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本文作者：程雷張慶李慧霞作者單位：東華大學(xué)化學(xué)化工與生物工程學(xué)院上海市紡織科學(xué)研究院

印花色漿是印花過程的重要組成部分，決定印花效果的好壞。數(shù)碼印花對(duì)色漿的要求比較苛刻，色漿中最重要的成分是增稠劑，其直接決定色漿的性能和印花效果。數(shù)碼印花機(jī)上的增稠劑主要是合成增稠劑。因?yàn)楹铣稍龀韯┚哂辛己玫牧髯冃?、高度的觸變性，在剪切應(yīng)力的作用下，色漿黏度降低，顯示出良好的流動(dòng)性、觸變性，當(dāng)剪切應(yīng)力一旦消除，色漿的黏度很快恢復(fù)。保證了印花花紋輪廓清晰，線條精細(xì)光潔。聚丙烯酸類增稠劑是合成增稠劑中最常用的一類，結(jié)構(gòu)式為[－CH2－CH(COO－)]n－，由于其成糊率高，流變性能好，含固量低以及具有高黏度等優(yōu)點(diǎn)，可以較好地用在數(shù)碼印花上。聚丙烯酸類增稠劑增稠機(jī)理：在羧基未中和前，電解質(zhì)羧酸高分子鏈在水中呈卷曲狀態(tài)僅與少量水結(jié)合；當(dāng)用三乙醇胺中和后，分子鏈上的羧基變成羧酸陰離子，發(fā)生水合，可結(jié)合大量水分子，另外羧基解離后使高分子鏈帶上較多的負(fù)電荷，分子鏈之間存在斥力，卷曲的分子鏈在水中伸展，抱合大量的水，大大減少溶液中自由狀態(tài)的水，使高分子鏈之間相互運(yùn)動(dòng)阻力增大，對(duì)水起到增稠作用；當(dāng)高分子鏈問發(fā)生輕度交聯(lián)，高分子電解質(zhì)在分子鏈間形成的三維網(wǎng)絡(luò)中可裹住更多的水，增稠效果更好。然而這類增稠劑耐電解質(zhì)性能并不是很好，即在配制糊料時(shí)，遇到鹽類電解質(zhì)，黏度會(huì)大幅下降，其使用范圍受到限制。并且黏度下降會(huì)提高增稠劑的用量，導(dǎo)致糊料制作成本增加，造成人力、物力、財(cái)力的巨大浪費(fèi)。因此研究聚丙烯酸類增稠劑的耐電解質(zhì)性很有必要。本文詳細(xì)研究了聚丙烯酸類增稠劑的耐電解質(zhì)性性能，并且測(cè)試幾類助劑對(duì)其耐電解質(zhì)性能的影響情況，找到可以改善其耐電解質(zhì)性能的途徑。

一、實(shí)驗(yàn)部分

1.材料與儀器

藥品：聚丙烯酸類增稠劑、PEG類表面活性劑、十甲基環(huán)五硅氧烷（D5)、消泡劑、螯合劑、三乙醇胺、NaCl、MgCl2、去離子水。儀器：NDJ-8S數(shù)顯黏度計(jì)、實(shí)驗(yàn)窒多功能分散研磨機(jī)、pHS-3C酸度計(jì)、XY系列精密電子天平。

2.實(shí)驗(yàn)方法

1)原糊的配制

首先稱取一定質(zhì)量的增稠劑粉末放進(jìn)燒杯，再加入一定量的去離子水，初步攪拌5min，然后加入一定量的三乙醇胺調(diào)pH值增稠。最后用攪拌機(jī)繼續(xù)攪拌30min，即得到增稠劑原糊。放置12h后使用。原糊配制方案如下：增稠劑X%去離子水Y%三乙醇胺Z%總量100%

2)黏度的測(cè)試

用去離子水配制一定濃度的聚丙烯酸類增稠劑原糊，然后采用NDJ-8型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)的4#轉(zhuǎn)子及0.6轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速測(cè)其黏度，以Pa•s為單位。黏度數(shù)值愈大，表示增稠效果越好。

