任小明,李偉博,蔣濤

(湖北大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院,湖北 武漢 430062)

自20世紀(jì)70年代以來(lái), 聚乙烯、聚酰胺、乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)及其皂化物等熱塑性樹(shù)脂的粉末作為熱熔性粘合劑逐步取代了溶劑型粘合劑而廣泛運(yùn)用于服裝工業(yè).與溶劑型粘合劑相比, 熱熔性粘合劑具有用量小, 粘結(jié)強(qiáng)度高, 加工方便, 無(wú)毒, 無(wú)環(huán)境污染等優(yōu)越性,粉末熱熔粘合劑由于其制品具有耐洗滌、耐油脂、壓燙條件溫和, 手感柔軟等獨(dú)特的性能, 使其成為制備粘合襯布用的主要粘合劑之一[1].

目前生產(chǎn)EVA熱熔膠粉末有液氮深冷凍粉碎法和水介質(zhì)分散法,液氮深冷凍粉碎法對(duì)設(shè)備的投資較大、生產(chǎn)成本較高,同時(shí)粉碎的顆粒形狀不規(guī)則,影響涂布的均勻性.水介質(zhì)分散法以水為分散介質(zhì),添加表面活性劑,在高速攪拌剪切下將EVA粉碎為425～180 μm粒徑的粉末. 相比而言,水介質(zhì)分散法成本較低,投資較少僅需要高壓反應(yīng)釜,生產(chǎn)的粉末形狀規(guī)則易于涂布[1-4 ],關(guān)于熱熔膠的制備和性能的其他研究見(jiàn)文獻(xiàn)[5-9].國(guó)內(nèi)研究水介質(zhì)分散法的文獻(xiàn)和專利很少[1-2],隨著紡織行業(yè)和EVA熱熔膠的發(fā)展,其粉末化的要求也會(huì)越來(lái)越高,為此本文中對(duì)該法進(jìn)行了重點(diǎn)研究.

本文中的實(shí)驗(yàn)是以水為分散介質(zhì),用高壓反應(yīng)釜制備EVA熱熔膠粉末,討論了溫度、轉(zhuǎn)速、表面活性劑用量、料水比等因素對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)率、產(chǎn)物形狀的影響.通過(guò)對(duì)該實(shí)驗(yàn)結(jié)果的討論,得出當(dāng)反應(yīng)溫度為170 ℃,轉(zhuǎn)速為400 r/min,表面活性劑用量為2.7%,料水比在1∶4～1∶5之間時(shí)制備的粉末產(chǎn)率較高、粒徑符合生產(chǎn)要求且生產(chǎn)效率也高.從工業(yè)生產(chǎn)角度來(lái)看,水介質(zhì)分散法雖然投資較少,但是效率不及深冷凍粉碎法,所以該制備方法需要在提高生產(chǎn)效率方面做出更多探索.

1 實(shí)驗(yàn)

1.1原材料EVA:牌號(hào)UL05540,EXXON Chemical;十二烷基苯磺酸鈉:AR,天津市津北精細(xì)化工有限公司;硬脂酸鈉:AR,天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司;氧化鋁:AR,天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司.

1.2實(shí)驗(yàn)儀器高壓反應(yīng)釜:型號(hào)CJ—5L,威海金鑫石化設(shè)備有限公司;真空抽濾水泵;分級(jí)篩:孔徑型號(hào)425 μm、250 μm、180 μm,浙江上虞市五四紗篩廠;榨汁機(jī):HR2006,飛利浦電子香港有限公司.

1.3基本配方基本配方(質(zhì)量份數(shù)):水,2 500 mL;EVA顆粒,500 g;十二烷基苯磺酸,81 g;硬脂酸鈉,200 g;氧化鋁,17 g.

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 EVA粉末的制備 將EVA顆粒和十二烷基苯磺酸鈉、硬脂酸鈉、氧化鋁、水按一定比例加入到5 L高壓反應(yīng)釜中,設(shè)定反應(yīng)溫度為170 ℃、轉(zhuǎn)速為400 r/min,保持該反應(yīng)條件2 h后通水驟冷,待冷卻到50 ℃時(shí)出料,洗滌過(guò)濾干燥,用榨汁機(jī)粉粹制成產(chǎn)物.

1.4.2 粒徑分布測(cè)定 取200 g上述粉末產(chǎn)物通過(guò)425 μm、250 μm、180 μm孔徑的分級(jí)篩進(jìn)行分級(jí),測(cè)算3種粒徑的粉末比率,驗(yàn)證配方的正確性.

2 結(jié)果與討論

水介質(zhì)分散法原理就是利用EVA在高溫條件下,熔融黏度非常小,使得分子鏈段能夠在強(qiáng)大剪切力及其分散助劑作用下相互滑動(dòng)解纏結(jié),一旦被剪切出來(lái)的少量分子鏈團(tuán)即液滴到了水中后,水中的表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉的親油端隨即吸附于液滴周圍將其包裹懸浮在水中,由于表面活性劑分子間的排斥作用,使得液滴不再互相接觸纏結(jié),當(dāng)冷卻到軟化點(diǎn)下后這些小液滴就定型成粉末了.所以這個(gè)實(shí)驗(yàn)中溫度、轉(zhuǎn)速、乳化劑的用量以及料水比是非常重要的因素.

2.1溫度的影響溫度是該實(shí)驗(yàn)首先考慮因素,我們從90 ℃、120 ℃、140 ℃、160 ℃、170 ℃逐個(gè)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其現(xiàn)象如下表1.

表1 產(chǎn)物粉末比率與溫度的關(guān)系

轉(zhuǎn)速為400 r/min,表面活性劑用量為2.7%,料水比在1∶5.

