方法 (Carboxylic styrene-butadiene latex for carpet and preparation method thereof ) 是由 周兆丰 于 2021-11-19 设计创作，主要内容包括：本发明属于高分子材料中的乳液聚合技术领域,涉及一种地毯用羧基丁苯胶乳,原料包含水相滴加相、引发剂滴加相、油相滴加相和体系液；水相滴加相包含去离子水、稳定剂、分散剂和交联单体；引发剂滴加相包含去离子水和引发剂；油相滴加相包含苯乙烯、功能单体、助稳定剂、分子量调节剂和丁二烯；所述功能单体包括有机硅聚醚改性不饱和羧酸及其脂类。还公开了一种地毯用羧基丁苯胶乳的制备方法,本发明制得的羧基丁苯胶乳具有粒径分布窄,提高了地毯纤维与背衬化纤网格之间的粘接强度,使地毯在剥离强度、耐水耐热性、耐磨性、柔软性、软硬度等性能方面有了大幅提高。(The invention belongs to the technical field of emulsion polymerization in high polymer materials, and relates to carboxylated styrene-butadiene latex for a carpet, which comprises a water phase dropwise adding phase, an initiator dropwise adding phase, an oil phase dropwise adding phase and system liquid; the water phase dropwise adding phase comprises deionized water, a stabilizer, a dispersant and a crosslinking monomer; the initiator dropwise adding phase comprises deionized water and an initiator; the oil phase dropwise adding phase comprises styrene, a functional monomer, a co-stabilizer, a molecular weight regulator and butadiene; the functional monomer comprises organic silicon polyether modified unsaturated carboxylic acid and lipid thereof. The carboxylic styrene-butadiene latex prepared by the invention has narrow particle size distribution, improves the bonding strength between carpet fiber and backing chemical fiber grids, and greatly improves the performances of the carpet, such as peeling strength, water resistance, heat resistance, wear resistance, softness, hardness and the like.)
技术领域
本发明属于高分子材料中的乳液聚合技术领域，涉及一种用于簇绒地毯，裁绒地毯，印花地毯的背涂粘合剂，尤其是涉及一种地毯用羧基丁苯胶乳及其制备方法。
背景技术
