本發(fā)明涉及一種丙烯酸共聚物增稠劑及其制備方法和用途，用該增稠劑對(duì)聚酯乳液增稠，實(shí)現(xiàn)以聚酯漿料為主體的經(jīng)紗上漿，屬于紡織上漿技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
聚酯漿料由多元酸與多元醇縮聚而成。這類聚酯高聚物含有水溶性結(jié)構(gòu)單元而具有水分散性；其分子長鏈的結(jié)構(gòu)單元由酯鍵相連，容易受到酶解作用而斷裂，具有比常規(guī)碳-碳主鏈水性高分子更好的生物降解性；可選擇來源廣泛和品種多樣的多元醇和多元酸單體，因而聚酯具有性能可調(diào)的靈活性和廣泛的適應(yīng)性。以上優(yōu)點(diǎn)使得聚酯漿料在近幾年迅速被用于短纖和長絲經(jīng)紗上漿，已成為除了淀粉、聚乙烯醇和丙烯酸以外的第四大類漿料品種。在噴水織機(jī)長絲上漿方面，聚酯漿料取代傳統(tǒng)的丙烯酸酯漿料具有用量少、干燥快、節(jié)約成本和提高漿紗效率的優(yōu)勢，目前已得到大規(guī)模的應(yīng)用。在純棉和滌棉短纖紗上漿方面，聚酯作為輔助漿料與淀粉混合應(yīng)用，完全或部分取代聚乙烯醇和丙烯酸漿料也已獲得成功；最近出現(xiàn)的漿紗新工藝是以聚酯為主體漿料，甚至全聚酯對(duì)短纖紗上漿，具有上漿量少、成本低、效率高、可常溫上漿和質(zhì)量穩(wěn)定等諸多特點(diǎn)，特別是具有可生物降解性以及可回收再利用的潛在優(yōu)勢，具有較大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
在傳統(tǒng)短纖漿紗的浸—軋—烘工藝中，漿液的粘度是重要的工藝參數(shù)之一，決定了漿液在經(jīng)紗內(nèi)部滲透和表面被覆的比例，因而決定了紗線中纖維之間的抱合力和表面耐磨性的大小。漿液粘度的調(diào)節(jié)往往依靠不同粘度的幾種漿料混用來實(shí)現(xiàn)，以滿足不同紗線、不同上漿設(shè)備和工藝的要求。然而，由于聚酯漿料在水中的分散液粘度較低，目前沒有粘度大的聚酯品種，不能給予短纖經(jīng)紗足夠的表面被覆，成為目前困擾全聚酯短纖漿紗新技術(shù)應(yīng)用的瓶頸。
棉紡漿紗行業(yè)的全聚酯上漿新工藝急需一種增稠劑，能用較少的使用量調(diào)整聚酯漿液的粘度，滿足不同經(jīng)紗上漿粘度的工藝要求。其應(yīng)用性能要求該增稠劑也是一種紡織漿料，不影響聚酯漿料和其他漿紗助劑的水化分散（化漿），并能對(duì)聚酯漿起到協(xié)效漿紗作用；應(yīng)該與聚酯漿料顆粒為相同劑型，以方便運(yùn)輸和化漿使用；用量應(yīng)低于或等于漿液重量的2 %，并具有良好的粘度穩(wěn)定性。為此，我們已經(jīng)嘗試了多種現(xiàn)有的紡織漿料或助劑，都不能同時(shí)滿足以上要求。例如，羧甲基纖維素含有大量無機(jī)鹽，影響聚酯漿料的水化分散；瓜爾膠或黃原膠粘度穩(wěn)定性較差；淀粉或變性淀粉必須在用量4%以上才能達(dá)到漿紗粘度要求，而且粘度穩(wěn)定性不高；高粘度聚丙烯酰胺水溶液不能均勻分散于聚酯漿料分散液中，不能順利通過漿槽濾網(wǎng)；印花用丙烯酸增稠劑分子量太高，與聚酯漿液混溶性差，常常造成漿液分相和粘輥現(xiàn)象。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對(duì)棉紡漿紗行業(yè)的全聚酯上漿新工藝，提供一種漿紗增稠劑的配方、制備工藝和應(yīng)用方法，滿足全聚酯上漿的粘度和其他工藝要求。其發(fā)明主體是丙烯酸和丙烯酰胺單體水溶液用氫氧化鈉中和，在過硫酸銨-亞硫酸鈉引發(fā)作用下，與鈉基蒙脫土原位插層，經(jīng)過自由基溶液共聚瞬時(shí)聚合，粉碎后成為固體粉末狀漿紗增稠劑。將該固體增稠劑與聚酯漿料混合煮漿，可得到粘度可調(diào)的聚酯上漿漿液。
