基本信息
- 项目名称：
- 喷墨印花用高性能硅丙微乳液粘合剂产品的研发
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 作品针对传统的数码喷墨印花墨水粘合剂耐水性差、湿摩牢度差、易堵网粘辊以及含甲醛等问题，自主合成一种核壳型硅丙微乳液，加入墨水配方中，以实现数码喷墨印花颜料墨水性能的提升。由于目前喷墨印花用墨水技术仍掌握在少数发达国家手中，我国目前尚无自主产权的墨水，因此开发具有自主知识产权的，成本低廉、性能良好的墨水对打破外企公司对中国市场的垄断、促进传统印花产业向新一代绿色环保产业的转型都有重要的意义。
- 详细介绍：
- 中国印花制品的产量位居世界第一，但我国印染行业能耗指标是国外先进水平的3倍，用水量是2倍。我国印染废水每天排放量为300~400万立方米，占我国总工业废水排放量的35%，污水水质超出Ⅲ类水质标准3~8倍，传统印染工业已经严重制约了我国的可持续性发展。 喷墨印花是未来发展印染产业发展的必然趋势，将从根本上改变纺织印染业“高能耗、高污染、高排放、低附加值”的局面，其中最重要的环节是喷墨印花用墨水的研制。目前喷墨印花用墨水技术仍掌握在Ciba、Epson、Canon等国外大公司，而我国喷墨墨水的研发尚属于起步阶段，与国外产品存在着较大的差距，因此对墨水的研制有很好的商业价值和行业战略意义。 课题组针对目前国内水性颜料墨水普遍存在的手感与牢度不协调、成膜耐水性差、易堵喷嘴等问题与英科水墨（东莞）有限公司、百利合化工（中山）有限公司建立合作关系，成功申报了国家大学生创新性试验计划。通过采用半连续种子乳液聚合工艺自主合成一种核壳型硅丙微乳液，将其直接加入墨水配方中，制备一种通用性型的纺织品喷墨印花墨水。 课题组以过硫酸钾作为引发剂，以BA和EHA为软单体，以MMA和AN为硬单体，以AA为羧基功能单体，以环保型低温交联剂BLY-100代替含甲醛的N-羟甲基丙烯酰胺（NMA），并采用低粘度端乙烯基硅油PLY-111为疏水改性剂，在一种具有反应性乙烯基的高效乳化剂PLY-208存在下进行无皂微乳液聚合，可以获得平均粒径为30~50nm的核壳型硅丙微乳液。该硅丙微乳液粒径微细均匀，具有极好的储存稳定性和化学稳定性；可在低温下（≤120℃）适度交联成膜，从而获得良好的回弹性和拉伸强度；有机硅组份的引入进一步提高了胶膜的耐水性和表面爽滑手感，尤其适用于高性能的喷墨印花用颜料墨水的研制开发。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 发明的目的：研发具有自主知识产权的绿色环保化工产品，打破外企公司对中国市场的垄断，实现数码喷墨印花颜料墨水性能的提升，同时利用绿色环保的原材料，促进传统印花产业向新一代绿色环保产业的转型。 基本思路：过硫酸钾作为引发剂，BA和EHA为软单体，MMA和AN为硬单体，AA为羧基功能单体，以交联剂BLY-100代替含甲醛的NMA，采用硅油PLY-111为疏水改性剂进行无皂微乳液聚合，可以获得平均粒径为30~50nm的粒径均匀、稳定性好的核壳型硅丙微乳液。有机硅组份的引入提高了胶膜的耐水性和表面爽滑手感。 创新点：1、通过乙烯基硅油改性，利用硅氧烷链段的柔顺性和疏水性，改善了胶膜表面发粘和耐水性欠佳问题；2、采用种子微乳液聚合工艺，通过对种子单体用量的控制，使得聚合物微胶乳粒子平均粒径尺寸约在50nm以下，提高微乳液稳定性和与相容性；3、采用无皂微乳液聚合技术，消除了小分子乳化剂对乳液性能的影响，改善了涂膜的耐水性和耐溶剂性；4、利用分步聚合技术制成的核壳型硅丙微乳液，能够进一步改善聚合物乳液的成膜质量和胶膜强度。 技术关键：1、设计出核层和壳层的单体配比，考察乳化剂的最佳用量和分配比例，考察分段滴加的速度和单体配比；2、确定乙烯基硅油的种类和用量；3、确定可聚合乳化剂的用量和加入方式。 主要技术指标：由于没有国家标准及行业标准，我们参照涂料印花行业的技术标准，包括外观色泽、粘度、固含量、平均粒径、 PH值、拉伸强度、伸长率、弹性恢复率等
科学性、先进性
