用于纸张增强的多异氰酸酯水分散体系的制备与应用

来源 :陕西科技大学 | 被引量 : 6次 | 上传用户:Yhead705
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多异氰酸酯是一种具有较高反应活性的物质。异氰酸酯可与含有羟基和氨基类活泼的物质进行反应,因此可将异氰酸酯与富含多聚糖的纸张纤维反应,在纸纤维间形成化学交联,从而提升纸张性能。但因异氰酸酯的高反应活性,导致异氰酸酯在分散和转移过程中容易变质进而减弱甚至失去对纸张性能的提升能力。本课题采用表面活性剂乳化、聚合物分散和端基封端法在分散转移异氰酸酯过程中对异氰酸酯进行保护,并对异氰酸酯的分散效果和保护机制进行了探讨。(1)在表面活性剂乳化分散实验中,利用不同分子量的聚乙二醇单甲醚(mPEG)和六亚甲基二异氰酸酯(HDI)三聚体按照1:1摩尔比反应,制得非离子型表面活性剂EGHT(EG350HT、EG550HT和EG750HT)。采用表面张力法和荧光光谱法确定了表面活性剂EGHT的临界胶束浓度(CMC)。该表面活性剂可用于乳化HDI三聚体(HDIT)。通过测定EGHT/HDIT分散液粒径分布和稳定性分析了EGHT中mPEG相对分子质量和HDIT含量对分散液稳定性的影响。采用甲苯-二丁胺乳化法测试了EGHT/HDIT-2分散液的适用期,其适用期均在7h以内。为了对其工作过程进行分析,采用液氮冷冻干燥技术和扫描电子显微镜(SEM)观察EGHT/HDIT分散液的微观形貌。EGHT/HDIT分散液呈现液核微球结构,液核微球内部是HDIT聚集区,球壁是表面活性剂EGHT,液核微球外部是水相聚集区。该分散液具有对温度的敏感性,可通过升温控制分散液中HDIT释放。EGHT/HDIT分散液可用于纸张增强,液核微球中所包裹的HDIT活性物质,可安全被运移到纸张纤维表面,与纸纤维之间交联形成三维网络结构,从而提高纸张的力学性能。特别是在有聚乙烯醇(PVA)参与的施胶实验中,特种纸的耐折度、抗张指数和撕裂指数分别高达3984次、56.74 N·m/g和8.92mN·m2/g。(2)在两亲共聚物分散实验中,以相对分子质量为300和475聚乙二醇甲基丙烯酸酯(OEGMA)和甲基丙烯酸丁酯(BMA)为单体,通过ATRP反应制得P(OEGMA300-co-BMA)和P(OEGMA475-co-BMA)系列共聚物。利用表面张力法和荧光光谱法确定了共聚物P(OEGMA-co-BMA)的CMC值。通过测定P(OEGMA-co-BMA)水溶液的透光率、黏度和粒径分析了共聚物组成对其低临界溶解温度(LCST)的影响。两亲共聚物P(OEGMA-co-BMA)可用于分散HDIT。通过测定P(OEGMA-co-BMA)/HDIT分散液粒径分布和稳定性分析了共聚物组成以及HDIT含量对分散液稳定性的影响。当共聚物n(OEGMA):n(BMA)为1.5:1.0,且m(P(OEGMA-co-BMA)):m(HDIT)为1.0:1.5时,P(OEGMA-co-BMA)-3/HDIT-3分散液稳定性好,其适用期在6h以内。为了对其工作过程进行分析,采用液氮冷冻干燥技术和SEM观察P(OEGMA-co-BMA)/HDIT分散液的微观形貌。该分散液呈现多级孔隙海绵体结构。多级孔隙海绵体结构中大孔结构是水相聚集区,多级孔隙海绵体结构中骨架结构是共聚物P(OEGMA-co-BMA),骨架结构中小孔结构是HDIT的油相聚集区。该分散液具有对温度的敏感性,可通过升温控制分散液中HDIT释放。P(OEGMA-co-BMA)/HDIT分散液可用于纸张增强,与PVA复配形成P(OEGMA-co-BMA)/HDIT/PVA1799复合施胶剂用于特种纸施胶实验中,特种纸的耐折度、抗张指数和撕裂指数分别高达3678次、54.51 N·m/g和8.95 mN·m2/g。(3)采用端基封闭法制备封闭型多异氰酸酯。通过甲基丙烯酸羟乙酯与HDIT反应获得多异氰酸酯丙烯酸单体(HEHT),将不同质量的HEHT引入至P(OEGMA-co-BMA)中获得系列共聚物P(OEGMA-co-BMA)-b-PHEHT,再通过甲乙酮肟对该共聚物进行封端制备系列封端共聚物P(OEGMA-co-BMA)-b-PHEHT-MEKO。通过粒径分析仪和稳定性分析仪确定出分散稳定性最佳的封端共聚物P(OEGMA-co-BMA)-b-PHEHT-MEKO-2。采用液氮冷冻干燥技术和SEM结合技术观察封端共聚物分散液的微观形貌,该分散液呈现类蜂窝结构。探讨了反应时间和反应温度对封端共聚物分散液微观形貌的影响。发现当分散液和水反应温度升高至90oC时,类蜂窝结构中聚合物骨架结构塌陷,且类蜂窝结构中房孔融合现象加剧。由于该分散液在高温作用下发生解封反应,出现-NCO活性基团,因此可将该分散液作为一种表面施胶剂,应用在纸张增强上。P(OEGMA-co-BMA)-b-PHEHT-MEKO-2分散液具有良好的热稳定性,可与PVA1799共混形成复合施胶剂在高温施胶中使用。当复合施胶剂中封端共聚物分散液质量浓度为0.75%、PVA1799质量浓度为4.0%时,在70℃下施胶,复合施胶液具有良好的热稳定性和较低黏度以及较高的挂胶量。特种纸的耐折度、抗张指数、撕裂指数分别可达4020次、50.03 N·m/g和8.65 mN·m2/g。
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