本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。其中所述原料配比除特殊說明外，均為重量份數(shù)。
固體丙烯酸共聚物增稠劑的原料配比：丙烯酸33~67份，丙烯酰胺33~67份，氫氧化鈉8.8~17.8份，鈉基蒙脫土（Na-MMT）3~4份，去離子水46~60份，0.5%過硫酸銨溶液3份，0.5%無水亞硫酸鈉溶液1~3份。
所述0.5%過硫酸銨溶液是由0.5份過硫酸銨溶解在100份去離子水中制備而成；所述0.5%無水亞硫酸鈉溶液是由0.5份無水亞硫酸鈉溶解在100份去離子水中制備而成。
本發(fā)明的丙烯酸共聚物的合成原理，在于過硫酸銨與亞硫酸鈉組成氧化-還原引發(fā)體系，能在較低溫度下產(chǎn)生自由基，引發(fā)乙烯基單體水溶液發(fā)生自由基加成共聚合，生成水溶性高聚物；在聚合反應(yīng)的同時(shí)，分散于體系中的鈉基蒙脫土被水溶性丙烯酸和丙烯酰胺單體原位插層，進(jìn)而被原位插層共聚成為丙烯酸共聚物/蒙脫土納米復(fù)合增稠劑；自由基加成共聚反應(yīng)瞬時(shí)發(fā)生，產(chǎn)生的大量的熱促使體系中的水分蒸發(fā)，使產(chǎn)物成為固體。
所述丙烯酸共聚物的增稠原理，在于所述合成高聚物的親水丙烯酸和丙烯酰胺結(jié)構(gòu)單元在水中溶劑化對(duì)水產(chǎn)生增稠作用；高聚物所含丙烯酸單元的羧基被氫氧化鈉中和后在水中離子化，產(chǎn)生的羧基陰離子之間的靜電相斥作用進(jìn)一步提高了其增稠效果；所述原位插層納米蒙脫土與丙烯酸共聚物的結(jié)合，增加了合成高聚物表觀分子量，因而賦予水溶性高聚物較高的粘度和穩(wěn)定性。
本發(fā)明的丙烯酸共聚物/蒙脫土納米復(fù)合增稠劑的制備方法，具體包括以下步驟：
（1）原料準(zhǔn)備：按配比分別稱取所有原料，將過硫酸銨和亞硫酸鈉分別用去離子水溶解成0.5%質(zhì)量濃度；將氫氧化鈉和鈉基蒙脫土分別加入到配方量的去離子水中，攪拌混勻；在反應(yīng)釜中加入丙烯酸和丙烯酰胺單體，攪拌，將氫氧化鈉和鈉基蒙脫土的水溶液緩慢加入到混合單體中，體系由于酸堿中和反應(yīng)而放熱，調(diào)整加料速度，并采用反應(yīng)釜夾套冷卻/加熱方法使單體混合物的溫度保持在50~55℃。
（2）瞬時(shí)聚合：將以上含氫氧化鈉和鈉基蒙脫土的單體溶液，倒入一個(gè)底面積1.0 m2（平方米）、高0.5m、內(nèi)襯聚四氟乙烯的平底矩形敞口容器中，加入過硫酸銨溶液，攪勻；再加入亞硫酸鈉溶液攪勻；靜置約2~6分鐘，共聚反應(yīng)開始引發(fā)，反應(yīng)放熱使水蒸發(fā)，瞬時(shí)起泡，體積膨脹，反應(yīng)持續(xù)2~5分鐘。
（3）后處理：當(dāng)反應(yīng)不再放熱后，將反應(yīng)產(chǎn)物從平底容器中取出，放入真空捏合機(jī)中捏合30~40分鐘繼續(xù)反應(yīng)完全，成為直徑不大于5 cm的不規(guī)則塊狀物，機(jī)械粉碎，用20目篩網(wǎng)過濾，裝袋密封。室溫時(shí)產(chǎn)物為硬脆性、無規(guī)則、多孔固體顆粒。
本發(fā)明的丙烯酸共聚物/蒙脫土納米復(fù)合增稠劑為白色或淺灰色固體顆粒，易溶于水，2%水溶液半透明，pH 6~6.5，粘度8.1~9.8 s（紡織3#杯），粘度穩(wěn)定性100%（1%，95℃和2小時(shí)條件）；可與聚酯漿料同時(shí)煮漿分散溶解在水中，無沉淀，無漂浮物；當(dāng)本發(fā)明的固體丙烯酸增稠劑質(zhì)量濃度1~2%，可滿足聚酯漿料對(duì)短纖紗上漿的漿液粘度要求，漿液無泡，增稠劑與聚酯乳液、漿紗平滑劑和滲透劑等組分相容性好。
