近年来,水分散聚氨酯乳液因其具有优异的环保性能和提高纸张表面强度等方面的作用受到越来越多的关注,特别是水性聚氨酯表面施胶剂在工业上应用日益增多。但水性聚氨酯作为特种纸表面施胶剂在应用中有一个极大的问题,即必须加入交联剂才能形成三维网络,达到显著提高强度和抗水性的目的,这样,势必要求进行低温下的施胶,因为高温条件下,交联剂很快与聚氨酯发生化学反应,形成凝胶,而不能达到表面施胶效果。因此,如何实现聚氨酯在高温下的施胶,一直是特种纸工业面临的难题。本课题的设计思路是先合成水分散聚氨酯,然后对水分散聚氨酯加入封闭剂进行封端反应,制备封闭型水分散聚氨酯,其可以在设计的温度下,在表面施胶过程中与纤维结合,然后在烘干条件下发生解封,重新形成高活性的异氰酸酯基,迅速形成化学交联,达到合成高分子之间及高分子与纤维间的交联,从而解决了在常温(室温)条件下水分散聚氨酯中活性较强的异氰酸酯基团与其它物质反应的问题,且分散于水中时不会与水发生副反应,乳液聚合物稳定性好,可以长期贮存。使用时,经一定温度解封后,异氰酸酯基团被重新释放出来,与纸张中的纤维发生作用,从而达到纸张性能增强和抗水的作用。为了增强表面施胶剂与纸纤维的亲和性,本论文以用聚乙二醇-1000(PEG-1000)和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)作为聚合反应的基础单体,采用不同摩尔比软硬单体及扩链剂进行聚合,从而得到水分散阴离子封闭型聚氨酯(WPUD),并配成特种纸表面施胶液进行不同施胶工艺的对比,并对施胶剂对特种纸的各种性能做出测试。(1)用PEG-1000和IPDI作为聚合单体,2-2-二羟甲基丙酸(DMPA)作为阴离子亲水扩链剂,制备聚氨酯预聚体;通过丁酮肟对预聚体进行封闭反应;用三乙胺(TEA)中和成盐;加入去离子水作为分散相进行乳化,最终制备成WPUD乳液。研究发现:当预聚体的R(预聚体中-NCO与-OH物质的量的比值)值为1.2,DMPA含量(质量百分数)为7%,中和度为90%～100%时,预聚反应过程中溶剂选用N-甲基吡咯烷酮(NMP),时间控制为3.5 h～4 h,反应温度控制在80℃～85℃之间;通过粒径、粘度以及稳定性、流变性能的测试,制备的WPUD乳液综合性能较为良好;通过红外分析、分子量和异氰酸酯含量的测定,封闭反应过程的反应温度控制在60℃～65℃,时间控制在3 h～3.5 h,封闭率可达到最大值100%;通过实验分析了聚合物解封温度为105℃～120℃,测定WPUD所成胶膜的力学性能和热性能均达到标准。(2)用质量分数为10%的聚乙烯醇(PVA-1799)溶液和WPUD乳液(固含量为30%)物理混合后再加入质量浓度为25%的甘油,制备复合特种纸施胶液。研究发现:当施胶温度为70℃,纸张施胶后的干燥时间为10分钟左右时,纸张施胶度达到最大值,WPUD分散液(固含量为30%)用量为3%时,PVA(质量分数为10%)用量为3.5%时,施胶度达到最大值为27.3%,撕裂指数8.82 mN·m2/g,抗张指数54.34 N·m/g,干拉力83.01 N,湿拉力31.51 N,耐折度3189次,挺度85.65 mN,特种纸力学性能均达到最大值,通过接触角测试接触角可达89.54°,纸张的防水性较好。最后通过对纸张表面施胶前后微观形貌图做了测试,可看出纤维与纤维之间紧密结合,施胶液均匀附着于纤维表面,纸张纤维表面形貌平滑整齐。