地毯是以棉、麻、毛等天然纤维或丙纶、腈纶、涤纶、锦纶等化学合成纤维为原料，通过手工或机械工艺进行编结、裁绒或纺织，用于宾馆、酒店、住宅、体育馆、展览厅、车辆、飞机、船舶等地面的防滑、降噪、隔热、减震、装饰的一种工艺美术品。根据制作材质的不同，可以将地毯分为雪尼尔地毯、混纺地毯、真丝地毯、化纤地毯、塑料地毯等种类，地毯具有耐磨、耐脏、不易褪色、柔软、储尘、可以净化室内空气等特点，在世界范围内具有悠久的使用历史传统。
化纤地毯因其具有良好的使用性能和价格优势，倍受广大消费者的青睐，在整个地毯市场中占有较大的市场份额。化纤地毯是以合成纤维为面层织物，以化纤网格布为背衬，通过粘合剂将面层纤维固定于背衬材料上，赋予地毯优良的粘结强度、适宜的软硬度、以及优良的耐磨耐水等性能，因此，粘合剂的质量对化纤地毯的制备具有重大的影响。目前，化纤地毯主要采用羧基丁苯胶乳、醋酸乙烯胶乳、丙烯酸酯胶乳等水性聚合物乳液作为地毯面层纤维及背衬纤维网格的定型粘合剂。
羧基丁苯胶乳因其对地毯面层纤维和背衬纤维网格具有优异的粘接强度及固定效果，与颜料及填充粉料之间具有良好的相容性，采用羧基丁苯胶乳制得的化纤地毯具有良好的回弹性、柔软性、耐水性、耐磨性以及耐湿热剥离强度，具有广阔的应用市场。
然而，目前市场上的地毯用羧基丁苯胶乳粘合剂在耐水性、耐湿热剥离强度也还存在着一些不足。
发明内容
本申请的目的是针对上述问题，提供了一种地毯用羧基丁苯胶乳；
本申请的又一目的是针对上述问题，提供了一种地毯用羧基丁苯胶乳的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
本申请创造性地提供了一种地毯用羧基丁苯胶乳，原料包含水相滴加相、引发剂滴加相、油相滴加相和体系液；
水相滴加相包含去离子水、稳定剂、分散剂和交联单体；
引发剂滴加相包含去离子水和引发剂；
油相滴加相包含苯乙烯、功能单体、助稳定剂、分子量调节剂和丁二烯；
所述功能单体包括有机硅聚醚改性不饱和羧酸及其脂类。
在上述的一种地毯用羧基丁苯胶乳中，按重量份计，所述水相滴加相包含20-50份去离子水、2-6份稳定剂、0.1-0.5份分散剂和1-3份交联剂，所述引发剂滴加相包含30-50份去离子水和0.2-1.1份引发剂，所述油相滴加相包含50-70份苯乙烯、3-5份功能单体、1-3份助稳定剂、0.1-0.5份分子量调节剂和30-50份丁二烯，所述体系液包含30-50份去离子水，体系液中溶解有电解质、螯合剂、pH缓冲剂和pH调节剂中一种或两种以上。
在上述的一种地毯用羧基丁苯胶乳中，功能单体包括包括双端丙烯酰氧基聚醚硅油、双端丁烯酰氧基聚醚硅油、双丁烯酰氧基聚醚硅油和双马来酸酰氧基聚醚硅油中的一种或两种以上。
在上述的一种地毯用羧基丁苯胶乳中，所述稳定剂包括反应型阴离子表面活性单体稳定剂和反应型非离子表面活性剂单体稳定剂。
进一步地，反应型阴离子表面活性单体稳定剂包括烯丙基硫酸钠、烯丙基磺酸钠、烯丙基苯磺酸钠、烯丙基萘磺酸钠、六氟代丙烯酸酯二烷基苯磺酸钠中的一种或两种以上。
进一步地，反应型非离子表面活性剂单体稳定剂包括烯丙基醚氨基硅油、烯丙基氨基甲酸酯、烯丙基聚氧乙烯醚、烯丙基聚氨酯、油酸山梨糖醇酯、丙烯酸十二醇酯中的一种或两种以上。
在上述的一种地毯用羧基丁苯胶乳中，所述交联单体包括含羟基不饱和酰胺。
进一步地，交联单体包括N-羟甲基丙烯酰胺、羟乙基丙烯酰胺、N-(3-羟丙基)丙烯酰胺、羟基聚乙二醇丙烯酰胺中的一种或两种以上。
在上述的一种地毯用羧基丁苯胶乳中，所述助稳定剂包括脂肪族不饱和多元醇。
进一步地，助稳定剂包括丙烯酸季戊四醇酯、甲基丙烯酸山梨糖醇酯、顺丁烯二酸酐木糖醇二酯、丙烯酸甘油单酯中的一种或两种以上。
在上述的一种地毯用羧基丁苯胶乳中，所述分散剂包括聚磷酸铵、聚磷酸钠、聚磷酸钾、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸铵中一种或几种。
在上述的一种地毯用羧基丁苯胶乳中，电解质包括氯化钾、氯化钠或其他市售电解质。
