Modificaties van polyacrylaatverdikker voor gebruik in textielcompounds

Lien Ceulebroeck
In dit project lag de focus op de optimalisatie van de werking van een verdikker (hydrophobically-modified alkali-swellable emulsion, HASE). Hiervoor werd ingespeeld op drie factoren: de monomeren, de surfactants en de molaire massa. De verdikker was bedoeld voor een compound voor gebruik in de textielindustrie (tapijt).

Tapijt is meer dan enkel en alleen garens

Altijd al benieuwd geweest hoe het komt dat de garens in jouw tapijt blijven zitten? Het geheim zit hem in de compound. Deze zorgt ervoor dat de garens – ook wel tufts genoemd – blijven zitten. Maar wat zit er in die compound? Onder andere een verdikker en laat het nu net die verdikker zijn die ik heb onderzocht.

                                                                  

Verdikker

 

De verdikker, meer bepaald een polyacrylaatverdikker is een hydrophobically-modified alkali-swellable emulsion. Met andere woorden in een alkalisch milieu (hoge pH of zuurtegraad) worden hydrofobe (waterafstotende) interacties – ook netwerken genoemd – gevormd. Het gevolg van de vorming van deze netwerken is een stijging van de viscositeit.  (Laat ons in wat volgt de viscositeit de stroperigheid noemen.)  De vraag is nu waarom de stroperigheid van de compound zo hoog moet zijn. De reden daarvoor is de aanwezigheid van krijt. Krijt fungeert als vulmiddel en is bedoeld om het tapijt zwaar te doen aanvoelen. Dit klinkt misschien vreemd, maar dat is wel wat mensen lijken te verwachten wanneer ze een tapijt kopen. Het risico bestaat dat het krijt bezinkt in de compound. Dan is de compound niet meer bruikbaar. Deze bezinking kan vermeden worden door de stroperigheid te verhogen. Dus waarom moet een verdikker in de compound zitten? Om te verwijden dat het krijt bezinkt.

Netwerken (micelle) gevormd door verdikker

Onderzoek

 

De focus van mijn thesis lag op het zoeken naar de ideale samenstelling van de verdikker zodat de werking van de verdikker – stijging van de stroperigheid – optimaal was. Hiervoor werd ingespeeld op drie factoren: monomeren, de surfactants (of zepen) en tot slot de molaire massa.

 

De verdikker is een polymeer (dus een opeenvolging van identieke delen – monomeren – die chemisch met elkaar gebonden zitten). Die opeenvolging is bepalend voor de verdikkende werking en vandaar dus dat ingespeeld werd op de monomeren om de werking van de verdikker te optimaliseren. In de verdikker zitten drie monomeren: acrylzuur, methylacrylaat en een monomeer dat de hydrofobe groepen bevat zodat netwerken kunnen worden gevormd. Van deze monomeren werd de hoeveelheid en de verhouding gewijzigd. Daarnaast werd ook gekeken of methacrylzuur of ethylacrylaat eventueel een alternatief kunnen bieden voor respectievelijk acrylzuur en methylacrylaat.

 

Een tweede variatie had betrekking op de zepen. Het feit dat kan ingespeeld worden op de zepen, komt doordat de verdikker een emulsie (twee niet-mengbare vloeistoffen die toch een stabiel mengsel vormen door de aanwezigheid van een zeep in het mengsel) is die wordt gemaakt via emulsiepolymerisatie. Dit is een techniek waarbij een polymeer gemaakt wordt als een emulsie in water. Aangezien het polymeer waterafstotend is, is het bijgevolg niet mengbaar met water. De zepen zorgen dus voor een verdeling van het polymeer in water. Zepen bevatten ook een hydrofobe groep, net zoals de verdikker. Deze hydrofobe groepen kunnen eveneens deelnemen aan de vorming van netwerken. Wat betreft de zepen werden verschillende types en hoeveelheden getest.

 

De molaire massa was het onderwerp van de laatste variatie. Onder molaire massa kun je verstaan dat het een maat is voor de grootte van de molecule. Dit is ook een bepalende factor voor de werking van de verdikker. Enerzijds moet de molaire masse voldoende hoog zijn zodat netwerken kunnen worden gevormd. Anderzijds is een te hoge molaire massa nadelig omdat dan de hydrofobe groepen gehinderd worden om met elkaar netwerken te vormen. Om de molaire massa te regelen werden twee moleculen gebruikt: een crosslinker en een ketenregelaar. Beide moleculen hebben een tegenovergestelde werking. De crosslinker zorgt ervoor dat de molaire massa toeneemt doordat hij twee moleculen met elkaar bindt. Daarentegen zorgt de ketenregelaar voor een daling van de molmassa doordat hij een molecule in twee stukken breekt. Van beide verbindingen werd de hoeveelheid gevarieerd om het optimum te bepalen.

 

Resultaten

 

Om de samenstelling van de verdikker te variëren werd vertrokken van een referentiesamenstelling waarmee alle variaties vergeleken werden. Uit deze vergelijking zijn verschillende optima gekomen, onder andere de optimale verhouding van acrylzuur en methylacrylaat, de optimale zeep en de optimale hoeveelheid crosslinker. Elk van deze optima werden samengevoegd in een laatste variatie, namelijk de optimalisatie.

