Page 73 - 精细化工2019年第12期
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第 12 期 苏秀霞，等: 氨基磺酸盐型水性醋酸纤维乳液的制备与性能 ·2401·
醋酸纤维素（CA）是天然纤维素的乙酰化产 分利用，而且为水性涂料的研究提供了新思路。
[1]
物 ，具有无毒、可再生、可生物降解等优点 [2-4] ，
在烟草、医药和纺织行业应用广泛 [5-6] 。此外，醋酸 1 实验部分
纤维还可作为助剂、改性树脂或成膜树脂应用于涂
1.1 试剂与仪器
料中，能改善乳液流平性、提高涂料耐黄变、耐冻 醋酸纤维（CA），工业级，上海展云化工有限
裂性、减少干燥时间 [7-8] 。由于醋酸纤维不溶于水，
公司；异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI），工业级，拜耳
只溶于部分有机溶剂，在使用过程中会产生大量挥 （中国）有限公司；二月桂酸二丁基锡（DBTDL，
[9]
发性有机物，对环境和健康造成严重危害 。因此， 化学纯）、乙二胺基乙磺酸钠（AAS，工业级），上
制备以水为分散介质、无毒、无污染的水性醋酸纤 海麦克林生化科技有限公司；乙酸甲酯（MAC）、
维乳液具有非常重要的意义。 二正丁胺、溴甲酚绿，AR，天津市大茂化学试剂厂；
自乳化法是制备水性乳液较为经济、环保的方 丁酮（MEK）、丙酮（PA），AR，西安三浦精细化
法。其所用亲水剂中的亲水基团是决定乳液稳定性 工厂；去离子水，市售。
的关键。苏秀霞等 [10] 以二羟甲基丁酸为亲水剂，通 VECTOR-22 型傅里叶变换红外光谱仪（FTIR），
过异氰酸酯基将亲水基引入到纤维素分子中，赋予 Bruker Optics 公司；NANO-ZS90 型纳米粒度分析
了醋酸纤维素较好的亲水性，其中，—COOH 需用 仪（DLS），英国 Malvern 公司；NDJ28S 型数字
+
–
挥发且有毒的三乙胺中和成—COO N (CH 2 CH 3 ) 3 ， 显示黏度计，上海仪器厂；Tecnai G2 F20 S-TWIN
–
+
以提高乳液的亲水性，但—COO N (CH 2 CH 3 ) 3 在 型透射电子显微镜（TEM）、Verios 460 型扫描电
pH≤7 时易发生水解，重新生成—COOH，因此， 子显微镜（SEM），美国 FEI 公司；D/max-2200/PC
乳液只能在 pH>7 时稳定存在 [11-13] 。磺酸盐因分子 型 X 射线衍射仪（XRD），日本 Rigaku 公司；
中具有强电解质基团（—NaSO 3 ），可增强乳液粒子 DSA10-MK2 型光学接触角测量仪，德国 KRÜSS
“双电层”的ζ电位，粒子间会形成较强的静电斥 GmbH 公司；TGA Q500 型热重分析仪（TGA），
力，阻止乳液粒子凝聚，提高乳液稳定性。Lee 等 [14] 美国 TA 公司。
1.2 水性醋酸纤维乳液的制备
以磺化多元醇代替部分羧酸盐制备出稳定且初黏度
较高的水性聚氨酯乳液（WPU）；强涛涛等 [15] 以磺 称取 4 g 醋酸纤维，用 24 g 丁酮和 16 g 乙酸甲
酯将其溶解备用。在通有氮气的四口烧瓶中加入异
酸盐 A95 为亲水剂制备了 WPU，提高了胶膜的断
裂伸长率；Wu 等 [16] 制备了羧酸·磺酸盐型 WPU， 佛尔酮二异氰酸酯（2.96 g，8 mmol），于 45 ℃下
以恒压滴液漏斗将醋酸纤维溶液缓慢滴入烧瓶中，
结果表明：随着磺酸基含量的增加，薄膜耐水性提
待其滴加完毕后升温至 60 ℃，在二月桂酸二异丁
高。由此可见，磺酸基的引入可提高乳液稳定性及
基锡（DBTDL）催化作用下恒温反应 2 h。用丙酮-
涂膜力学性和耐水性，但以磺酸盐为亲水剂合成水
二正丁胺法测定整个反应的进程 [17] ，若体系中异氰
性醋酸纤维乳液鲜有报道。
酸酯基（—NCO）的质量分数达到 17%时，降温至
本文采用磺酸盐 AAS 对 CA 进行改性，并通过 40 ℃，加入乙二胺基乙磺酸钠（2.77 g, 7.2 mmol）
调整工艺，解决 CA 分子中—OH 反应位阻大、活性 保温反应 50 min。待反应完毕后，将温度降至 28 ℃，
低的问题，制备了 SWCA 乳液。该乳液兼顾了 CA 加 30 mL 去离子水高速（3000 r/min）搅拌 30 min
及 AAS 各自的优点，提高了乳液稳定性、改善了涂 使预聚物分散，最后，通过减压蒸馏脱除丁酮，得
膜耐水性。同时，利用纤维素代替石油基聚合物制 到氨基磺酸盐型水性醋酸纤维乳液（SWCA）。
备水性涂料，不仅实现了天然高分子聚合物的充 SWCA 的反应式如下所示。