由表1可見(jiàn),本實(shí)驗(yàn)中溫度是決定性因素之一,它決定著EVA熔融黏度的大小,只有當(dāng)黏度足夠小時(shí),分子鏈的滑動(dòng)才比較容易,再配合強(qiáng)大剪切力,顆粒才能被分散成粉末大小,否則溫度不夠黏度太大,再?gòu)?qiáng)的剪切作用也沒(méi)有效果,本實(shí)驗(yàn)所用的EVA,當(dāng)溫度達(dá)到170 ℃時(shí)配合剪切力就能夠使纏結(jié)的分子鏈分開(kāi)形成小液滴.但是也不能無(wú)限的提高溫度,因?yàn)镋VA在高溫下容易降解,經(jīng)差熱分析表明,一般在200 ℃附近開(kāi)始氧化;250 ℃左右開(kāi)始脫醋酸根,300 ℃全部脫完,400 ℃以上主鏈斷裂開(kāi)始分解,所以我們需要探索最合適的溫度.由于EVA分子量及其結(jié)構(gòu)不同所以沒(méi)有統(tǒng)一的溫度,熔融指數(shù)高、分子量低的EVA分子鏈短,纏結(jié)較輕,實(shí)驗(yàn)溫度較低,如果分子量大分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜支鏈很多則所需溫度就較高.

表2 產(chǎn)物粉末比率與表面活性劑用量的關(guān)系

反應(yīng)溫度為170 ℃,轉(zhuǎn)速為400 r/min,料水比在1∶5.

圖1 產(chǎn)物粉末粒徑分布與表面活性劑用量關(guān)系

由表2 可見(jiàn),當(dāng)十二烷基苯磺酸鈉的量小于2.7%時(shí),由于表面活性劑含量不夠則部分處于熔融狀態(tài)的分子鏈缺乏保護(hù)層,就容易纏繞在一起結(jié)團(tuán),表現(xiàn)出圓餅狀或者草根狀;但是如果表面活性劑過(guò)量,形成的膠束過(guò)多,則粉末粒徑過(guò)細(xì),如圖1所示.當(dāng)表面活性劑量超過(guò)了2.7%后,180 μm及以上粒徑粉末比例很大,粉塵很大,不易上輥.所以表面活性劑最佳用量為2.7%.

2.3料水比的影響在該實(shí)驗(yàn)中,EVA和水的比例也是一個(gè)考慮的因素,在表面活性劑和分散劑用量反應(yīng)溫度為170 ℃,轉(zhuǎn)速為400 r/min,表面活性劑用量為2.7%.

表3 產(chǎn)物粉末比率與EVA/水比例的關(guān)系

一定時(shí),我們?cè)囼?yàn)了1∶1.5、1∶2.5、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3及圖2.

由表3和圖2可見(jiàn)當(dāng)EVA∶水>1∶3后就不能得到所需要的粉末,存在大量草根狀物質(zhì)并且隨著比例的增加而使結(jié)團(tuán)現(xiàn)象趨于嚴(yán)重,當(dāng)EVA∶水<1∶6時(shí),得到的粉末粒徑很小也比較好但是180 μm粒徑比例開(kāi)始增多,并且作為單釜粉末產(chǎn)率很低, 降低了生產(chǎn)效率,所以最佳比例是1∶4～1∶5之間.

圖2 產(chǎn)物粉末粒徑分布與EVA/水比例的關(guān)系

2.4轉(zhuǎn)速的影響只有當(dāng)熔融黏度比較小時(shí),葉輪帶動(dòng)水的剪切才能夠起作用,所以剪切也是很重要的影響因素,攪拌器的形狀和攪拌速度都起著相當(dāng)重要的作用,產(chǎn)物粒徑大小及分布很大程度上取決于攪拌速度和攪拌器的分散效率.采用普通攪拌器, 即使使用很大的攪拌速率, 也不能得到粉末;我們采用渦輪式攪拌器,它在高速旋轉(zhuǎn)時(shí), 對(duì)液體具有極強(qiáng)的沖擊和剪切作用, 它在產(chǎn)生徑向流動(dòng)的同時(shí), 還能產(chǎn)生強(qiáng)烈的軸向流動(dòng), 具有良好的分散效果.在較高的攪拌速度下生成的顆粒粒徑小, 呈球狀, 粒末細(xì)膩, 粒徑分布也較窄.本文作者所做實(shí)驗(yàn)分別用了1 L和5 L的高壓反應(yīng)釜做樣,小釜釜體較深葉片較小,大釜釜體淺葉片大,導(dǎo)致在其他同樣條件下,1 L反應(yīng)釜做的產(chǎn)物有草根纖維狀物質(zhì)但是5 L反應(yīng)釜沒(méi)有,同樣在5 L反應(yīng)釜中轉(zhuǎn)速達(dá)到400 r/min比300 r/min制備出的產(chǎn)物粒徑要小,這說(shuō)明攪拌在粉末的制備中也很重要.

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)多次反復(fù)實(shí)驗(yàn)我們得出當(dāng)反應(yīng)溫度為170 ℃,轉(zhuǎn)速為400 r/min,表面活性劑用量為2.7%,料水比在1∶4～1∶5之間時(shí)制備的粉末產(chǎn)率較高、符合生產(chǎn)要求的粉末(粒徑為425～250 μm)產(chǎn)率高達(dá)80.3%且生產(chǎn)效率也高.從工業(yè)生產(chǎn)角度來(lái)看,水介質(zhì)分散法雖然投資較少,但是效率不及深冷凍粉碎法.所以對(duì)水介質(zhì)分散法,需要在提高生產(chǎn)效率方面做出更多探索.

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