本發(fā)明的固體丙烯酸/蒙脫土納米復(fù)合共聚物增稠劑為實(shí)施全聚酯上漿新工藝創(chuàng)造了良好條件；其結(jié)構(gòu)單元丙烯酸和丙烯酰胺容易被生物降解。以上所述聚酯漿料乳液及其對(duì)短纖經(jīng)紗上漿工藝，所述的在漿液中添加漿紗平滑劑、滲透劑等組分的技術(shù)都是紡織漿紗領(lǐng)域的公知技術(shù)，可以共同使用，其前提條件是這些技術(shù)對(duì)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的以及取得本發(fā)明良好效果不產(chǎn)生不良的影響。
綜上可知，本發(fā)明具有如下特性和優(yōu)點(diǎn)：
本發(fā)明采用氧化-還原引發(fā)劑引發(fā)丙烯酸和丙烯酰胺單體，與蒙脫土原位插層，在溶液中通過自由基加成瞬時(shí)共聚合，制備丙烯酸共聚物/蒙脫土納米復(fù)合增稠劑，用于全聚酯漿料對(duì)短纖經(jīng)紗上漿。所述的親水丙烯酸-丙烯酰胺共聚物具有良好的增稠能力；瞬時(shí)自由基加成共聚合的生產(chǎn)效率高，可控制聚合物分子量，賦予漿液適當(dāng)?shù)恼扯群土己孟嗳菪?；插層或剝離態(tài)蒙脫土片層賦予增稠劑良好的可溶性和粘度穩(wěn)定性。
具體實(shí)施方式
下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。有必要在此指出的是，本實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，但不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。特別需要指出的是，所有類似的原料替換和工藝改變對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，自然都被視為屬于本發(fā)明的思想、范圍和內(nèi)容。
實(shí)施例1
（1）氫氧化鈉 13.8 份
Na-MMT 4.0 份
去離子水 50.0 份
（2）丙烯酸 52.0 份
丙烯酰胺 48.0 份
（3）0.5%過硫酸銨溶液 3.0 份
（4）0.5%無水亞硫酸鈉溶液 3.0 份
按以上配方（1）稱取燒堿和蒙脫土（Na-MMT，300目），加水?dāng)噭?；稱取丙烯酸和丙烯酰胺（2），在反應(yīng)釜中攪勻；將（1）溶液緩慢加入單體液（2）中，攪勻，中和放熱后體系溫度55℃；將以上混合液倒入一個(gè)底面積1.0 m2（平方米）、高0.5m、內(nèi)襯聚四氟乙烯的平底矩形敞口容器中，加入過硫酸銨溶液（3），攪勻；再加入亞硫酸氫鈉溶液（4），體系總含水量32.2%；攪勻后約3分鐘開始反應(yīng)，體系起泡引起產(chǎn)物體積逐漸增高，同時(shí)發(fā)出氣泡在體系中爆裂的響聲，持續(xù)約3分鐘；反應(yīng)無爆裂響聲后趁熱倒出反應(yīng)物，放入捏合機(jī)中捏合30分鐘，并真空脫除游離水分，成為直徑不大于5 cm的不規(guī)則塊狀物，通過粉碎機(jī)粉碎得到粒徑小于20目的顆粒產(chǎn)物。
產(chǎn)物含水率5.2%，易溶于水，水溶液無色半透明，2%溶液pH=6.2，粘度8.3s（3#紡織杯），粘度穩(wěn)定性100%（1%，95℃和2 h條件）；與聚酯漿料、陰離子或非離子平滑劑和滲透劑同時(shí)煮漿，不影響聚酯漿料的溶解和漿液的分散穩(wěn)定性。
實(shí)施例2
（1）氫氧化鈉 17.8 份
Na-MMT 3.0 份
去離子水 52.0 份
（2）丙烯酸 67.0 份
丙烯酰胺 33.0 份
（3）0.5%過硫酸銨溶液 3.0 份
