用于泡沫上浆的聚丙烯酸酯‑纳米纤维素复合浆料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种用于泡沫上浆的聚丙烯酸酯‑纳米纤维素复合浆料及其制备方法，复合浆料包括以下质量分数计的原料：纳米纤维素分散液10‑50，丙烯酸酯10‑20，甲基丙烯酸酯2‑10，丙烯酰胺2‑5，引发剂0.5‑1，复合乳化剂1‑5，去离子水0‑64。本发明的优点在于：在丙烯酸酯聚合前即添加了纳米纤维素，使纳米纤维素和丙烯酸酯聚合物更均匀的混合；添加的纤维素是纳米纤维素，与有机的丙烯酸酯浆料相比，具有较好的水化能力，可提高浆料液的粘度，延长泡沫液膜因流动而变薄的时间；另外，纤维素以纳米尺度分散，具有较大的极性表面，能吸附在后期发泡后的泡沫浆料液膜表面，对液膜有较好的机械稳定作用。

权利要求

1.一种用于泡沫上浆的聚丙烯酸酯-纳米纤维素复合浆料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)纳米纤维素分散液的制备：

废棉料40g，加入64％硫酸溶液600mL，置于2L烧瓶中，于45℃反应1h；产物在离心机上以10000r/min条件离心10min取上层清液，反复多次合并上层清液得纳米纤维素水溶液，过滤，应用可通过分子量为8000的半透膜透析溶液至中性得到浓度2％的纳米纤维素中性分散液；

2)按照复合浆料的以下配方称量各组分：

所述的丙烯酸酯为丙烯酸乙酯和丙烯酸丁酯的混合物；所述的甲基丙烯酸酯为甲基丙烯酸甲酯；

3)聚丙烯酸酯-纳米纤维素复合浆料：

将上述组分中的1/4～1/3的丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、引发剂以及全部的纳米纤维素分散液、复合乳化剂和去离子水加入反应釜，在40℃～60℃下搅拌预乳化

15min～30min，升温至75℃～90℃；反应15分钟后滴加剩余的丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、引发剂和全部的丙烯酰胺，滴加完毕保温1～3小时，冷却至室温，加适量氨水调节pH值至6-7，出料得聚丙烯酸酯-纳米纤维素复合浆料。

2.根据权利要求1所述的用于泡沫上浆的聚丙烯酸酯-纳米纤维素复合浆料的制备方法，其特征在于：所述的纳米纤维素分散液是将纳米纤维素分散于水中的悬浮液。

3.根据权利要求1所述的用于泡沫上浆的聚丙烯酸酯-纳米纤维素复合浆料的制备方法，其特征在于：所述的引发剂是过硫酸钾和过硫酸铵中的一种。

4.根据权利要求1所述的用于泡沫上浆的聚丙烯酸酯-纳米纤维素复合浆料的制备方法，其特征在于：所述的复合乳化剂包括阴离子型乳化剂和非离子型乳化剂；其中阴离子型乳化剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、油酸钠、油酸钾中的一种；所述非离子型乳化剂为辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、十二醇聚氧乙烯醚、十六醇聚氧乙烯醚中的一种。

5.根据权利要求4所述的用于泡沫上浆的聚丙烯酸酯-纳米纤维素复合浆料的制备方法，其特征在于：阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂的比例为：阴离子：非离子＝1：2。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述废棉料是棉纺厂纺纱产生的纤维素类下脚料。

说明书

用于泡沫上浆的聚丙烯酸酯-纳米纤维素复合浆料及其制备

方法

技术领域

[0001] 本发明属于丙烯酸酯类复合浆料的制备领域，具体涉及一种用于泡沫上浆的聚丙烯酸酯-纳米纤维素复合浆料及其这种复合浆料的制备方法。

背景技术

[0002] 经纱上浆是纺织品加工的重要工序。多年来，浆纱主要采取浸轧工艺完成，其过程主要为：首先按需要配制浆液，然后利用浆纱机以高给液浸轧方式把浆料转移到纱线上，最后经高温烘燥，完成浆纱。传统上浆工艺存在能耗高、浆料消耗高、浆料渗透率高、退浆难度大等问题。

