羧基丁苯胶胶乳的表面施胶及其交联对纸张表面强度及耐折度的影响.pdf

2011年第11期(42)卷
聚氨酯/羧基丁苯胶胶乳的表面施胶及其交联
对纸张表面强度及耐折度的影响
李轩,沈一丁,李小瑞,费贵强,史旧阳
陕西科技大学教育部轻化工助剂化学与技术重点实验室,陕西西安710021)
摘要:以聚己内酯二元醇(CAPA)为软,甲萃
能,并且氮丙啶的加入能进一步提高纸张的表面强度
异氟酸酯(TII)为硬段,二羟甲基丙酸(DMPA)为亲和耐折度。
水单体,采用自乳化法制备了水性聚氨酯乳液,并用此
聚氨酯乳液与羧基丁苯胶( XSBRL)以及外加交联刔2实验
氪丙啖( aziridine)进行复配制得水性聚氪酯/羧基丁苯
原料及其预处理
胶复合乳液。实验研究了此复合乳液对纸张的表面施
聚记内二元醇(CAPA),平均分子量1000,工业
胶性能,并忧化了合成工艺条件。研究表明,当n品,使用前在100~110C、其空度为0.09MPa的条件
(TI)I):n(CAPA)=1.4,m(DMPA)=6%,m(PU/下脱水2.5h;甲苯二异氰酸酯(TDI),工业品;二羟甲
m( XSBRI)=2/1m( aziridine)=2%时,此水性聚氪棊内酸(D)MPA),工业品,使用前在10で烘箱中干燥
酯/羧基丁苯胶复合乳液具有优异的菽面施胺性能。2.5h;N-甲基吡咯烷酮(NMP),三乙胺("TEA),二月桂
以质量分数为0.5%的此复合乳液进行表面施胶时,酸二丁基锡(T-12),化学纯;羧基丁苯胶、氮丙啶,均为
施胶度达30s,表面强度达2.5m/s,耐折度达86次。工业级
并通过动态激光光散射法(D.1S)及热重分析(TG)对2.2水性聚氨酯/羧基丁苯胶复合乳液的制备
聚合物进行了表征
在装有揽拌器、回流管和温度计的干燥三∏烧瓶
关键词:聚氨酯;表面施胶;表面强度;耐折度;交联中加入计量的CAPA、TDI和催化剤T-12,缓慢升温
中图分类号:TQ433.4
文献标识码:A至60℃,保温反应2h。然片加入一定最的DMPA及
文章编号:1001-9731(2011)11-209604
少量的NMP,继续反应1.5h后降温至30℃。加入
定量的中和试剂TEA,继续搅拌20min,当体系的pH
1引言
值稳定时在高速搅拌下加入羧基丁苯胶的水溶液进行
对于含有较多非木材纤维的纸种米说,要获得较反向乳化,乳化完成后,再加入一定量的氮丙啶,制得
高的表面强度、印刷适性和纸页形稳性,必须采用表面固含量为25%的自色泛蓝光的聚氨酯/羧基丁苯胶复
施胶,并选择较好的表施胶剂,以提高纸张的质合乳液
量、用前应用较广泛的表面施胶剂有苯乙烯丙烯2.3表面施胶液的制备
酸酯聚合物胶乳(SAE)、阳离子AKD乳液等。它们
向反应瓶中加入定量的水,将计量的氧化淀粉缓
主要是在加配纸中应用,对一些纸张性能有较高要求
慢倒入其中,并搅拌均匀,升温至90~95℃,保温搅拌
如要求高表面强度、高耐折度、高施胶度的特种纸,还0.5h,过滤得质量分数为5%的淀粉糊化液。
不能满足其要求2的。水性聚氨酯(WPU以其分子结
先将计量好的淀粉糊化液倒入反应瓶中,再按合
构的软硬度可调节范围广、柔韧性好、活性高、附着力适比例添加表面施胶剂和稀释水,搅拌15min至均匀
强等优点成为近年来颇具竞争力的新型表面施胶
4表面施胶工艺
剂*,但单纯的聚氨酯乳液在一些性能上还不能满足
将原纸(滤纸所抄纸,定量5g/m2)一端固定在涂
特种纸的要求,如胶膜力学性能不佳、耐水耐溶剂性差和机上,倾倒施胶液?开动施胶锟,使共聚物溶液均匀
