一种无甲醛固色剂及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种无甲醛固色剂及其制备方法。该无甲醛固色剂的原料按照质量份包含90～110份二甲基二丙烯基氯化铵、12～20份丙烯酰胺、6～10份丙烯酸羟乙酯、1.6～2.3份过硫酸盐、0.45～0.85份亚硫酸氢盐、0.10～0.18份重金属离子捕捉剂、0.8～3份纳米碳化硅、0.2～1份硅氧烷偶联剂和余量的水。采用硅氧烷偶联剂可对纳米碳化硅进行表面改性，得到改性后的纳米二硅能显著提高固色剂的耐磨性、机械性能，选用选用二甲基二丙烯基氯化铵为主单体，与水溶性的丙烯酰胺和丙烯酸羟乙酯发生溶液共聚而成带有阳离子的季胺盐聚合物，从而制得的固色剂环保安全，固色效果强。
【专利说明】一种无甲醛固色剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及针纺织品的【技术领域】，尤其涉及一种无甲醛固色剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 固色剂是一种提高染料在织物上颜色耐湿处理牢度所用的助剂，是直接染料、活 性染料染纤维素纤维时不可缺少的染色后处理剂。近年来，随着科学技术的发展，染整技术 也得到了显著的提高，由于国际纺织贸易的扩大及人们生活水平、环保意识的提高，要求纺 织品舒适、清洁、安全。
[0003] 自20世纪70年代，德国率先推出"蓝色天使"计划后，世界上一些发达国家（例 如日本、美国等国）相继通过并实施有关法律法规对纺织品的各种指标进行限制。绿色纺 织品要求在印染加工中禁止使用致癌、致畸和生物降解性差和某些芳香胺中间体生产的染 化料，同时也要求所使用的助剂不含重金属离子和不产生游离甲醛。绿色助剂例如无醛固 色剂KS在环保意识日渐增强的时代横空出世。现有技术中针纺织品的固色剂大多采用环 氧氯丙烷、双氰胺和二乙烯三胺为原料，通过缩合而成的高聚物。而环氧氯丙烷有剧毒，在 制备过程中，易挥发的气体对人体危害很大，其在合成过程对生产要求极为严格。此外，这 些固色剂的固色效果不理想，这些制约着无醛固色剂的工业化进程。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明一方面提供一种无甲醛固色剂，该固色剂以水溶性单体通过溶 液聚合得到季胺盐聚合物使制得的固色剂环保安全，固色效果强。
[0005] 一种针纺织品的固色剂，其原料按照质量份包含90?110份二甲基二丙烯基氯化 铵、12?20份丙烯酰胺、6?10份丙烯酸羟乙酯、1. 6?2. 3份过硫酸盐、0. 45?0. 85份 亚硫酸氢盐、0. 10?0. 18份重金属离子捕捉剂、0. 8?3份纳米碳化硅、0. 2?1份硅氧烷 偶联剂和余量的水。进一步地，上述原料优选为按照质量份包含100份二甲基二丙烯基氯 化铵、16份丙烯酰胺、8份丙烯酸羟乙酯、1. 89份过硫酸盐、0. 63份亚硫酸氢盐、0. 14份重金 属离子捕捉剂、2份纳米碳化硅、0. 65份硅氧烷偶联剂和余量的水。
[0006] 其中，所述纳米碳化硅的平均粒径优选为30?80nm。纳米碳化硅的加入，可显著 提高固色剂的耐磨性和力学机械性能，从而弥补有机聚合物的力学性能的不足。同时，有助 于提尚固色剂的耐尚温性能。
[0007] 其中，所述硅氧烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲 氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或至少两种偶联剂的作用是， 对纳米碳化硅表面进行改性包覆，提高纳米碳化硅与有机单体及由有机单体经聚合得到的 高聚物之间的相容性。