在上述的一种地毯用羧基丁苯胶乳中，螯合剂包括乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二钠或其他市售螯合剂。
在上述的一种地毯用羧基丁苯胶乳中，pH缓冲剂为磷酸缓冲液或其他市售pH缓冲液。
在上述的一种地毯用羧基丁苯胶乳中，pH调节剂包括氢氧化钠溶液。
在上述的一种地毯用羧基丁苯胶乳中，分子量调节剂包括烷基硫醇。
本发明还提供了一种地毯用羧基丁苯胶乳的制备方法，包括以下步骤：
将去离子水、稳定剂、分散剂和交联单体混合制备水相滴加相；
将去离子水和引发剂混合制备引发剂滴加相；
将苯乙烯、功能单体、助稳定剂、分子量调节剂和丁二烯混合制备油相滴加相；
在体系液中加入水相滴加相、油相滴加相和引发剂滴加相反应。
进一步地，地毯用羧基丁苯胶乳的制备方法，包括以下步骤：
(1)水相滴加相的制备
将20-50份去离子水、2-6份稳定剂、0.1-0.5份分散剂和1-3份交联剂混合，搅拌制备水相滴加相，
(2)引发剂滴加相的制备
将30-50份去离子水和0.2-1.1份引发剂混合制备引发剂滴加相。
(3)油相滴加相的制备
将50-70份苯乙烯、3-5份功能单体、1-3份助稳定剂、0.1-0.5份分子量调节剂和30-50份丁二烯混合制备油相滴加相。
上述水相滴加相的制备、引发剂滴加相的制备和油相滴加相的制备可以以任意顺序进行。
(4)在反应釜中加入30-50份去离子水，并加入电解质、螯合剂、pH缓冲剂和pH调节剂中一种或两种以上，调节反应体系pH为2-6，搅拌分散并溶解均匀得到体系液，并升温至75-95℃。
上述各组分的份数按照重量份计。
(5)在75-95℃的体系液中加入水相滴加相、油相滴加相和引发剂滴加相反应。
作为优选，在体系液中水相滴加相、油相滴加相和引发剂滴加相分两次加入，控制聚合物结构和反应放热，每次加入之后分别进行保温反应。
进一步地，第一次加入水相滴加相中的20-30wt％、油相滴加相中的10-15wt％和引发剂滴加相中的5-10wt％，保温反应1-2小时。
第二次采用滴加方法加入剩余的水相滴加相、油相滴加相和引发剂滴加相，滴加反应3-5小时，将反应温度控制在85-95℃，滴加完成后，保温反应2-3小时。每隔0.5-1小时取样，测试固含量，当反应体系的转化率达到95％-99.5％时，停止反应。
(6)降温至50-70℃，加入0.1-0.3份中和剂，搅拌分散0.5-1小时，卸料至脱气釜，加入0.05-0.25份的过氧化氢及0.05-0.25份的吊白块作为反应后处理剂，抽真空脱气3-5小时。
(7)提气釜降温至20-40℃，经卸料、过滤、包装，得到一种地毯用羧基丁苯胶乳。
与现有的技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明制得的羧基丁苯胶乳粒径分布窄，粒径大小分布为110nm-150nm，采用有机硅聚醚改性不饱和羧酸及其酯类作为功能单体，提高聚合物的对地毯纤维的浸润性及粘接强度，同时改善地毯粘合剂的柔软耐磨等性能，采用该胶乳作为地毯生产制造中的粘合剂，提高了地毯纤维与背衬化纤网格之间的粘接强度，使地毯在耐湿热剥离强度、耐水耐热性、耐磨性、柔软性等性能方面有了大幅提高。
(2)本发明通过采用反应型阴离子和反应型非离子表面活性单体作为羧基丁苯胶乳的稳定剂，以有机硅聚醚改性不饱和羧酸及其酯类单体为功能单体，含羟基不饱和酰胺类作为交联单体，聚合物盐为分散剂，脂肪族不饱和多元醇为助稳定剂，采用后处理剂脱除羧基丁苯胶乳粘合剂中的残留挥发份，提高了羧基丁苯胶乳的稳定性、粘接强度、可增稠性，提高了羧基丁苯胶乳的稳定性、粘接强度、可增稠性，气味宜人性、以及对颜填料的包覆性能，采用该羧基丁苯胶乳粘合剂制备的地毯具有优良的耐水耐热性、耐老化性、耐磨性、剥离强度及力学性能，赋予地毯适宜的软硬度和柔软性，以及优良的阻燃、耐酸碱、耐老化等性能。