（4）0.5%無水亞硫酸鈉溶液 3.0 份
按以上配方和實(shí)施例1的工藝流程。不同點(diǎn)在于，中和放熱后體系55℃，體系總含水量32.4%，加入亞硫酸鈉溶液攪勻后約2分鐘開始反應(yīng)，反應(yīng)持續(xù)約3分鐘，捏合機(jī)中捏合并真空脫除游離水分40分鐘。
產(chǎn)物微黃，起泡較細(xì)密，含水率7.8%，易溶于水，水溶液無色半透明，2%溶液粘度8.1s（3#紡織杯），pH=6.0；與聚酯漿料、陰離子或非離子平滑劑和滲透劑同時(shí)煮漿，不影響聚酯漿料的溶解和漿液的分散穩(wěn)定性。
實(shí)施例3
（1）氫氧化鈉 8.8份
Na-MMT 3.0 份
去離子水 46.0 份
（2）丙烯酸 33.0 份
丙烯酰胺 67.0 份
（3）0.5%過硫酸銨溶液 3.0 份
（4）0.5%無水亞硫酸鈉溶液 3.0 份
按以上配方和實(shí)施例1的工藝流程。不同點(diǎn)在于，體系中和放熱后溫度40℃，用水浴加熱至50℃，體系總含水量31.7%，加入亞硫酸鈉溶液攪勻后約3分鐘開始反應(yīng)，持續(xù)反應(yīng)2分鐘。
產(chǎn)物較白，起泡較少，結(jié)構(gòu)硬實(shí)，粉碎機(jī)需要高功率，含水率4.5%，易溶于水，水溶液無色半透明，2%溶液粘度9.2s（3#紡織杯），pH=6.5；與聚酯漿料、陰離子或非離子平滑劑和滲透劑同時(shí)煮漿，不影響聚酯漿料的溶解和漿液的分散穩(wěn)定性。
實(shí)施例4
（1）氫氧化鈉 13.8 份
Na-MMT 4.0 份
去離子水 50.0 份
（2）丙烯酸 52.0 份
丙烯酰胺 48.0 份
（3）0.5%過硫酸銨 3.0 份
（4）0.5%無水亞硫酸鈉 1.0 份
按以上配方和實(shí)施例1的工藝流程。體系中和放熱后溫度55℃，體系總含水量31.4%，加入亞硫酸鈉溶液攪勻后約6分鐘開始反應(yīng)，持續(xù)反應(yīng)5分鐘，反應(yīng)不劇烈。
產(chǎn)物含水率5.1%，易溶于水，水溶液無色半透明，2%溶液粘度9.8s（3#紡織杯），pH=6.2；與聚酯漿料、陰離子或非離子平滑劑和滲透劑同時(shí)煮漿，不影響聚酯漿料的溶解和漿液的分散穩(wěn)定性。
實(shí)施例5
（1）氫氧化鈉 13.8 份
Na-MMT 4.0 份
去離子水 60.0 份
（2）丙烯酸 52.0 份
丙烯酰胺 48.0 份
（3）0.5%過硫酸銨溶液 3.0 份
（4）0.5%無水亞硫酸鈉溶液 2.0 份
按以上配方和實(shí)施例1的工藝流程。體系中和放熱后溫度52℃，體系總含水量35.6%，加入亞硫酸鈉溶液攪勻后約4分鐘開始反應(yīng)，持續(xù)反應(yīng)5分鐘，反應(yīng)不劇烈。
產(chǎn)物含水率5.2%，易溶于水，水溶液無色半透明，2%溶液粘度9.5s（3#紡織杯），pH=6.2；與聚酯漿料、陰離子或非離子平滑劑和滲透劑同時(shí)煮漿，不影響聚酯漿料的溶解和漿液的分散穩(wěn)定性。
對(duì)比例1
（1）Na-MMT 3.0 份
去離子水 47.0 份
（2）丙烯酰胺 100.0 份
（3）0.5%過硫酸銨溶液 3.0 份
（4）0.5%無水亞硫酸鈉溶液 3.0 份
按配方（1）分別將水和Na-MMT放入反應(yīng)釜攪勻，加入丙烯酰胺（2），攪拌下體系吸熱使溫度降低，丙烯酰胺不能完全溶解，反應(yīng)釜夾套加熱升溫至55℃，待完全溶解后將以上混合液倒入一個(gè)底面積1.0 m2（平方米）、高0.5m、內(nèi)襯聚四氟乙烯的平底矩形敞口容器中，加入過硫酸銨溶液（3）攪勻，再將亞硫酸氫鈉溶液（4）倒入體系攪勻，體系總含水量34.0%；約5分鐘開始反應(yīng)，持續(xù)反應(yīng)5分鐘，反應(yīng)不劇烈；反應(yīng)無爆裂響聲后趁熱倒出反應(yīng)物，放入捏合機(jī)中捏合30分鐘，并真空脫除游離水分，成為直徑不大于5 cm的不規(guī)則塊狀物，通過粉碎機(jī)得到粒徑小于20目的顆粒產(chǎn)物。
產(chǎn)物含水率4.2%，結(jié)構(gòu)緊密，不容易粉碎，水溶速度較慢，有部分不溶物，水溶液無色半透明，2%溶液粘度6.5s（3#杯），pH=7.3。說明在本發(fā)明的瞬時(shí)反應(yīng)條件下，丙烯酰胺均聚物大分子有部分交聯(lián)，不能溶解，溶解的部分粘度較低，不能用于對(duì)聚酯漿料增稠。
對(duì)比例2
（1）氫氧化鈉 26.5 份
Na-MMT 3.0 份
去離子水 54.0 份
（2）丙烯酸 100.0 份
（3）0.5%過硫酸銨溶液 3.0 份
（4）0.5%無水亞硫酸鈉溶液 3.0 份
按以上配方（1）稱取燒堿和蒙脫土（Na-MMT），加水?dāng)噭?；稱取丙烯酸（2）放入反應(yīng)釜；將（1）溶液緩慢加入單體液（2）中，攪勻，中和放熱后體系溫度較高，達(dá)到70℃，反應(yīng)釜夾套通冷水使體系降溫至55℃；將以上混合液倒入一個(gè)底面積1.0 m2（平方米）、高0.5m、內(nèi)襯聚四氟乙烯的平底矩形敞口容器中，加入過硫酸銨溶液（3），攪勻；再加入亞硫酸氫鈉溶液（4）攪勻，體系總含水量31.7%；約3分鐘開始反應(yīng)，體系起泡引起產(chǎn)物體積逐漸增高，同時(shí)發(fā)出氣泡在體系中爆裂的響聲，持續(xù)約3分鐘。產(chǎn)物起泡多，雪白，結(jié)構(gòu)較疏松，放入捏合機(jī)中捏合30分鐘，并真空脫除游離水分，成為直徑不大于5 cm的不規(guī)則塊狀物，通過粉碎機(jī)得到粒徑小于20目的顆粒產(chǎn)物。
產(chǎn)物含水率8.1%，水溶速度較快，但是有部分顆粒膨脹成凝膠碎塊，這種明顯的交聯(lián)類似于吸水高分子；水溶液無色半透明，2%溶液粘度5.9s（3#杯），pH=5.1。說明在本發(fā)明的瞬時(shí)反應(yīng)條件下，丙烯酸均聚物大分子有部分交聯(lián)，粘度較低，不能用于對(duì)聚酯漿料增稠。
對(duì)比例3
（1）氫氧化鈉 13.8 份
去離子水 55.0 份
（2）丙烯酸 52.0 份
丙烯酰胺 48.0 份
（3）0.5%過硫酸銨溶液 3.0 份
（4）0.5%無水亞硫酸鈉溶液 2.0 份
按以上無蒙脫土配方（1），稱取燒堿在水中溶解；稱取丙烯酸和丙烯酰胺（2）加入到反應(yīng)釜中攪勻；將（1）溶液緩慢加入單體液（2）中，攪勻，中和放熱后體系溫度55℃；將以上混合液倒入一個(gè)底面積1.0 m2（平方米）、高0.5m、內(nèi)襯聚四氟乙烯的平底矩形敞口容器中，加入過硫酸銨溶液（3），攪勻；再加入亞硫酸氫鈉溶液（4）攪勻，體系總含水量34.5%；約5min開始反應(yīng)，體系起泡引起產(chǎn)物體積較高，同時(shí)發(fā)出氣泡在體系中爆裂的響聲，持續(xù)約2分鐘。產(chǎn)物白色，放入捏合機(jī)中捏合30分鐘，并真空脫除游離水分，成為直徑不大于5 cm的不規(guī)則塊狀物，通過粉碎機(jī)得到粒徑小于20目的顆粒產(chǎn)物。
產(chǎn)物含水率5.3%，結(jié)構(gòu)疏松，容易粉碎，在水中溶速度較快，但是有部分顆粒膨脹，不完全溶解；水溶液無色透明，2%溶液粘度7.1s（3#杯），pH=5.8。
對(duì)比例3說明在本發(fā)明的瞬時(shí)反應(yīng)條件下，沒有添加Na-MMT時(shí)丙烯酸-丙烯酰胺共聚物大分子有一部分交聯(lián)，不能用于對(duì)聚酯漿料增稠。以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。