[發(fā)明專利]陽(yáng)離子水性聚氨酯表面施膠劑的制備方法及應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010145741.0
• 申請(qǐng)日: 2010-04-13
• 公開（公告）號(hào): CN101805438A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜郢;頓全秀;周春利;王哲;周太炎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇工業(yè)學(xué)院
• 主分類號(hào): C08G18/66
• 分類號(hào): C08G18/66;C08G18/64;C08G18/36;C08G18/61;C08G18/32;D21H21/16;D21H19/24
• 代理公司: 南京知識(shí)律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于有機(jī)粘合劑領(lǐng)域，涉及一種陽(yáng)離子水性聚氨酯表面施膠劑的制備方法。

背景技術(shù)

施膠是造紙過程中的重要環(huán)節(jié)，它能賦予紙品一定的抗液性能，并增加其強(qiáng)度。施膠 過程是利用憎水性物質(zhì)覆蓋于紙纖維表面形成一層疏水薄膜，降低纖維表面自由能，從而 抗拒水或其它液體在纖維表面的擴(kuò)散、潤(rùn)濕或滲透，具備這種性能的物質(zhì)稱之為施膠劑。 施膠有兩種方法，一種是在紙頁(yè)成形前(打漿或配料時(shí))將施膠劑添加于紙漿內(nèi)稱為漿內(nèi) 施膠，另一種是在紙頁(yè)成形后涂飾于紙張表面稱為表面施膠。表面施膠可提高紙和紙板的 印刷性能，改善抗油、抗水、耐久和耐磨性，提高物理強(qiáng)度，減少甚至消除紙張的兩面差。

表面施膠劑可分為天然高分子表面施膠劑和合成聚合物表面施膠劑。上世紀(jì)九十年 代，淀粉類天然高分子表面施膠劑用量約占表面施膠劑總量的90％以上，但天然淀粉類 表面施膠劑成膜性差、糊化流動(dòng)性不甚理想，冷卻時(shí)易變渾濁形成凝膠，這限制了天然淀 粉類表面施膠劑的應(yīng)用。由于酸性造紙大量轉(zhuǎn)化為中/堿性造紙，合成表面施膠劑能克服 或彌補(bǔ)中/堿性造紙的某些缺點(diǎn)，如熟化較慢、施膠逆轉(zhuǎn)、摩擦系數(shù)較低等，且能方便而 經(jīng)濟(jì)地改變紙張表面性能，可生產(chǎn)高附加值紙種，因而得到越來越廣泛的應(yīng)用。水性聚氨 酯(WPU)是合成表面施膠劑中的一類，它以水作為分散介質(zhì)，具有成膜性能好，粘結(jié)強(qiáng) 度高，耐磨、耐寒、柔韌等特點(diǎn)，且無毒無味，符合日益嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)要求，在塑料、 涂料、建筑、紡織等多領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，在造紙行業(yè)中也逐漸成為研究熱點(diǎn)。

陽(yáng)離子水性聚氨酯聚合物分子鏈上帶有-NH-COO-基和陽(yáng)離子基團(tuán)，其具有一些獨(dú)特 的性質(zhì)，陽(yáng)離子型聚氨酯的正電荷施膠后可與纖維的負(fù)電荷直接結(jié)合，在纖維表面形成膠 膜而達(dá)到較好的施膠效果。德國(guó)BK、Bayer、BASF等公司相繼推出了基于陽(yáng)離子的水性 聚氨酯產(chǎn)品，目前，陽(yáng)離子水性聚氨酯表面施膠劑已經(jīng)成為造紙化學(xué)品中的一個(gè)研究熱點(diǎn)。 但其耐高溫性能不佳，耐水性差。

為解決這一問題，國(guó)內(nèi)陜西科技大學(xué)的劉建平、楊小敏在“陽(yáng)離子聚氨酯施膠劑的研 制及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)”一文中，用甲苯二異氰酸酯(TDI)，單硬脂酸甘油酯為原料，以N-甲基 二乙醇胺為擴(kuò)鏈劑，以丙酮為溶劑，反應(yīng)6.5小時(shí)得到水性聚氨酯乳液。討論了原料NCO/OH 值、反應(yīng)溫度與時(shí)間、擴(kuò)鏈劑用量、溶劑用量對(duì)乳業(yè)穩(wěn)定性的影響，并用TEM和FT-IR對(duì) 乳液進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征。得出了聚氨酯最佳的合成條件是：NCO/OH值在1.05～1.15間；擴(kuò) 鏈劑用量占總量的12.5％～15％；總反應(yīng)時(shí)間為6.5小時(shí)。TEM與FT-IR微觀表征表明其 合成出的是一種帶氨基的聚酯型聚氨酯乳液。該方法制備的是漿內(nèi)施膠劑，所用原料較貴， 成本較高，而漿內(nèi)施膠劑現(xiàn)在應(yīng)用較多的是廉價(jià)的松香型施膠劑，故其應(yīng)用受到限制。

劉建付，謝益明在“松香型聚氨酯合成施膠劑及在造紙中的應(yīng)用”一文中，用甲苯二 異氰酸酯(TDI)和酯化松香在70～80℃下反應(yīng)2.5小時(shí)合成聚氨酯預(yù)聚體，利用甲基二 乙醇胺擴(kuò)鏈，用亞硫酸氫鈉(APAM)作封端劑，最后乳化得到陽(yáng)離子松香型聚氨酯乳液。將 此種施膠劑應(yīng)用于漿內(nèi)施膠，研究了擴(kuò)鏈劑用量，PH值及APAM用量對(duì)聚氨酯施膠性能的 影響。實(shí)驗(yàn)表明，中堿性條件下，當(dāng)施膠劑用量為2％，APAM用量為0.02％時(shí)，紙張的 施膠度可達(dá)25s，且對(duì)紙張有明顯的增強(qiáng)作用。但該法用亞硫酸鈉作封端，反應(yīng)較難控制， 且施膠效果難以達(dá)到對(duì)施膠度要求較高的紙品的要求。

中國(guó)專利CN?101440152A報(bào)道了一種陽(yáng)離子水性聚氨酯乳液的制備方法及其在表面 施膠上的應(yīng)用。該方法通過甲苯二異氰酸酯(TDI)、聚酯二元醇和聚乙二醇在45-55℃下 反應(yīng)0.5～2小時(shí)合成預(yù)聚體，60～70℃用1，4-丁二醇擴(kuò)鏈2-3小時(shí)，用冰醋酸中和成 鹽，在高速攪拌下加水乳化，制得陽(yáng)離子水性聚氨酯乳液。但該制備方法制得的乳液需同 硫酸鋁或聚鋁協(xié)同使用，不符合造紙工業(yè)漿內(nèi)施膠中堿性化的趨勢(shì)，且施膠度難以滿足文 化用紙的要求，離實(shí)際應(yīng)用仍有一定距離。