[0008] 以上无甲醛固色剂的技术方案中，复合选用二甲基二丙烯基氯化铵（DMDAAC)、丙 烯酰胺（AM)和丙烯酸羟乙酯（HEA)为单体，三种单体均含有不饱和基团丙烯基，可发生的 自由基聚合，既能得到共聚物，又能得到均聚物。本发明通过控制三单体的配比以共聚物的 产物为主。二甲基二丙烯基氯化铵由于含有高密度的电荷，共聚时可使共聚物中引入阳离 子而产生固色作用。二甲基二烯丙基氯化铵难以均聚成相对分子质量较大的聚合物，这可 能是阳离子单体中含有比较活泼的烯丙基氢，使得活性中心易于发生链转移反应，同时产 生的烯丙基自由基有较强的自阻聚作用。但是，它却能和反应活性高的三烯丙基胺和烯丙 醇共聚。丙烯酸羟乙酯含有的羟基可降低聚合溶液中的凝胶从而提高聚合溶液的稳定性。 值得说明的是，三单体的共聚物中主要以嵌段共聚物、无规共聚物为主，少量枝接共聚物和 交替共聚物的产物，其中嵌段共聚物为本发明目标的共聚物产物。
[0009] 选用过硫酸盐和亚硫酸氢盐为氧化/还原体系的引发剂。亚硫酸氢盐作为还原 剂能减缓过硫酸盐释放出自由基，从而使链式反应更平稳。选择合适的引发剂用量。当引 发剂用量较低时，反应体系中自由基数目较少，链增长速率较低，导致反应转化率较低和共 聚产物的相对分子质量不高；随着引发剂用量的增大，引发自由基数目增多，链增长几率和 速率都增大，共聚物分子质量也明显增大；但引发剂用量太多时，反应体系中自由基数目过 多，反应速度加快，自由基之间的碰撞和链中止也加快，导致聚合物相对分子质量下降且分 子质量分布变宽，聚合物性能下降。
[0010] 选重金属离子捕捉剂作为螯合剂，可以有效捕捉溶液中的一些微量的铜离子和锌 离子等重金属离子杂质，不仅可以避免这些重金属离子杂质对染料的染色造成的不利影 响，更重要的是可以适当延长自由基存活时间，促进聚合反应的彻底进行，从而提高产物的 整体粘度。本发明的重金属离子捕捉剂优选为重金属离子捕捉剂为二硫代氨基聚乙烯醇的 高聚物，聚合度为500?2000。该重金属离子捕捉剂既可可参见中国专利CN 101173019A 公开的方法合成，又可直接购买该专利申请单位市售的金属离子捕捉剂MCP ?。
[0011] 以水为溶剂。水为聚合反应提供场所，水的质量份数优选为140?280份。如果 水的用量过多，会使得溶液中产生的自由基浓度过低，导致聚合反应的速率过小，单体的转 化率过小。反之，水的用量过少，会使得自由基浓度过大，自由基发生碰撞的机会增多，聚合 反应过于剧烈而难以控制，使得溶液中凝胶过多而增大反应体系的粘度，粘度增大到一定 程度时，便有产生爆聚现象。
[0012] 本发明另一方面提供一种一种针纺织品的无甲醛固色剂的制备方法，该制备方法 以水溶性单体通过溶液聚合得到季胺盐聚合物使制得的固色剂环保安全，固色效果强。
[0013] 一种制备上述无甲醛固色剂的方法，包括以下步骤：
[0014] (1)按照质量份将0. 8?3份纳米碳化硅、0. 2?1份硅氧烷偶联剂通过超声波分 散，得到纳米碳化硅分散液；
[0015] (2)按照质量份将所述纳米碳化硅分散液、90?110份二甲基二丙烯基氯化铵、 12?20份丙烯酰胺、6?10份丙烯酸羟乙酯分散于水，得到单体溶液；
[0016] (3)按照质量份将1. 6?2. 3份过硫酸盐、0. 45?0. 85份亚硫酸氢盐溶解于水配 成引发剂溶液；
[0017] (4)0. 10?0. 18份重金属离子捕捉剂的溶液中加入部分所述单体溶液和部分所 述引发剂溶液，在不断地搅拌条件下，升温使该溶液中聚合反应开始；
[0018] (5)将剩余所述单体溶液和剩余所述引发剂溶液滴加至步骤（4)中发生聚合反应 的溶液中，待滴加完毕后，降温终止聚合反应。
[0019] 其中，所述聚合反应的温度为70?80°C。
[0020] 其中，所述步骤（2)中加入5?20%单体溶液和5?10%引发剂溶液。
[0021] 其中，所述聚合反应开始30?60min后滴加剩余所述单体溶液和剩余所述引发剂 溶液，所述滴加的时间为1?3h ;所述滴加完毕后2?4h后终止聚合反应。
[0022] 其中，所述向溶解0. 16?0. 2份二硫代氨基甲酸盐的溶液中加入部分所述单体溶 液和部分所述引发剂溶液具体为：向溶解〇. 16?0. 2份二硫代氨基甲酸盐的溶液中加入部 分所述单体溶液，然后调节PH值，待升温至65?70°C后一次性加入部分所述引发剂溶液。
[0023] 其中，所述pH值为6?7。
[0024] 本制备方法的技术方案中，纳米二氧化和硅氧烷偶联剂通过超声波分散的相关参 数工艺参数，例如超声波的功率、分散时间可以根据实际需要选择，本发明无特定要求。
[0025] 单体的加料方式为连续分阶段的方式，由于该加料方式可较好地使反应中的单体 处于"饥饿"状态，因此可显著提高单体的转化率。
[0026] 聚合反应温度为70?80°C。随着反应温度升高，转化率不断提高，聚合物的特性 粘度先上升而后降低。这是因为聚合反应温度的变化主要影响引发剂的分解速度，在低温 时，随温度升高，引发剂分解速度逐渐加快，产生了更多初级自由基，促进链增长反应进行。 单体分子链上C-H键比较活泼，氢原子很容易被自由基取代发生链转移。但温度太高，链终 止及链转移反应加剧，聚合物相对分子质量下降，聚合物特性载度下降，但温度升高，聚合 反应仍在进行，单体转化率也就不断提高。
[0027] 选择聚合反应总时间为3. 5?8h。这里的反应时间即指单体滴加的时间、单体滴 加之前后两次恒温反应时间总和。反应的初始阶段，活性自由基较多，聚合反应速度较决， 反应转化率也有明显的增长；当反应达到一定时间后，活性自由基越来越少，链增长速率也 越来越小，聚合反应趋于平稳，聚合物的相对分子质量增加不大。
[0028] 本发明的无甲醛固色剂的原料按照质量份包含90?110份二甲基二丙烯基氯化 铵、12?20份丙烯酰胺、6?10份丙烯酸羟乙酯、1. 6?2. 3份过硫酸盐、0. 45?0. 85份 亚硫酸氢盐、0. 10?0. 18份重金属离子捕捉剂、0. 8?3份纳米碳化硅、0. 2?1份硅氧烷 偶联剂和余量的水。采用硅氧烷偶联剂可对纳米碳化硅进行表面改性，得到改性后的纳米 二硅能显著提高固色剂的耐磨性、机械性能，选用选用二甲基二丙烯基氯化铵为主单体，与 水溶性的丙烯酰胺和丙烯酸羟乙酯发生溶液共聚而成带有阳离子的季胺盐聚合物，从而制 得的固色剂环保安全，固色效果强。
【具体实施方式】
[0029] 下面分别结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0030] 如以下实施例所述的原料配比按照以下步骤制备无甲醛固色剂：
[0031] (1)将计量的纳米碳化硅和硅氧烷偶联剂通过超声波分散，得到纳米碳化硅分散 液。
[0032] (2)将计量的二甲基二丙烯基氯化铵、三烯丙基胺和烯丙醇加入烧杯中加入适量 水充分搅拌使其溶解形成溶液，然后将该溶液中加入上述纳米碳化硅分散液充分分散，得 到单体分散液。将计量过硫酸盐和亚硫酸氢盐加入烧杯中溶解于IOml水配成引发剂溶液。 将计量重金属离子捕捉剂倒入烧杯中加水使其充分溶解。
[0033] (3)将重金属离子捕捉剂溶液和5?20 %单体溶液倒入装有适量水的四口烧瓶 中，然后用稀盐酸调节pH值至6?7。分别在四口烧瓶的四个瓶口上安装温度计、电动搅拌 机、球形冷凝管恒压滴液漏斗，开动电动搅拌机，控制搅拌转速为150?250rpm。待温度升 至65?70°C时，一次性加入5?10%引发剂溶液，同时将剩余的单体溶液和引发剂溶液混 合均匀后倒入恒压漏斗备用，待反应溶液中的温度稳定后，开始恒温聚合反应。
[0034] (4)当聚合反应30?60min后，打开恒压滴液漏斗阀门开始滴加剩余的单体溶液 和引发剂溶液混合液，控制滴速均匀并在1?3h滴加完毕，然后恒温反应2?4h后降温终 止聚合反应，制得的略带黄色透明的粘性液体即为针纺织品的固色剂。