等。因此需要对其改性
本文以聚己内二元醇涂在椠上,再经压光机压光、娂干。涂布面积为0.07
(CAPA)为软缎,甲本-异酸酯(TDI)为硬段,二羟
恒温恒湿平衡4h后测量施胶度及各种强度
甲基丙酸(DMPA)为亲水单体,采用自乳化法倒备了
性能测试
水性聚氨酯乳波,并用此聚氨酯乳液与羧基丁苯胶2.5.1施胶度测定
( XSBRL)以及外瓜交联剂氮丙啶( aziridine)进行复配
实验采用 Stockigt法(药液渗透法),利用液体诊
制得水性聚氨酯/羧基丁苯胶复合乳液。此复合乳液透法测定施胶度
在纸张表面进行表面施胶肘具有较佳的表面施胶性
基金项目;国家白然科学基金资助项?(50973057);陕西省13115资助项目(2008ZDKC-5
畋到初稿日期:2011-07-11
收到修政稿日期:2011-09-2
通讯作者:沈一丁
作者简介:李轩(1982-),男,重庆人,在读博土,师承沈丁教授,主要从事有机高分子功能材料的合成及分析工作。
李轩等:聚氨酯/羧基丁萃胶胶乳的表面施胶及其交联对纸张表面强度及耐折度的影响
5.2耐折度的测定
合物膜的脆性增加,韧性降低,以至于耐折度下降。综
测定仪器为四川长江造纸仪器有限责任公司产上所述,选取R值为1.4较为合适
DCP-MIT135型电脑测控耐折度仪
2.5.3表面强度的测定
用测定纸张表面的拉毛速度来表征纸张的表面强
度。测定油瞾用中黏度油墨。测定仪器为荷兰产
AIC2-5型IGT印刷适性测定仪
55品
燹合物的表征
2.6.1热重分析(TG)
aoL
采用德国 Nctzsch热失重分析仪TG209F1进
n( -NCO)n -m
。升温速率为10K/min,气氛为N2。溫度测试范围
图2R值对纸张耐折度的影响
为30~600C
Fig 2 Influence of n(--nc0)n(-oh)on the fold
2.6.2乳液微观粒径大小及粒径分布的测定
ing endurance of the paper
动态激光光散射仪(BI1200SM).测试角度为90°,3.2DMPA含量对聚氨酯乳液粒径及纸张性能的影
温度为25℃。
响
3.2.1DMPA含量对聚氨酯乳液粒径的影响
结果与讨论
由图3~5可见,随着DMPA用量的增加,乳液粒
3.1聚氨酯R值对纸张性能的影响
径呈先减小后增大的趋势。这是因为随着DMPA用
3.1,1R值对纸张施胶度及表面强度的影响
量的增加,聚氨酯分子链上的羧基含量增大,中和后使
图1为不同R值的聚氨酯乳液对纸张施胶度和表得PU分于的亲水性增强,使其在水中分散时,能形成
面强度的影响。由图1可看出,随着聚氨酧R值的増更小的颗粒,从而导致乳液粒径减小。但随着DMPA
大,纸张施胶度和表面强度呈先升高后降低的趋势。用量的继
用量的继续增大,PJ结构中的羧基含量过大,羧基自
当R值在1.0~1.6之间时,纸张施胶度和表面强度升身之則能形成较强的氢键作用,使得聚体的粘度变
筒幅度不大,但当R值>1.6时,施胶度和表面強度呈大,在加水分散时、不易很好地分散,使得乳液粒径变
下降趋势。这主要是由于随着R值的增大,聚氨酯结
大
构中昇氰酸酯基含量增大,异氯酸酯基的增多提高了
100
平均粒径:118.17nm
聚合物与纸纤维的结合力,使得纸纤维排列更紧密,从
而使得纸张施胶度和表面强度升高。但随着R值的
60
继续增大,聚氨酯结构中的硬段含量过大,使得膜的脆
性增加,在外力作用下,聚合物膜易被破坏,使得纸纤
维裸露出来,导致施胶