(3)本发明的羧基丁苯胶乳与颜填料之间能形成稳定的分散体系，对颜填料具有优良的包覆粘接效果，颜填料的最大容纳量可达80％以上，可以有效地降低地毯的生产成本，对于促进地毯产品的应用和发展具有重要作用。
附图说明
图1是本申请提供的一实施例的工艺流程框图。
具体实施方式
通过以下具体实施例进一步阐述；
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例1
如图1所示，地毯用羧基丁苯胶乳的制备步骤为：
S1制备水相滴加相、引发剂滴加相和油相滴加相
(1)水相滴加相的制备，依如下配方投料：
搅拌分散1-2小时，配制成水相滴加相，备用。
(2)引发剂滴加相的制备，依如下配方投料：
去离子水： 50kg
过硫酸铵： 0.7kg
搅拌分散1-2小时，配制成引发剂滴加相，备用。
(3)油相滴加相的制备，依如下配方投料：
搅拌分散1-2小时，配制成油相滴加相，备用。
S2配制体系液
向洁净抽真空后的300kg不锈钢反应釜中，加入30kg去离子水，0.05kg的电解质，0.01kg的鳌合剂，0.01kg的pH缓冲剂，搅拌分散并溶解均匀得到体系液，将体系液升温至75-85℃。
S3乳液的制备
向体系液中，同时加入19kg的水相滴加相，13kg的油相滴加相，3kg的引发剂滴加相，保温反应1-2小时。
向反应体系中滴加剩余的37.7kg水相滴加相、111.4kg油相滴加相、47.7kg引发剂滴加相，滴加反应3-5小时，逐步将反应温度控制在85-95℃，滴加完成后，保温反应2-3小时，每隔0.5-1小时取样，测试固含量，当反应体系的转化率达到95％-99.5％时，将反应釜降温至50-70℃，加入0.7kg的中和剂，搅拌分散0.5-1小时，卸料至脱气釜，加入后处理剂，抽真空脱气3-5小时，将脱气釜降温至20-40℃，卸料，过滤，包装，即制得一种地毯用羧基丁苯胶乳。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：
S2配制体系液
向洁净抽真空后的300kg不锈钢反应釜中，加入30kg去离子水，0.05kg的电解质，0.01kg的鳌合剂，0.01kg的pH缓冲剂，搅拌分散并溶解均匀得到体系液，将体系液升温至80-85℃。
S3乳液的制备
向体系液中，同时加入20kg的水相滴加相，13kg的油相滴加相，5kg的引发剂滴加相，保温反应1-2小时。
向反应体系中滴加剩余的36.7kg水相滴加相、111.4kg油相滴加相、45.7kg引发剂滴加相，滴加反应3-5小时，逐步将反应温度控制在85-95℃，滴加完成后，保温反应2-3小时，每隔0.5-1小时取样，测试固含量，当反应体系的转化率达到95％-99.5％时，将反应釜降温至50-70℃，加入0.7kg的中和剂，搅拌分散0.5-1小时，卸料至脱气釜，加入后处理剂，抽真空脱气3-5小时，将脱气釜降温至20-40℃，卸料，过滤，包装，即制得一种地毯用羧基丁苯胶乳。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：
S2配制体系液
向洁净抽真空后的300kg不锈钢反应釜中，加入30kg去离子水，0.05kg的电解质，0.01kg的鳌合剂，0.01kg的pH缓冲剂，搅拌分散并溶解均匀得到体系液，将体系液升温至85-90℃。
S3乳液的制备
向体系液中，同时加入25kg的水相滴加相，16kg的油相滴加相，5kg的引发剂滴加相，保温反应1-2小时。
向反应体系中滴加剩余的31.7kg水相滴加相、108.4kg油相滴加相、47.7kg引发剂滴加相，滴加反应3-5小时，逐步将反应温度控制在85-95℃，滴加完成后，保温反应2-3小时，每隔0.5-1小时取样，测试固含量，当反应体系的转化率达到95％-99.5％时，将反应釜降温至50-70℃，加入0.7kg的中和剂，搅拌分散0.5-1小时，卸料至脱气釜，加入后处理剂，抽真空脱气3-5小时，将脱气釜降温至20-40℃，卸料，过滤，包装，即制得一种地毯用羧基丁苯胶乳。