3)黏度保留率

黏度保留率是指加入電解質(zhì)后，增稠劑原糊的黏度相對(duì)于原糊加入電解質(zhì)之前的黏度的比值。取100g增稠劑原糊3份，分別測(cè)試其黏度，再分別加入5%的電解質(zhì)溶液0g、1g、2g，即每100g增稠劑原糊加入0、0.05%、0.10%的電解質(zhì)溶液，攪拌均勻，然后測(cè)試加入后原糊的黏度值，計(jì)算黏度保留率。黏度保留率=(加入電解質(zhì)后原糊度/加入電解質(zhì)前原糊度)×100%4)助劑對(duì)原糊耐電解質(zhì)性能影響的測(cè)試取100g待測(cè)原糊幾份，加入不同量的助劑溶液，攪拌均勻，然后測(cè)試加入電解質(zhì)后的黏度值，計(jì)算黏度保留率，黏度保留率的計(jì)算方法同上。

二、結(jié)果與討論

1.聚丙烯酸類增稠劑耐電解質(zhì)情況

在增稠劑原糊中加入電解質(zhì)，由于在電解質(zhì)的靜電場(chǎng)作用下，同離子效應(yīng)屏蔽了羧基負(fù)離子，使分子鏈段上負(fù)電荷密度減小，減少了大分子上負(fù)離子相互間的斥力，所以增稠劑原糊黏度下降。不同量的電解質(zhì)和不同種類的電解質(zhì)加入增稠劑原糊的黏度影響也不同，表1為聚丙烯酸類增稠劑耐電解質(zhì)性能測(cè)試情況。由表1可知，首先加入電解質(zhì)后，增稠劑原糊的黏度的保留率很低。說明增稠劑原糊耐NaCl、MgCl2性能不好，但原糊的耐電解質(zhì)性能隨pH值的提高而增大。因?yàn)殡S著原糊的pH值的提高，體系的可電離的羧酸陰離子增多，可抱合更多的水分子，則體系抱水能力越強(qiáng)，表現(xiàn)為耐電解質(zhì)性變好。其次，加人NaCl、MgCl2以后，原糊黏度會(huì)大幅下降。原因是加入的物質(zhì)在原糊中電離出Na+、Mg2+等陽離子，屏蔽了分子鏈內(nèi)羧酸陰離子的靜電斥力，使鏈?zhǔn)湛s，黏度下降，黏度保留率也就下降了。然后可以看出，增稠劑原糊對(duì)MgCl2最敏感，次之是NaCl。因?yàn)镸g2+比Na+電荷數(shù)較多，在加入相同的量后，在體系中能與更多的羧酸陰離子發(fā)生結(jié)合，較多地減少了體系羧酸陰離子數(shù)量，因而對(duì)MgCl2較敏感。當(dāng)加入過量的電解質(zhì)，增稠劑原糊黏度也不會(huì)無限制的下降，會(huì)有一個(gè)最低值，以后再加入，原糊黏度基本不變。

2.PEG類表面活性劑對(duì)增稠劑耐電解質(zhì)性影響

在增稠劑原糊中加入PEG類非離子表面活性劑，增稠劑原糊黏度有些許增大，在一定程度保持原糊黏度相對(duì)穩(wěn)定。由于PEG型非離子表面活性劑中高分子醚鏈同增稠劑的高分子親水鏈相互吸附，形成復(fù)合物，受復(fù)合物中高分子鏈的相互束縛和大分子的空間位阻的作用，所產(chǎn)生的靜電效應(yīng)不足以使合成增稠劑高分子鏈擺脫束縛和克服位阻，因此，耐電解質(zhì)性能有所提高。另外親水性基團(tuán)的極性作用，降低了表面電阻，增加了靜電導(dǎo)電率，使高分子鏈上的電荷得到分散，也是黏度保持相對(duì)穩(wěn)定的原因之一。表2為PEG類對(duì)增稠劑耐電解質(zhì)性影響情況。由表2可知，增稠劑原糊加入PEG類表面活性劑后，其耐NaCl性能稍微變好，加入PEG1000效果相對(duì)最好，但當(dāng)NaCl加量很大時(shí)，靜電場(chǎng)逐漸增強(qiáng)，增稠劑高分子鏈逐漸擺脫束縛和克服位阻，呈卷曲狀，黏度下降．這說明PEG型非離子表面活性劑可在一定程度上改善合成增稠劑的耐電質(zhì)性能，使黏度保持相對(duì)穩(wěn)定。但效果不是很明顯。不同用量的PEG1000對(duì)增稠劑原糊的耐電解質(zhì)性影響也不同，圖1表示增稠劑原糊加入不同量PEG1000后耐電解質(zhì)情況。由圖1可知，加入PEG1000后，增稠劑原糊的耐NaCl性能有所提高，隨著PEG1000的用量不同，加入0.1g時(shí)的耐NaCl性能最好，加入0.2g次之，加入0.4g時(shí)，相對(duì)較差。加入PEG1000后，增稠劑原糊的耐MgCl2性能有所提高，隨著PEG1000的用量不同，加入0.1g時(shí)的耐MgCl2性能最好，加入0.3g次之，加入0.4g時(shí)，相對(duì)較差。綜上，每100g增稠劑原糊加入0.1g的PEG1000，耐NaCl、MgCl2都相對(duì)最好。