[0003] 经纱泡沫上浆是近年发展的上浆技术，该工艺的主要过程为：将具有一定浓度的浆液经过发泡装置发泡后由液体转变成体积扩大数倍的泡沫体系，然后经施泡装置输送到纱线上。在泡沫上浆时，泡沫由施泡器施加到上浆辊与预压浆辊之间的预压区，随着预压浆辊对上浆辊的挤压作用，泡沫在预压区的分布密度逐渐增大，少量泡沫破裂，大部分泡沫随着上浆辊的转动均匀附着在纱线表面。在上浆辊与主压浆辊之间的挤压区，附着在纱线表面的泡沫经过挤压后破裂，包覆在泡沫中的浆液释放出来，均匀被覆在纱线表面，完成上浆。泡沫上浆有诸多优点，例如浆料用量小、效率高、毛羽贴服效果好等。

[0004] 中国专利CN201210240466.X、CN201210485442.0、CN201310048050.2披露了纱线泡沫上浆的工艺方法及相关设备。从各专利揭示的泡沫上浆工艺可以看到，浆料泡沫在上浆过程中，基本都要经历从发泡器、施泡器经过预压区，然后随着上浆辊转移到挤压区经挤压破裂这一较长的时间，要求浆料泡沫在这一时间段内必须保持稳定。显而易见，浆料泡沫必须具有足够的稳定性才能保证泡沫上浆的顺利进行。因此，在工业生产中，通常除了加入发泡剂以外，还需要加入稳泡剂。泡沫稳定剂主要有两类，一类是增粘型泡沫稳定剂，主要是通过提高液相粘度，增强液膜的表面粘度和抑制表面膜变薄，延长泡沫半衰期，使泡沫体系稳定性增加。根据文献，我们选择了聚乙烯醇(PVA-1799)、羟乙基纤维素(HEC)、羟丙基纤维素(HPMC)、可溶性淀粉、明胶、合成龙胶等六种稳泡剂进行了试验。结果表明，羟乙基纤维素(HEC)的增粘效果最佳，其次是羟丙基纤维素(HPMC)和聚乙烯醇(PVA)，明胶和可溶性淀粉的增粘效果较差。前期探索表明，纤维素衍生物是一种十分有效的稳泡剂。

[0005] 羟乙基纤维素、羟丙基纤维素等纤维素衍生物都是高度增粘型稳泡剂，然而这一类衍生物对液膜强度改善不多。

发明内容

[0006] 本发明目的在于开发一种用于泡沫上浆的聚丙烯酸酯-纳米纤维素复合浆料，具有高度稳泡性能，以解决现有技术的上述问题。

[0007] 本发明的另一个目的是为了提供这种聚丙烯酸酯-纳米纤维素复合浆料组份的制备方法。

[0008] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。

[0009] 一种用于泡沫上浆的聚丙烯酸酯-纳米纤维素复合浆料，包括以下质量分数计的原料：

[0010]

[0011] 所述的纳米纤维素分散液是将纳米纤维素分散于水中的悬浮液。其制备方法如下：将废棉料40g，加入64％硫酸溶液600mL，置于2L烧瓶中，于45℃反应1h；产物在离心机上以10000r/min条件离心10min取上层清液，反复多次合并上层清液得纳米纤维素水溶液，过滤，应用可通过分子量为8000的半透膜透析溶液至中性得到浓度2％的纳米纤维素中性分散液。所述废棉料是棉纺厂纺纱产生的纤维素类下脚料。

[0012] 所述的丙烯酸酯是丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸2-乙基己酯中的一种或几种。

[0013] 所述的甲基丙烯酸酯为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸丁酯中的一种。

[0014] 所述的引发剂是过硫酸钾和过硫酸铵中的一种。

[0015] 所述的复合乳化剂包括阴离子型乳化剂和非离子型乳化剂；其中阴离子型乳化剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、油酸钠和油酸钾中的一种。所述非离子型乳化剂为辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、十二醇聚氧乙烯醚和十六醇聚氧乙烯醚中的一种。

