专利名称：脂肪族水性聚酯接枝共聚物、改善淀粉浆料对涤纶纤维粘合强度的粘合促进剂及制备方法
技术领域：
本发明涉及材料领域，属于纺织经纱上浆使用的浆料制备技术领域，具体涉及一种脂肪族水性聚酯接枝共聚物及含有这种共聚物的、用于改善淀粉浆料对涤纶纤维粘合强度的粘合促进剂，这种含有脂肪族水性聚酯接枝共聚物的含水制剂，能够提高淀粉浆料对含涤短纤维经纱的上浆性能。
背景技术：
淀粉和变性淀粉浆料是浆纱生产中最常用的主浆料之一，它来源丰富、价格低廉、对环境友好，容易为微生物降解，可以采用生物酶退浆，退浆后对生态环境的负面影响小，因而被广泛用于经纱上浆生产之中。然而，随着浆纱和织造生产速度的不断提高，淀粉类浆 料对涤纶纤维粘合强度不足的缺陷日益显现，不仅难以有效地实现对含涤经纱进行增强、贴服毛羽、提高耐磨性，还会因粘合强度不足而形成大量落浆，导致浆纱的耐磨性降低，再生毛羽大量增加，造成经纱开口不清和断头，严重影响了织机的生产效率。这是因为浆纱机和织机的速度越高，所要求的浆料粘合强度也就越强。因此，如何有效地增大淀粉浆料对涤纶纤维的粘合强度，是提高浆纱强度、增大浆纱耐磨性、减少浆纱毛羽、改善浆纱质量的基础，具有重要的实际意义。众所周知，淀粉是极性的，而疏水性合成纤维则是非极性的，表面能的因素决定了在涤纶纤维与淀粉胶接层之间的界面上不可能存在很强的相互作用。另一方面，淀粉分子链是由环状的a-D-葡萄糖缩合而成的高分子化合物，这种环状结构和大量羟基的存在，导致了在纤维之间实现粘合作用的胶接层脆硬，从而在胶接层与纤维的粘合界面上形成内应力和应力集中。因此，淀粉类浆料对疏水性合成纤维的粘合强度通常都很差。由此可见，造成淀粉类浆料对合成纤维粘合强度不足的主要原因有两个(I)涤纶纤维和淀粉胶接层界面上的相互作用弱；(2)涤纶纤维之间的淀粉胶接层脆硬。必须明确，由于坯布退浆的要求，不能采用共价键的方式来改善淀粉对涤纶纤维的粘合强度，否则将使坯布中所含的浆料难以在退浆过程除去，危及织物的染色、印花和整理加工。迄今为止，人们主要采用两种途径来提高淀粉对涤纶纤维的粘合强度(I)对淀粉进行化学变性(ZL 03113350. 9 ；ZL2007 I 0024110. I) ；(2)用其它有益组分与淀粉共混(祝志峰等SiO2纳米微粒子对淀粉与纤维之间粘合强度的影响，美国纺织印染师与化学师协会，8 (10) :45-48，2008)。然而，即使对淀粉进行化学改性，也不能改变涤纶纤维与淀粉胶接层间界面极性相反的属性，浆料胶接层与涤纶纤维间的界面作用弱，容易造成界面破坏，不可能形成很强的粘合强度；其次，即使是一些变性淀粉浆料，它们在涤纶纤维之间所形成的胶接层仍然比较脆硬，韧性很差，当粘合部位受载荷作用或有温度变化而出现形变时，必然会在粘合界面上产生内应力，当局部应力超过局部强度时，就会产生银纹或裂纹，并在裂纹的顶部产生应力集中，而脆硬的淀粉胶接层往往形成很大的内应力和严重应力集中，造成粘合破坏。所以，淀粉及变性淀粉类浆料对涤纶纤维的粘合强度总体上不高，难以在上浆过程中对涤纶纤维实施有效的粘合，影响了经纱的增强、耐磨性和毛羽降低率，致使淀粉对含有涤纶纤维经纱的上浆质量不高。由此可见，迫切需要开发一种既能够用于增加淀粉胶接层与涤纶纤维之间相互作用，又能够降低淀粉胶接层的脆硬属性、增加韧性的技术，以提高淀粉浆料对涤纶纤维的粘合强度，改善含有涤纶短纤维经纱的上浆质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种亲水性接枝支链的脂肪族水性聚酯接枝共聚物及制备方法。本发明还提供了含有该共聚物的粘合促进剂，用于提高善淀粉浆料对涤纶纤维粘合强度，可改善淀粉浆料对含有涤纶短纤维经纱的上浆质量。
本发明所采用的技术方案是首先以脂肪族二元羧酸与二元醇，在惰性气体保护、加热和搅拌条件下合成具有一定亲水性的脂肪族水性聚酯，以此为主链，再与亲水性乙烯基单体进行接枝共聚合，得到键接有亲水性接枝支链的脂肪族水性聚酯接枝共聚物，最后将增塑剂溶解在这种接枝共聚合产物的水性浆液中即得到粘合促进剂。一种脂肪族水性聚酯接枝共聚物，包括主链和接枝支链；以无规键接的疏水性聚酯链段和亲水性聚酯链段为主链；所述脂肪族水性聚酯接枝共聚物的主链的相对分子质量为3500 14000，可表示
为
权利要求
1.一种脂肪族水性聚酯接枝共聚物，包括主链和接枝支链； 以无规键接的疏水性聚酯链段和亲水性聚酯链段为主链； 主链的相对分子质量为3500 14000，以摩尔百分比计，主链中疏水性聚酯链段含量为60% 75%，亲水性聚酯链段含量为25% 40% ； 亲水性聚酯链段为脂肪族二羧酸(1，2- 二羟基-3-丙磺酸盐)酯； 疏水性聚酯链段为脂肪族二羧酸二元醇酯； 接枝支链为无规共聚物，包括(a)丙烯酰胺结构单元；以及(b)乙烯基类羧酸盐结构单元；以摩尔百分比计，接枝支链中丙烯酰胺结构单元含量为10% 90%，乙烯基类羧酸盐结构单元含量为10% 90% ； 所述脂肪族水性聚酯接枝共聚物的接枝率为10% 80%。
2.权利要求I所述脂肪族水性聚酯接枝共聚物，其特征在于，所述的脂肪族二羧酸二元醇酯中的脂肪族二羧酸选自丁二酸、戊二酸或己二酸中的任一种或多种的任意组合；二元醇选自乙二醇、一缩乙二醇、二缩乙二醇、丙二醇、丁二醇、戊二醇或己二醇中的一种或多种的任意组合。
3.权利要求2所述脂肪族水性聚酯接枝共聚物，其特征在于，所述的脂肪族二羧酸二元醇酯为 I.脂肪族二羧酸乙二醇酯、脂肪族二羧酸丙二醇酯、脂肪族二羧酸丁二醇酯、脂肪族二羧酸戊二醇酯和脂肪族二羧酸己二醇酯中的一种或多种的任意组合；以及， II.脂肪族二羧酸一缩乙二醇酯、脂肪族二羧酸二缩乙二醇酯中的一种或任意组合； I与II的摩尔比为I :4 4 :1。
4.权利要求I所述脂肪族水性聚酯接枝共聚物，其特征在于，所述的乙烯基类羧酸盐为丙烯酸盐、甲基丙烯酸盐、马来酸盐、衣康酸盐中的一种，或者是多种任意比例的组合；所述的乙烯基类羧酸盐为铵盐、钠盐、钾盐中的一种，或者是多种任意比例的组合。
5.权利要求I 4任一项所述脂肪族水性聚酯接枝共聚物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤 (O以脂肪族二元羧酸、脂肪族二元醇和1，2-二羟基-3-丙磺酸盐为原料，采用熔融缩聚法合成脂肪族水性聚酯接枝共聚物的线形聚酯主链将单体脂肪族二元酸、脂肪族二元醇及1，2- 二羟基-3-丙磺酸盐加入到缩聚釜中，再加入重量为单体总重量O. 1% I. 0%催化剂，在氮气或惰性气体保护下加热，并在釜内反应物熔融后开始搅拌； 脂肪族二元醇和1，2- 二羟基-3-丙磺酸盐的总摩尔量与脂肪族二元羧酸的比例为O.98 I. 02，脂肪族二元醇和1，2- 二羟基-3-丙磺酸盐总摩尔量中，脂肪族二元醇含量60% 75%，I, 2- 二羟基-3-丙磺酸盐含量为25% 40% ； 将物料温度逐步升至190 200°C，并将釜内压力降至12 20毫米汞柱，然后在200 210°C和12 20毫米汞柱下搅拌反应20 36h，得到脂肪族水性聚酯接枝共聚物的线形聚酯主链； (2)线形聚酯主链通过与亲水性乙烯基单体之间的自由基接枝共聚合反应，合成所述脂肪族水性聚酯接枝共聚物 所述的亲水性乙烯基单体包括Ca)丙烯酰胺；(b)含羧基类乙烯基单体； 亲水性乙烯基单体总量中，丙烯酰胺摩尔含量为10% 90%，含羧基类乙烯基单体摩尔含量为10% 90% ； 所述含羧基类乙烯基单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、衣康酸至少一种，或者是它们任意比例的组合； 将步骤(I)所合成的线形聚酯主链分散在去离子水中形成质量浓度为15% 30%的水分散液，用氮气或惰性气体保护； 丙烯酰胺溶解在I 2倍重量的去离子水中，加入含羧基类乙烯基单体，搅拌均匀后加入重量为乙烯基单体O. 5% 3%的引发剂，形成引发剂-单体溶液； 引发剂-单体溶液于40 120min内滴加到线形聚酯主链的水分散液中，再在70 90°C下搅拌反应I 12h，再加入碱调节至中性，得到脂肪族水性聚酯接枝共聚物。
6.权利要求5所述所述脂肪族水性聚酯接枝共聚物的制备方法，其特征在于，步骤(I)中，所述脂肪族二元羧酸选自丁二酸、戊二酸或己二酸中的任一种或多种的任意组合；脂肪族二元醇选自乙二醇、一缩乙二醇、二缩乙二醇、丙二醇、丁二醇、戊二醇或己二醇中的一种或多种的任意组合；催化剂选自醋酸锌或醋酸锰。
7.权利要求5所述所述脂肪族水性聚酯接枝共聚物的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的引发剂为过氧化苯甲酰； 引发剂-单体溶液的滴加时间为40 120min ； 所述的碱为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾中至少一种，或者任意比的混合物。
8.权利要求I 4任一项所述脂肪族水性聚酯接枝共聚物在制备改善淀粉浆料对涤纶纤维粘合强度的粘合促进剂方面的应用； 所述的淀粉为原淀粉或变性淀粉，或原淀粉与变性淀粉任意比例的混合物； 所述的原淀粉包括玉米原淀粉、小麦原淀粉、马铃薯原淀粉或木薯原淀粉中的一种，或是它们的任意混合物； 所述的变性淀粉选自以玉米原淀粉、小麦原淀粉、马铃薯原淀粉或木薯原淀粉中的一种或两种及两种以上的混合物为原料制备的酸解淀粉、氧化淀粉、酶解淀粉、醋酸酯淀粉、磷酸酯淀粉、氨基甲酸酯淀粉及两性淀粉。
9.一种改善淀粉浆料对涤纶纤维粘合强度的粘合促进剂，其特征在于，包括权利要求I 4任一项所述的脂肪族水性聚酯接枝共聚物、羟基增塑剂和氨基增塑剂，其重量比为100 3 30 10 30。
10.权利要求9所述改善淀粉浆料对涤纶纤维粘合强度的粘合促进剂，其特征在于，所述的羟基增塑剂为乙二醇、一缩乙二醇、二缩乙二醇中的一种或任意比例的混合物；所述的氨基增塑剂为尿素。
11.权利要求9所述改善淀粉浆料对涤纶纤维粘合强度的粘合促进剂，其特征在于包括以下重量比的原料脂肪族水性聚酯接枝共聚物含量为15% 28%，羟基增塑剂含量为1% 6%，氨基增塑剂含量为1% 8%，余量为水；上述均为重量百分比。
12.权利要求9 11任一项所述改善淀粉浆料对涤纶纤维粘合强度的粘合促进剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤将羟基增塑剂和氨基增塑剂在50 80°C下加入到脂肪族水性聚酯接枝共聚物的水分散液中，降温至40 60°C出料。
全文摘要
本发明涉及材料领域，尤其是纺织经纱上浆用浆料，公开了一种脂肪族水性聚酯接枝共聚物以及一种用于改善淀粉浆料对涤纶纤维粘合强度的粘合促进剂的制备方法。所述接枝共聚物的主链是疏水性聚酯链段脂肪族二羧酸二元醇酯和亲水性聚酯链段脂肪族二羧酸(1,2-二羟基-3-丙磺酸盐)酯的无规共聚物；接枝支链为丙烯酰胺和乙烯基类羧酸盐的无规共聚物。所述粘合促进剂的组成为15%～28%的脂肪族水性聚酯接枝共聚物、1%～6%的羟基增塑剂、1%～8%氨基增塑剂、余量为水。制备工艺路线是先合成脂肪族水性聚酯主链，再与亲水性乙烯基单体进行接枝共聚合，最后将所述增塑剂溶解在这种接枝共聚物的水性浆液中，即得所述的粘合促进剂。
文档编号D06M13/148GK102898594SQ20121032132
公开日2013年1月30日 申请日期2012年9月3日 优先权日2012年9月3日
发明者祝志峰, 林源杰, 田培善 申请人:西达(无锡)生物科技有限公司, 江南大学