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聚醚型水性聚氨酯的合成及其对纸张增强的研究

尚尉  
【摘要】:本文研究了封闭型水性聚氨酯造纸助剂的合成,及其在造纸中的一些应用。在聚氨酯预聚体的合成过程中,本论文主要研究探讨了各种条件对最终合成的预聚体产物的影响,如封闭剂的选定、各种原料浓度、终点选择等,并分析检测了合成时所用原料及药品的一些相关性能和技术指标,如纯度、水分含量、羟值、NCO基团含量和封闭率等。研究发现:用咪唑做封闭剂可以很好的将甲苯-2,4-二异氰酸酯的一端NCO封端,而且合成的聚氨酯预聚体产物的解封温度也比较理想,适合实际生产需要,最终我们成功合成了封闭型水性聚氨酯。 在研究聚氨酯预聚体封闭-解封机理以及解封后异氰酸酯基与纤维中羟基反应机理方面,分别研究了异氰酸酯基的含量、封闭剂的选择、封闭时间等对封闭效果的影响。并且将聚氨酯化的纸张用振动球磨磨成超细粉末,再经过甲基化、碱性水解和乙酰化等处理,通过核磁共振(1H-NMR、13C-NMR)和红外光谱(FT-IR)分析检测。研究发现:在聚氨酯化处理过程中,解封后的聚氨酯预聚体,重新暴露出反应活性较强的-NCO基团,并且-NCO基团能与纤维素上-OH发生反应,生产氨基甲酸酯键,从而将原来纸张纤维间的氢键连接能转变成化学键连接,进而大大增强了纸张物理强度,尤其是纸张的湿强度。 在研究聚氨酯预聚体对纸张聚氨酯化的实验中,本文中研究了聚氨酯预聚体及其乳液在纸张涂布和造纸湿部添加中的应用,经电子显微镜观察、FT-IR分析和物理性能检测发现:当聚氨酯乳液涂布量为7g/㎡时,滤纸的抗张指数(干)和抗张指数(湿)分别提高到滤纸原纸的1.74倍和19.59倍。耐折度提高到原纸的47.05倍。除了抗张强度外,经过聚氨酯化处理后,纸张的其他物理强度均有提高,这主要是因为,用封闭型水性聚氨酯乳液对纸张表面进行涂布,经预聚体解封和聚氨酯化处理以后,纤维间连接了许多针状和丝絮状粘合物质,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,纤维素上的一部分羟基与聚氨酯预聚体反应生成氨基甲酸酯结构,把纤维之间的氢键结合转化为化学键结合,从而增强纤维之间的连接。 在研究木素-聚氨酯共聚型高强度纸张的实验中,我们探讨了以木素、聚氨酯乳液为原料,抄造出具有高强度性能纸张的新工艺,并通过物理检测和电子扫描电镜检测等方法,对其进行了分析。经研究发现:解封后的封闭型聚氨酯预聚体能与纤维素和木素中的-OH反应,产生稳定的化学键连接,通过桥连作用,使纤维之间,以及木素和纤维之间连接的更好。从而提高和改善了纸张的物理指标。添加木素以后,聚氨酯化纸张的干抗张指数、湿抗张指数、耐折度、撕裂度和挺度与空白纸张相比较,最大可分别提高1.28倍、12.95倍、11.4倍、1.17倍和1.22倍;当木素含量为20%时,湿强度/干强度的值为35.6%。 另外,我们还研究了纤维打浆性能对纸张聚氨酯化效果的影响。研究结果表明:随着叩解度的提高,暴露出来的羟基越多,聚氨酯化效果也越好,纸张的物理性能也随之得到改善和提高,当叩解度为70oSR时,纸张的综合性能最佳。其耐折度是38 oSR时的4.57倍,干抗张指数,湿抗张指数分别增加了1.24、2.52倍,挺度、撕裂度是38 oSR时的1.23、1.22倍。


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