3.十甲基環(huán)五硅氧烷對(duì)增稠劑耐電解質(zhì)性影響

在增稠劑原糊中加入十甲基環(huán)五硅氧烷，使得原糊耐NaCl性能有少許增強(qiáng)，不同用量對(duì)原糊黏度的影響也不一樣，表3為十甲基環(huán)五硅氧烷對(duì)增稠劑的耐電解質(zhì)性的影響。由表3可知，十甲基環(huán)五硅氧烷的加入使得原糊的耐NaCl性能增強(qiáng)，由于有機(jī)溶劑為憎水性，在增稠體系中加入電解質(zhì)時(shí)，對(duì)有機(jī)相的影響比較小，還可以維持原有的立體結(jié)構(gòu)，所以有機(jī)溶劑和表面活性劑的加入有利于提高增稠劑的耐電解質(zhì)性能。并且，由表3看出加入0.5g時(shí)的效果相對(duì)最明顯。

4.消泡劑對(duì)增稠劑的耐電解質(zhì)性影響

因?yàn)樵谂渲圃龝r(shí)或加入助劑攪拌時(shí)，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量氣泡，并且由于原糊黏度大，原糊內(nèi)氣泡很難自己消除，因而影響?zhàn)ざ鹊臏y(cè)定。所以向增稠劑原糊中加入消泡劑消除氣泡，并測(cè)試其對(duì)增稠劑原糊耐電解質(zhì)性能的影響，表4為消泡劑對(duì)增稠劑原糊耐電解質(zhì)性能的影響。由表4可知，加入消泡劑后，原糊的黏度要降低，可能是因?yàn)橄輨┲泻须x子成分，減少了體系的羧酸陰離子數(shù)量，體系抱合水分子能力下降，則體系黏度降低。因而加入消泡劑對(duì)增稠劑耐電解質(zhì)性能沒有幫助。本實(shí)驗(yàn)想通過消泡劑去除氣泡，使黏度測(cè)量更加準(zhǔn)確。但效果不好，并且會(huì)降低其耐電解質(zhì)性能。所以以上三類消泡劑不適用。

5.螯合劑對(duì)聚丙烯酸增稠劑耐電解質(zhì)性影響

由于螯合劑具有螯合離子的作用并且存在大分子結(jié)構(gòu)，一方面當(dāng)加入螯合劑后，可以螯合體系電解質(zhì)離子，使體系電解質(zhì)離子減少，另一方面與增稠劑分子形成大分子結(jié)構(gòu)，使體系穩(wěn)定性增加。從而可以改善增稠劑原糊的耐電解質(zhì)性能。表5為螯合劑DTPMPA用量對(duì)增稠劑原糊耐電解質(zhì)性的影響，表6為螯合劑PBTCA用量對(duì)增稠劑原糊耐電解質(zhì)性的影響，表7為螯合劑HEDP用量對(duì)增稠劑原糊耐電解質(zhì)性的影響，表8為螯合劑HEDP用量對(duì)增稠劑原糊耐電解質(zhì)性的影響。