- 1、通过引入乙烯基硅油制成有机硅改性聚丙烯酸酯粘合剂，能够明显改善涂料印花织物的柔软性、耐磨性和耐腐蚀性。此外为了消除低分子量乳化剂对乳液性能的影响，改善聚合物涂膜的耐水性和黏结性能。2、通过使用可聚合乳化剂代替传统低分子乳化剂，和其他单体发生聚合反应，结合到聚合物链上，解决了乳化剂解吸迁移所带来的问题。
获奖情况及鉴定结果
- 华南理工大学“赛莱拉”第十二届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛三等奖
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 与东莞市英科水墨有限公司和百利合化工（中山）有限公司建立了项目合作关系
作品可展示的形式
- 实物、产品，图片，样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1. 本品适用范围 本作品适用于数码喷墨印花颜料墨水粘合剂。 2. 本作品主要优势在于： （1）引入乙烯基硅油，解决了聚丙烯酸酯粘合剂湿摩擦牢度低、易吸尘和粘搭等缺点，； （2）采用微乳液聚合工艺，控制种子单体用量，聚合物微胶乳粒子平均粒径尺寸约在50nm或以下，稳定性好，与其他组分的相容性良好，有效地解决了易堵喷头的问题； （3）采用无皂微乳液聚合技术，产品耐水性能进一步提高，涂膜吸水率在10%以下，48小时冷水浸泡测试合格； （4）利用分步聚合技术制成的核壳型硅丙微乳液，可明显改善产品的最低成膜温度和胶膜性能。 3. 推广前景、市场分析和经济效益预测 中国印花制品的产量位居世界第一，能耗指标却是国外先进水平的3倍，用水量是2倍。我国印染废水每天排放量为300~400万m3， 目前而我国目前尚无性能优异的墨水，普遍存在着：手感与牢度不协调、湿摩擦牢度差、易堵塞喷嘴等问题。因此对墨水的研制有很好的商业价值和生态效益。
同类课题研究水平概述
- 印花产品的性能很大程度上取决于喷墨印花所使用的墨水，按照配制墨水所使用的溶剂,可以分为水性墨水和溶剂性墨水。 1 水性墨水 1．1小分子染料墨水 活性染料具有良好的水溶性和固色率,活性染料墨水。目前商品化的酸性染料喷墨印花墨水的代表性品种主要有Huntsman公司的Lanaset SI系列和DuPont公司的Artistri 700系列；分散染料墨水主要适用于含有聚酯纤维的布料。 1．2高分子染料墨水 通过各种反应途径将水溶性染料悬挂于高聚物的侧链上或与高聚物分子复合而获得水性高分子染料。例如N, O-羧甲基壳聚糖作为高分子染料的骨架,其易溶于水,可以通过与活性染料在水溶液中发生均相接枝反应制备水溶性高分子染料; 2溶剂型墨水 2．1颜料油墨 颜料是一种不溶于水和大多数有机溶剂的色素材料,在应用于纺织品的印花和染色前,需先与分散剂和其它添加剂一起粉碎加工,制成颗粒细小且具有足够分散稳定性的水性分散体系。目前可供试用的商品化颜料墨水有: Huntsman公司的Irgaphor系列、BASF 的Helizarin EVOP2100系列、DuPont公司的Atistri 700系列等。必须借助粘合剂的作用才能固着在纤维上。在喷墨印花油墨中引入粘合剂或者树脂,将色素与纤维进一步实行机械混合。 2．2小分子染料油墨 分散染料的分子结构比较小,分子中只含有极性基团,水溶性很差,在水中主要以微小颗粒呈分散状态存在,是一种非离子染料。目前,代表性的分散染料墨水商品品种主要有Hunts- man公司的Terasil DI、TI和TS系列, DuPont公司的Atistri 700系列,BASF 公司的Bafixan系列。 2．3高分子染料油墨 将染料制备成高分子染料,然后通过高分子链上官能团、聚合性染料自身的化学反应或与纤维中的羟基或羧基形成氢键, 来提高牢度。 由于溶剂型墨水大多具有挥发性，且毒性大，环境污染严重，因此水性颜料墨水成为目前喷印墨水发展的主要方向。 本作品的目的就是研制一种具有印花色强度高,鲜艳度好,清晰度高,摩擦和水洗牢度良好,稳定性佳等优异性能的水性颜料喷墨印花墨水环保产品，几乎适合于所有纤维织物印花，目前市场上已有相关水性颜料喷墨印花墨水，但产品质量残差不齐，普遍存在成膜耐水性差、手感差、冷脆热粘、易堵喷嘴等问题。