[0016] 上述用于泡沫上浆的聚丙烯酸酯-纳米纤维素复合浆料的制备方法，其步骤如下：

[0017] 1)纳米纤维素分散液的制备：

[0018] 废棉料40g，加入64％硫酸溶液600mL，置于2L烧瓶中，于45℃反应1h；产物在离心机上以10000r/min条件离心10min取上层清液，反复多次合并上层清液得纳米纤维素水溶液，过滤，应用可通过分子量为8000的半透膜透析溶液至中性得到浓度2％的纳米纤维素中性分散液；

[0019] 2)按照复合浆料的上述配方称量各组分；

[0020] 3)聚丙烯酸酯-纳米纤维素复合浆料：

[0021] 将上述组分中的1/4～1/3的丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、引发剂以及全部的纳米纤维素分散液、复合乳化剂和去离子水加入反应釜，在40℃～60℃下搅拌预乳化15min～30min，升温至75℃～90℃；反应15分钟后滴加剩余的丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、引发剂和全部的丙烯酰胺，滴加完毕保温1～3小时，冷却至室温，加适量氨水调节pH值至6-7，出料得聚丙烯酸酯-纳米纤维素复合浆料。

[0022] 本发明的优点在于：在丙烯酸酯聚合前即添加了纳米纤维素，使纳米纤维素和丙烯酸酯聚合物更均匀的混合；添加的纤维素是纳米纤维素，与有机的丙烯酸酯浆料相比，具有较好的水化能力，可提高浆料液的粘度，延长泡沫液膜因流动而变薄的时间；另外，纤维素以纳米尺度分散，具有较大的极性表面，能吸附在后期发泡后的泡沫浆料液膜表面，对液膜有较好的机械稳定作用。

附图说明

[0023] 图1浆料在棉纱线上粘附力测试结果；

[0024] 图2浆料的标准吸湿性测试结果；

[0025] 图3浆料在水中的溶解性测试结果。

具体实施方式

[0026] 下面结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的技术特点。

[0027] 实施例一

[0028] 1、纳米纤维素分散液的制备。

[0029] 废棉料40g，加入64％硫酸溶液600mL，置于2L烧瓶中，于45℃反应1h。产物在离心机上以10000r/min条件离心10min取上层清液，反复多次合并上层清液得纳米纤维素水溶液，过滤，应用可通过分子量为8000的半透膜透析溶液至中性得到浓度2％的纳米纤维素中性分散液。

[0030] 所述废棉料是棉纺厂纺纱产生的纤维素类下脚料。

[0031] 2、浆料的组份(质量份数)。

[0032]纳米纤维素分散液 10
丙烯酸乙酯 5
丙烯酸丁酯 5
丙烯酰胺 2
甲基丙烯酸甲酯 8
过硫酸钾 0.5
十二烷基硫酸钠 0.5
壬基酚聚氧乙烯醚 0.5
去离子水 68

[0033] 3、复合浆料的制备方法。

[0034] 将上述组分中的1/4～1/3的丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、引发剂以及全部的纳米纤维素分散液、复合乳化剂和去离子水加入反应釜，在40℃下搅拌预乳化30min，升温至75℃；反应15分钟后滴加剩余的丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、引发剂和全部的丙烯酰胺，滴加完毕保温3小时，冷却至室温，加适量氨水调节pH值至6-7，出料得聚丙烯酸酯-纳米纤维素复合浆料。

[0035] 实施例二

[0036] 1、纳米纤维素的制备。

[0037] 废棉料40g，加入64％硫酸溶液600mL，置于2L烧瓶中，于45℃反应1h。产物在离心机上以10000r/min条件离心10min取上层清液，反复多次合并上层清液得纳米纤维素水溶液，过滤，应用可通过分子量为8000的半透膜透析溶液至中性得到浓度2％的纳米纤维素中性分散液。

[0038] 所述废棉料是棉纺厂纺纱产生的纤维素类下脚料。

[0039] 2、浆料的组份(质量份数)。

[0040]纳米纤维素分散液 20
丙烯酸乙酯 5
丙烯酸己酯 10
丙烯酰胺 2
甲基丙烯酸乙酯 8
过硫酸铵 0.8
十二烷基苯磺酸钠 2
辛基酚聚氧乙烯醚 3
去离子水 48

