水性聚氨酯在纸张湿部添加中的应用

      聚氨酯在纸张抄造过程中的应用首先要合成聚氨酯水分散乳液。如下图为水性聚氨酯合成工艺流程。

      在其他实验参数均相同、pH=6.5～8.5 时，测定以本合成胶作为施胶剂、用木浆和草浆所抄纸张的施胶度；同时比较阳离子松香胶和 AKD 对木浆和草浆的施胶效果。结果发现，在相同的实验条件下，阳离子聚氨酯胶的施胶度明显大于阳离子松香胶和 AKD，说明阳离子聚氨酯胶具有更好的施胶效果。研究水性聚氨酯乳液对纸张聚氨酯化的实验中，首先研究了聚氨酯预聚体的合成、聚氨酯的封闭 - 解封以及聚氨酯与纤维中羟基之间的反应机理，并探讨了封闭型水性聚氨酯型纸张增强剂在纸张涂布和造纸湿部添加中的应用。在聚氨酯预聚体的合成方面，主要讨论了原料的纯度和合成过程中终点的选择对合成产物的影响，并测定了甲苯 -2， 4-二异氰酸酯的纯度、聚乙二醇（PEG）的水分、聚乙二醇的羟值、封闭过程中预聚体的—NCO 基团随时间的变化以及封闭后聚氨酯乳液的封闭率。在研究聚氨酯预聚体封闭 - 解封机理的过程中，分别讨论了异氰酸酯基与亚硫酸氢钠和香草醛的封闭 - 解封机理，同时还研究了异氰酸酯基的含量、封闭剂的选择、促进剂的选择和封闭时间等对封闭效果的影响。研究结果表明：异氰酸酯基在与亚硫酸氢钠封闭时应在低温下进行，此时异氰酸酯基与水和溶剂的反应受到限制，副反应减少。这主要是因为异氰酸酯基与亚硫酸氢钠的封闭体系是在亚硫酸氢钠的水溶液中进行的，该反应体系中存在竞争反应，而低温有利于异氰酸酯基与亚硫酸氢钠的反应，因此封闭温度应低于10 ℃。而异氰酸酯基与香草醛的封闭反应在常温下即可进行；尚尉等人研究了水性聚氨酯预聚体乳液添加于纸浆中对纸张进行聚氨酯化处理，讨论了乳液添加量分别为 4%、7%、10%、15%和 18%时，成纸各项物理性能的变化。采用 FT-IR 光谱和电子显微镜观察相结合的方法，分析了所合成的聚氨酯复合材料的物理特性以及表面形态。研究结果表明：当乳液添加量为 18%时，成纸的湿抗张指数、干抗张指数、撕裂度和耐折度可分别提高到原纸的 5.96、1.58、1.19和 1.47 倍。FT-IR 分析和扫描电镜观察可以证实，聚氨酯预聚体与纤维素的羟基反应生成了氨基甲酸酯结构，纸页的纤维间连接了许多丝状和薄膜状物质，这些物质在纤维之间尤其是纤维与纤维交叉的地方形成架桥结构，从而起到增强作用。