阳离子水性聚氨酯的制备及其在表面施胶中的应用

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与浆内施胶相比,表面施胶能赋予纸和纸板特殊的性能,对其相关的物理性能以及书写、印刷适性的提高均有积极的作用。表面施胶剂尤其是聚合物表面施胶剂的制备就显得尤为重要。水性聚氨酯类表面施胶剂以水为分散介质,具有不燃、无毒、不污染环境、节省能源、操作加工方便等优点,因其良好的成膜性,能以较少用量产生较高施胶度,并可改善纸张性能,从而越来越受到人们的重视。本论文采用“内乳化法”以聚酯二元醇、甲苯二异氰酸酯(TDI)、1,4-丁二醇和亲水扩链剂制备了稳定的阳离子水性聚氨酯乳液,并将其用于表面施胶试验。研究工作分为两部分:(1)阳离子水性聚氨酯合成及其表征;(2)阳离子水性聚氨酯表面施胶性能的研究及施胶条件的探讨。在阳离子水性聚氨酯制备的研究中,讨论了NCO/OH值、亲水扩链剂的种类及用量、加料方式、中和方式、中和度、扩链温度、丙酮用量等对水性聚氨酯性能的影响。实验结果表明:选用N-甲基二乙醇胺(MDEA)作亲水扩链剂,易乳化,所制乳液的涂膜硬度高;采取先加入聚酯二元醇、TDI预反应一段时间,再加入MDEA进行反应的加料方式有利于改善合成工艺,减少溶剂的使用量;采取先中和,后乳化的方式,在中和度为100%时得到的乳液的综合性能更好;随着NCO/OH值、MDEA和丙酮用量的增大,乳液粒径减小;随着NCO/OH值、MDEA用量、扩链温度的升高和丙酮用量的降低,乳液粘度增大;随着NCO/OH值和丙酮用量的降低以及MDEA用量和扩链温度的升高,涂膜耐水性增强。将所制的阳离子水性聚氨酯用于纸张的表面施胶,发现施胶后纸页的施胶度相关物理性能有了较大的提高,喷墨打印纸的印刷适性与经淀粉、松香、AKD等施胶后的纸页相比有了较大的提高。为了降低聚氨酯的施胶成本,采用AKD浆内施胶与聚氨酯表面施胶协同施胶的方式,探讨了AKD与聚氨酯的最佳用量,达到了节约成本的目的。本课题的研究结果有助于开发出提高纸页抗水、印刷性能并能用于工厂实际生产的表面施胶剂,适应当前造纸行业对表面施胶越来越高的要求。
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