 

Het resultaat van de optimalisatie was een verdikker die een betere verdikkende werking had dan de verdikker in de referentiecompound. Met andere woorden de verdikker uit de optimalisatie zorgde voor een hogere stroperigheid dan de referentie. Een andere parameter die ook belangrijk is voor het gebruik van de compound is dat de stroperigheid van de compound ongeveer gelijk blijft gedurende een aantal dagen. De verwerking van de compound is moeilijk wanneer de stroperigheid niet iedere dag ongeveer dezelfde waarde heeft, maar bijvoorbeeld stijgt naarmate de compound ouder wordt. Dit was echter niet zo goed bij de optimalisatie. De stabiliteit van de stroperigheid was beter bij de referentie dan bij de optimalisatie.

 

Ook nog dit …

 

Tot slot wil ik langs deze weg de mensen bedanken die mij ondersteund hebben bij het maken van mijn thesis.

Bibliografie

“About us”, www.eocgroup.be. [Online]. Beschikbaar: http://www.eocgroup.com/. [Geraadpleegd op 17 maart 2017].

A.M. Van Herk, Chemistry and technology of emulsion polymerization. Eindhoven: uitgeverij Blackwell publishing, 2005.

E. Uyttersprot, “Hybride polyacrylaten voor anti-scaling toepassingen, Ongepubliceerd werk, KU Leuven – Technologiecampus Gent, 2014-2015.

E. Jooken, Chemie van de polymeren. Leuven: Uitgeverij Acco, 2007.

A.J. Oostenbrink. “Polymerisatietechnieken”, www.oxbo.nl. [Online]. Beschikbaar: http://www.oxbo.nl/chemie/polymeren/polymeerchemie/H6polymeerdictaat.pdf. [Geraadpleegd op 20 februari 2017].

D. Bruneel, “Toegepaste chemie”, Ongepubliceerd werk, KU Leuven, Gent, 2016.

“Functional products Disponil ® A 3065”, www.cognis.com. [Online]. Beschikbaar: http://www2.spotchemi.eu/techspec/07161.pdf. [Geraadpleegd op 14 maart 2017].

“Detergent Properties and Applications”, www.sigmaaldrich.com. [Online]. Beschikbaar: http://www.sigmaaldrich.com/technical-documents/articles/biofiles/deter…. [Geraadpleegd op 14 maart 2017].

D. Bruneel, “Polymeerchemie”, Ongepubliceerd werk, KU Leuven, Gent, 2016.

S.C. Thickett, R. G. Gilbert. “Emulsion polymerization: State of the art in kinetics and mechanisms”, Elsevier, Sydney, 2007.

C.S. Chern, “Emulsion polymerization mechanisms and kinetics”, Elsevier, Taiwan, 2006.

H.B. Yamak, “Emulsion polymerization: Effects of Polymerization Variables on the Properties of Vinyl Acetate Based Emulsion Polymers”, InTechOpen, 2013.

E. Kostansek, “Associative polymer/Latex Dispersion Phase Diagrams II: HASE tickeners”, JCT Research, vol. 2, nr. 6, pp. 417-422, april 2005.

V. Tirtaatmadja, K.C. Tam, R.D. Jenkins, “Rheological properties of Model Alkali-Soluble Associative (HASE) Polymers: Effect of Varying Hydrophobic Chain Length”, Macromolecules, vol. 30, nr. 11, pp. 3271-3282, december 1997.

S. Dai, K.C. Tam, R.D. Jenkins, D.R. Bassett, “Light Scattering of Dilute Hydrophobically Modified Alkali-Swellable Emulsion Solution: Effects of Hydrophobicity and Spacer Length of Macromonomer”, Macromolecules, vol. 33, nr. 19, pp. 7021-7028, Augustus 2000.

A.A. Abdala, W. Wu, K.R. Olesen, R.D. Jenkins, A.E. Tonelli, S.A. Khan, “Solution rheologie of hydrophobically modified associative polymers: Effects of backbone composition and hydrophobic interaction”, Journal of Rheology, vol. 48, nr. 5, pp. 979-994, september/oktober 2004.

“Methacrylic acid”, www. sigmaaldrich.com. [Online]. Beschikbaar: http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/155721?lang=en&regi…. [Geraadpleegd op 15 maart 2017].

“Ethyl acrylate”, www.sigmaaldrich.com. [Online]. Beschikbaar: http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/76130?lang=en&region=BE. [Geraadpleegd op 15 maart 2017].

“3-Isopropenyl-α,α-dimethylbenzyl isocyanate”. www.sigmaaldrich.com, [Online]. Beschikbaar: http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/361771?lang=en& region=BE. [Geraadpleegd op 15 maart 2017].

“Acrylic acid”, www.sigmaaldrich.com. [Online]. Beschikbaar: http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/vetec/v001661?lang=en&regio…. [Geraadpleegd op 15 maart 2017].