[0041] 3、浆料的制备方法。

[0042] 将上述组分中的1/4～1/3的丙烯酸乙酯、丙烯酸己酯、甲基丙烯酸甲酯、引发剂以及全部的纳米纤维素分散液、复合乳化剂和去离子水加入反应釜，在50℃下搅拌预乳化15min，升温至80℃；反应15分钟后滴加剩余的丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸乙酯、引发剂和全部的丙烯酰胺，滴加完毕保温2小时，冷却至室温，加适量氨水调节pH值至6-7，出料得聚丙烯酸酯-纳米纤维素复合浆料。

[0043] 实施例三

[0044] 1、纳米纤维素的制备。

[0045] 废棉料40g，加入64％硫酸溶液600mL，置于2L烧瓶中，于45℃反应1h。产物在离心机上以10000r/min条件离心10min取上层清液，反复多次合并上层清液得纳米纤维素水溶液，过滤，应用可通过分子量为8000的半透膜透析溶液至中性得到浓度2％的纳米纤维素中性分散液。

[0046] 所述废棉料是棉纺厂纺纱产生的纤维素类下脚料。

[0047] 2、浆料的组份(质量份数)。

[0048]纳米纤维素分散液 50
丙烯酸乙酯 5
丙烯酸2-乙基己酯 15
丙烯酰胺 5
甲基丙烯酸丁酯 5
过硫酸钾 0.8
油酸钠 1
十二醇聚氧乙烯醚 1.5
去离子水 17

[0049] 3、浆料的制备方法。

[0050] 将上述组分中的1/4～1/3的丙烯酸乙酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸甲酯、引发剂以及全部的纳米纤维素分散液、复合乳化剂和去离子水加入反应釜，在50℃下搅拌预乳化15min，升温至85℃；反应15分钟后滴加剩余的丙烯酸乙酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸丁酯、引发剂和全部的丙烯酰胺，滴加完毕保温1小时，冷却至室温，加适量氨水调节pH值至6-7，出料得聚丙烯酸酯-纳米纤维素复合浆料。

[0051] 实施例四

[0052] 1、纳米纤维素的制备。

[0053] 废棉料40g，加入64％硫酸溶液600mL，置于2L烧瓶中，于45℃反应1h。产物在离心机上以10000r/min条件离心10min取上层清液，反复多次合并上层清液得纳米纤维素水溶液，过滤，应用可通过分子量为8000的半透膜透析溶液至中性得到浓度2％的纳米纤维素中性分散液。

[0054] 所述废棉料是棉纺厂纺纱产生的纤维素类下脚料。

[0055] 2、浆料的组份(质量份数)。

[0056]纳米纤维素分散液 50
丙烯酸乙酯 10
丙烯酸丁酯 10

[0057]丙烯酰胺 3
甲基丙烯酸甲酯 7
过硫酸铵 0.8
油酸钠 1
十六醇聚氧乙烯醚 1.5
去离子水 16

[0058] 3、浆料的制备方法。

[0059] 将上述组分中的1/4～1/3的丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、引发剂以及全部的纳米纤维素分散液、复合乳化剂和去离子水加入反应釜，在60℃下搅拌预乳化15min，升温至90℃；反应15分钟后滴加剩余的丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、引发剂和全部的丙烯酰胺，滴加完毕保温1小时，冷却至室温，加适量氨水调节pH值至6-7，出料得聚丙烯酸酯-纳米纤维素复合浆料。

[0060] 实施例五

[0061] 1、纳米纤维素的制备。

[0062] 废棉料40g，加入64％硫酸溶液600mL，置于2L烧瓶中，于45℃反应1h。产物在离心机上以10000r/min条件离心10min取上层清液，反复多次合并上层清液得纳米纤维素水溶液，过滤，应用可通过分子量为8000的半透膜透析溶液至中性得到浓度2％的纳米纤维素中性分散液。

[0063] 所述废棉料是棉纺厂纺纱产生的纤维素类下脚料。

[0064] 2、浆料的组份(质量份数)。

[0065]纳米纤维素分散液 40
丙烯酸乙酯 12
丙烯酸丁酯 18
丙烯酰胺 5
甲基丙烯酸甲酯 10
过硫酸铵 1
十二烷基硫酸钠 1
十二醇聚氧乙烯醚 1.5

[0066]去离子水 12

[0067] 3、浆料的制备方法。

[0068] 将上述组分中的1/4～1/3的丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、引发剂以及全部的纳米纤维素分散液、复合乳化剂和去离子水加入反应釜，在60℃下搅拌预乳化15min，升温至90℃；反应15分钟后滴加剩余的丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、引发剂和全部的丙烯酰胺，滴加完毕保温2小时，冷却至室温，加适量氨水调节pH值至6-7，出料得聚丙烯酸酯-纳米纤维素复合浆料。

[0069] 实施例六

[0070] 1、纳米纤维素的制备。

[0071] 废棉料40g，加入64％硫酸溶液600mL，置于2L烧瓶中，于45℃反应1h。产物在离心机上以10000r/min条件离心10min取上层清液，反复多次合并上层清液得纳米纤维素水溶液，过滤，应用可通过分子量为8000的半透膜透析溶液至中性得到浓度2％的纳米纤维素中性分散液。所述废棉料是棉纺厂纺纱产生的纤维素类下脚料。

[0072] 2、浆料的组份(质量份数)。

[0073]纳米纤维素分散液 40
丙烯酸乙酯 15
丙烯酸丁酯 15
丙烯酰胺 4
甲基丙烯酸甲酯 8
过硫酸铵 1
十二烷基硫酸钠 1
十二醇聚氧乙烯醚 1.5
去离子水 14

[0074] 3、浆料的制备方法。

[0075] 将上述组分中的1/4～1/3的丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、引发剂以及全部的纳米纤维素分散液、复合乳化剂和去离子水加入反应釜，在60℃下搅拌预乳化15min，升温至90℃；反应15分钟后滴加剩余的丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、引发剂和全部的丙烯酰胺，滴加完毕保温2小时，冷却至室温，加适量氨水调节pH值至6-7，出料得聚丙烯酸酯-纳米纤维素复合浆料。

[0076] 浆料的发泡、稳泡性能测试：

[0077] 采用十二烷基硫酸钠(NaLS)作为主要发泡剂，配制3g/L发泡原液，按体积分数为2％的比例加入到待发泡的浆液中，浆液质量百分浓度为10％。测试发泡后浆液体积和泡沫稳定时间以对比浆液的发泡与稳泡性能。结果如表1所示。

[0078] 表1浆液的起泡与稳泡性能

[0079]配方 发泡时间 半衰期 泡沫形态
实施例一 8" 4′36" 丰富细腻泡沫
实施例二 9" 4′52" 丰富细腻泡沫
实施例三 7" 5′17" 丰富细腻泡沫
实施例四 7" 5′23" 丰富细腻泡沫
实施例五 6" 5′30" 丰富细腻泡沫
实施例六 6" 5′21" 丰富细腻泡沫

[0080] 浆料的其他性能测试：

[0081] 1、浆液的粘度测试：

[0082] 将制得的浆料配制成10％的浆液，20℃时用NDJ-79旋转式粘度仪测定浆液的粘度。

[0083] 2、浆液的吸湿性测试：

[0084] 浆膜在105℃的烘箱中烘至恒重，精确称量，然后放入相同环境下平衡24小时后取出，精确称量计算后测出吸湿率R

[0085] R＝(W1-W0)/W0×100％

[0086] 式中：W0为干浆膜的质量，W1为吸湿后浆膜的质量

[0087] 3、浆液的水溶性测试(退浆性)：

[0088] 配制固含量为10％的浆液干燥成膜，取10cm×2cm的带状浆膜，在长度中间处作记号。将试样浸入40℃水中，使水面与记号重合，记录试样从记号处溶断的时间即为浆膜水溶速率。

[0089] 本发明实例中用于泡沫上浆的浆料效果与工业品浆料的效果对比：

[0090] 本发明选择粘附力、吸湿性以及溶解时间作为评价指标。图1、图2、图3分别为浆料在棉纱线上粘附力、标准吸湿性及溶解力与两种典型工业品的对比测试结果。