[0035] 实施例1
[0036] 各原料配比如下：
[0037]
【权利要求】
1. 一种无甲醛固色剂，其特征在于，其原料按照质量份包含90?110份二甲基二丙烯 基氯化铵、12?20份丙烯酰胺、6?10份丙烯酸羟乙酯、1. 6?2. 3份过硫酸盐、0. 45? 0. 85份亚硫酸氢盐、0. 10?0. 18份重金属离子捕捉剂、0. 8?3份纳米碳化娃、0. 2?1份 硅氧烷偶联剂和余量的水。
2. 根据权利要求1所述的无甲醛固色剂，其特征在于，其原料按照质量份包含100份二 甲基二丙烯基氯化铵、16份丙烯酰胺、8份丙烯酸羟乙酯、1. 89份过硫酸盐、0. 63份亚硫酸 氢盐、0. 14份重金属离子捕捉剂、2份纳米碳化硅、0. 65份硅氧烷偶联剂和余量的水。
3. 根据权利要求1所述的无甲醛固色剂，其特征在于，所述纳米碳化硅的平均粒径为 30 ?80nm。
4. 根据权利要求3所述的无甲醛固色剂，其特征在于，所述硅氧烷偶联剂为3-氨丙基 三乙氧基硅烷、y-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基 硅烷中的一种或至少两种；所述重金属离子捕捉剂为二硫代氨基聚乙烯醇的高聚物。
5. -种如权利要求1所述无甲醛固色剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 按照质量份将〇. 8?3份纳米碳化硅、0. 2?1份硅氧烷偶联剂通过超声波分散， 得到纳米碳化硅分散液； (2) 按照质量份将所述纳米碳化硅分散液、90?110份二甲基二丙烯基氯化铵、12? 20份丙烯酰胺、6?10份丙烯酸羟乙酯分散于水，得到单体溶液； (3) 按照质量份将1. 6?2. 3份过硫酸盐、0. 45?0. 85份亚硫酸氢盐溶解于水配成引 发剂溶液； (4) 0. 10?0. 18份重金属离子捕捉剂的溶液中加入部分所述单体溶液和部分所述引 发剂溶液，在不断地搅拌条件下，升温使该溶液中聚合反应开始； (5) 将剩余所述单体溶液和剩余所述引发剂溶液滴加至步骤（4)中发生聚合反应的溶 液中，待滴加完毕后，降温终止聚合反应。
6. 根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述聚合反应的温度为70?80°C。
7. 根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（4)中加入5?20%单体 溶液和5?10 %引发剂溶液。
8. 根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（5)中聚合反应开始30? 60min后滴加剩余所述单体溶液和剩余所述引发剂溶液，所述滴加的时间为1?3h ;所述滴 加完毕后2?4h后终止聚合反应。
9. 根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述向溶解0. 16?0. 2份二硫代氨 基甲酸盐的溶液中加入部分所述单体溶液和部分所述引发剂溶液具体为：向溶解0. 16? 0. 2份二硫代氨基甲酸盐的溶液中加入部分所述单体溶液，然后调节pH值，待升温至65? 70°C后一次性加入部分所述引发剂溶液。
10. 根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述pH值为6?7。
【文档编号】D06P5/08GK104452366SQ201410655364
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月17日 优先权日:2014年11月17日
【发明者】张卫东 申请人:太仓运通生物化工有限公司