实施例4-5
地毯用羧基丁苯胶乳的原料由水相滴加相、引发剂滴加相、油相滴加相和体系液组成。
具体组成如下表所示：
对比例1
本对比例与实施例1基本相同，不同之处在于：
功能单体采用等量的丙烯腈替换。
对比例2
地毯用羧基丁苯胶乳的原料包括：
聚合釜抽真空后加入全部量去离子水，并溶解0.05kg的电解质，0.01kg的鳌合剂和0.01kg的pH缓冲剂，升温至75℃后，同时滴加上述原料，滴加时间控制在2-3小时，温度控制在75-95℃，保温反应3-5小时，当转化率达到98％以上，进行脱气处理，用碱液调节胶乳pH值到7-8之间，降温到30℃以下，合成羧基丁苯胶乳。
将上述实施例与对比例进行物性测试，胶乳的测试方法参照的标准如下：
测试结果如下表所示：
结果表明，本发明提供的羧基丁苯胶乳具有更小的粒径，更低的粘度，形成的凝固物占胶乳的比值低，因此具备更好的流动性和稳定性。
应用例
按实施例1、对比例1和对比例2方法合成羧基丁苯胶乳，并分别进行地毯背涂粘合剂的配制，依下表配方，依次投料，制得粘度为10000-15000cps左右的地毯背涂粘合剂。
加料顺序
原料名称
用量
份数
①
去离子水
10g
3％
②
羧基丁苯胶乳
100g
30％
③
碳酸钙粉
220g
66.5％
④
增稠剂
1.5g
0.5％
按实施例1、对比例1和对比例2方法合成羧基丁苯胶乳，并分别进行地毯背衬化纤网格粘合剂的配制，依下表配方，依次投料，制得粘度为1000-5000cps左右的地毯背涂化纤网格粘接用粘合剂。
加料顺序
原料名称
用量
份数
①
羧基丁苯胶乳
51g
55.6％
②
碳酸钙粉
40g
43.7％
③
增稠剂
0.45g
0.5％
将地毯背涂粘合剂按0.144g/平方厘米的用量，均匀涂布在地毯背面纤维上，再将地毯背衬化纤网格粘合剂按0.0114g/平方厘米的用量，均匀涂布在地毯背衬化纤网格上。
将地毯背衬化纤网格与地毯背面纤维牢固贴合，并置于135℃的电热恒温鼓风干燥箱中干燥15分钟左右，得到地毯制品。
将应用例中制得的地毯背涂粘合剂及地毯制品进行性能测试。
(1)地毯背涂粘合剂可增稠性及地毯制品力学性能测试
测试方法参照的标准或设备如下：
测试结果如下表所示：
结果表明，本发明合成的羧基丁苯胶乳在增稠后的粘度更高，具有更好的可增稠性，并且由本发明提供的羧基丁苯胶乳制备地毯制品，具有更高的绒簇拔出力，即粘接强度。同时，本发明制作的地毯背衬具有更小的弯曲强度，质地更为柔软。
(2)地毯制品耐水耐热性能测试
测试方法：在60℃水温下，浸渍24h，记录地毯的尺寸变化、重量变化以及湿热处理后的玻璃地毯背衬剥离强度，剥离强度测试参照GB/T 26843-2011规定的标准，结果如下表所示：
结果表明，本发明制作的地毯制品经湿热处理后的重量变化和体积变化更小，具有更好的耐水耐热性能以及耐湿热剥离强度。
(2)地毯制品的耐磨性
测试方法：在固定的压力下，记录地毯磨损后露出背衬所需要的摩擦次数，结果如下表所示：
结果表明，本发明制作的地毯背衬具有更好的耐磨性。
(3)颜填料可填充性
用不同颜填料(碳酸钙粉)用量的地毯背涂粘合剂制作地毯制品，并参照GB/T26843-2011进行剥离强度，结果如下表所示：
结果表明，采用本发明方法制得的粘合剂在添加高含量颜填料时仍然能够保证地毯制品较高的剥离强度，具有更为优秀的颜填料可填充性。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了水相滴加相、引发剂滴加相、油相滴加相和体系液、去离子水、稳定剂、分散剂、交联单体、引发剂、苯乙烯、功能单体、助稳定剂、分子量调节剂和丁二烯等术语。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种低敏感缓释型聚羧酸保坍剂及其制备方法