“Methyl acrylate”, www.sigmaaldrich.com. [Online]. Beschikbaar: http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/m27301?lang=en&regi…. [Geraadpleegd op 15 maart 2017].

“Thickeners + Rheology Guide”, www.scottbader.be. [Online]. Beschikbaar: http://www.scottbader.com/uploads/files/3040_thickeners-and-rheology-gu…. [Geraadpleegd op 19 maart 2017].

W.P. Seng, K.C. Tam, R.D. Jenkins, D.R. Bassett, “Calorimetric Studies of Model Hydrophobically Modified Alkali-Soluble Emulsion Polymers with Varying Spacer Chain Length in Ionic Surfactant Solutions”, Macromolecules, vol. 33, nr. 5, pp. 1727-1733, oktober 2000.

J.P. Kaczmarski, M. Tarng, Z. Ma, J.E. Glass, “Surfactant and salinity influence on associative thickener aqueous solution rheology”, Colloids and surfaces, vol. 147, pp. 39-53, 1999.

“TritonTM X-100”, www.sigmaaldrich.com. [Online]. Beschikbaar: http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/x100?lang=en&region=BE. [Geraadpleegd op 21 maart 2017].

W.P. Seng, K.C. Tam, R.D. Jenkins, “Rheological properties of model alkali-soluble associative (HASE) polymer in ionic and non-ionic surfactant solutions”, colloids and surfaces, vol. 154, pp. 365-382, 1999.

K.C. Tam, L. Guo, R.D. Jenkins, D.R. Bassett, “Viscoelastic properties of hydrophobically modified alkali-soluble emulsion in salt solution”, Polymer, vol. 40, pp. 6369-6379, 1999.

“Carpet backing”, www.floorwisewa.blogspot.be. [Online]. Beschikbaar: http://floorwisewa.blogspot.be/2011/07/carpet-backing.html. [Geraadpleegd op 15 april 2017].

D. Hoorne, “Textielcompounds”, Ongepubliceerd werk, EOC group, Oudenaarde, 2017.

“Understanding carpet construction”, www.carpet-rug.org. [Online]. Beschikbaar: http://www.carpet-rug.org/carpet-and-rug-construction-business.html. [Geraadpleegd op 15 april 2017].

“Productieproces”, www.modulyss.com. [Online]. Beschikbaar: http://www.modulyss.com/nl/modulyss/productieproces/#!prettyPhoto. [Geraadpleegd op 15 april 2017].

“Sodium hexametaphosphate”, www.sigmaaldrich.com. [Online]. Beschikbaar: http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/vetec/v800380?lang=en&regio…. [Geraadpleegd op 5 april 2017].

“Carpet back-coating”, www.ied.ineris.fr. [Online]. Beschikbaar: http://ied.ineris.fr/sites/default/interactive/bref_text/breftext/angla…. [Geraadpleegd op 18 april 2017].

“Ascorbic acid”, www.sigmaaldrich.com. [Online]. Beschikbaar: http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/a1300000?lang=en&regio…. [Geraadpleegd op 2 april 2017].

“Luperox® TBH70X, tert-Butyl hydroperoxide solution”, www.sigmaaldrich.com. [Online]. Beschikbaar: http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/458139 ?lang=en&region=BE. [Geraadpleegd op 2 april 2017].

“Ethylene glycol dimethacrylate”, www.sigmaaldrich.com. [Online]. Beschikbaar: http://www.sigmaaldrich.com/catalog/substance/ethyleneglycoldimethacryl…. [Geraadpleegd op 2 april 2017].

“1-dodecanethiol”, www.sigmaaldrich.com. [Online]. Beschikbaar: http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/471364?lang=en&regi…. [Geraadpleegd op 7 april 2017].

E. Matthys, “Elektrochemische technieken”, Ongepubliceerd werk, KU Leuven, Gent, 2016.

“Brookfield AMETEK LVDVE115 Low-range viscometer, 115 VAC”, www.coleparmer.com. [Online]. Beschikbaar: https://www.coleparmer.com/i/mn/9894500. [Geraadpleegd op 5 april 2017].

“Brookfield Accessories”, www.viscometers.org. [Online]. Beschikbaar: http://www.viscometers.org/Brookfield-Accessories.html. [Geraadpleegd op 5 april 2017].

P. Pecceu, “Hydrophobically modified alkali swellable emulsions als verdikker in haargel”, Ongepubliceerd werk, KU Leuven – Technologiecampus Gent, 2012-2013.

E. Jooken, “Analyse van de polymeren”, Ongepubliceerd werk, KU Leuven, Oostende, 2017.

K. C. Tam, W. P. Seng, R. D. Jenkins, D. R. Bassett, “Rheological and Microcalorimetric Studies of a Model Alkali-Soluble Associative Polymer (HASE) in Nonionic Surfactant Solutions”, Polymer Physics, vol. 38, pp. 2019-2032, 2000.

Universiteit of Hogeschool
Industriële wetenschappen: chemie
Publicatiejaar
2017
Promotor(en)
Dorine Bruneel
Kernwoorden
Share this on: