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封闭型水性聚氨酯的合成及其对纸张增强性的研究

龚关  
【摘要】:~ 由于纸张及其他纸制品是靠植物纤维之间的氢键结合起来的天然高分子材料,其强度非常有限,影响其广泛应用。本论文研究了咪唑封闭型水性聚氨酯造纸助剂的合成,并对其进行了TGA/DSC分析,证明了其解封温度为109-112°C,符合造纸过程的要求。通过改变咪唑封闭型聚氨酯预聚体软硬段比例,探讨了软硬段比例对聚氨酯化纸张的物理性能的影响。随着软段比例上升,滤纸的抗张指数和挺度逐渐变小。聚氨酯化后的滤纸各项物理性能均有明显增强,以咪唑-TDI-PEG400预聚体为例,在涂布量为8g/m~2时,处理后滤纸的湿抗张指数、抗张指数、耐折度、撕裂指数、挺度分别提高到原滤纸的10.67倍、2.07倍、53.60倍、1.51倍、1.32倍。 选取合适的乳化剂对预聚体进行乳化,制取了稳定、高效的预聚体乳液,大幅度提高了水性聚氨酯的留着率。复配乳化剂Span40、Span80和Tween80,比例为3.5:1:3时,稳定性与分散性均能较好。乳液平均粒度为283.81nm,分布较均匀,Zeta电位为-67.32mV,为阴离子型。采用不同助留剂对封闭型水性聚氨酯进行湿部添加留着实验,发现硫酸铝对预聚体乳液的助留能力最强。 利用SEM、XPS等探究了纤维基聚氨酯复合材料的表面形态以及成键情况,分析了纸浆细纤维化对纤维基聚氨酯复合材料合成过程中的影响。采用CP/MAS~(13)C-NMR和FT-IR研究了解封后异氰酸酯基与木质纤维素组分的反应机理。同时,研究了纤维打浆性能对纸张聚氨酯化效果的影响。研究发现解封后的预聚体能与纤维素和木素中的-OH反应,生成氨基甲酸酯键,从而将原来纸张纤维间的氢键连接转变成共价键连接,进而大大增强了纸张强度,尤其是纸张的湿强度。随着打浆度的提高,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。在打浆度为75°SR时,氨基甲酸酯的含量为1.63%,为10°SR抄片的6.30倍。在此基础上,研究了水性聚氨酯乳液在纸张涂布和造纸湿部添加中的应用,探讨了抄造出具有高强度性能纸张的新工艺。同时研究发现纸浆残余木素与预聚体具体一定的反应性,H型和G型木素结构单元含量相对高的杨木木素和麦草木素中与预聚体反应性更强。杨木木素聚氨酯和麦草木素聚氨酯的在300°C以内的耐热性能好于杉木木素聚氨酯。


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