由表5可知，螯合劑DTPMPA加入后增稠劑原糊耐NaCl性能增強(qiáng)，用量為每100g糊料加入0.05g和1.00g稀釋溶液時(shí)的效果明顯。DTPMPA螯合劑是液體，溶液呈弱酸性，是一種支鏈較多，具有較強(qiáng)螯合能力的助劑，可抑制碳酸鹽、硫酸鹽的生成。當(dāng)加入到原糊中，雖然DTPMPA本身的酸性，會(huì)少許降低溶液的pH，則體系原糊會(huì)有些許降低。但DTPMPA與羧酸陰離子會(huì)發(fā)生結(jié)合，使得形成大的離子團(tuán)體，有利于抱合更多的水分子，另一方面當(dāng)電解質(zhì)加入時(shí)，DTPMPA與電解質(zhì)離子發(fā)生螯合，去除電解質(zhì)離子，減小了電解質(zhì)對(duì)原糊的影響。因而提高了原糊的耐電解質(zhì)性能。不同的用量對(duì)原糊的影響不一樣，可能是因?yàn)轵蟿┓肿优c體系羧酸陰離子結(jié)合程度和電解質(zhì)用量有關(guān)。當(dāng)然不能無限地增加DTPMPA的用量，體系會(huì)有一個(gè)飽和值。找到用量小、效果明顯的用量是關(guān)鍵。每100g糊料加入0.05gDTPMPA改善增稠劑耐電解質(zhì)性能最好。

由表6可知，螯合劑PBTCA對(duì)增稠劑原糊的耐電解質(zhì)性沒有作用。PBTCA由于其結(jié)構(gòu)還有較多的-COOH，其本身pH值呈強(qiáng)酸性，加入后大幅降低了體系的pH值，不利于體系羧酸陰離子的電離，致使原糊黏度降低很多，雖然具有螯合作用，但由于其結(jié)構(gòu)原因，可螯合離子的支鏈少，其螯合作用沒有DTPMPA強(qiáng)，可能pH的影響占主要作用，對(duì)原糊耐電解質(zhì)性沒有提高。所以數(shù)據(jù)顯示，耐電解質(zhì)性能還變差了。

由表7可知，螯合劑加入HEDP，原糊的耐電解質(zhì)性能增加，不同量對(duì)原糊的影響也不一樣，加入0.1g比0.05g的效果好得多。原因與DTPMPA相似，加入HEDP后，其能與水中的金屬離子，尤其是鈣鎂離子形成六圓環(huán)螯合物，并且螯合離子的支鏈多，其有很強(qiáng)的螯合作用，螯合電解質(zhì)離子占主導(dǎo)作用，使體系的電解陽離子減少，抵消一部分電解質(zhì)的影響，所以對(duì)耐電解質(zhì)性提高有效果。

由表8可知，加入螯合劑EDTMPA，對(duì)增稠劑原糊耐電解質(zhì)性能有效果，但不明顯。雖然EDTMPA有較強(qiáng)的螯合能力，但其本身也是呈強(qiáng)酸性，對(duì)體系pH值的影響也較大，綜合起來就原糊對(duì)耐電解質(zhì)提高無明顯效果，沒DTPMPA，HEDP的效果好。

三、結(jié)論

聚丙烯酸類增稠劑加入PEG類表面活性劑對(duì)其耐電解質(zhì)改善有些許效果，其中PEG1000改善效果稍好，100g原糊用量0.1g改善效果相對(duì)較好。聚丙烯酸類增稠劑加入十甲基環(huán)五硅氧烷后可以改善其耐電解質(zhì)性能，對(duì)于不同用量的加入，每100g增稠劑原糊加入0.5g效果相對(duì)明顯。聚丙烯酸類增稠劑原糊中加入消泡劑，消泡效果不好，對(duì)原糊耐電解質(zhì)性沒有提高，反而會(huì)下降。聚丙烯酸類增稠劑中加入螯合劑DTPMPA、PBTCA、EDTMPA、HEDP后，原糊黏度稍微降低，PBTCA、EDTMPA對(duì)增稠劑耐電解質(zhì)性改善無作用。DTPMPA、HEDP對(duì)增稠劑耐電解質(zhì)性改善有較好效果，每100g增稠劑原糊加入DTPMPA溶液0.05g或HEDP溶液0.1g改善效果比較明顯。