CN102731746A - 封闭型水性聚氨酯乳液造纸湿强剂及其制备方法 - Google Patents

封闭型水性聚氨酯乳液造纸湿强剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种封闭型水性聚氨酯乳液造纸湿强剂及其制备方法，制备方法包括如下步骤：（1）将多元醇与羧酸型扩链剂脱水；（2）加入有机溶剂和多异氰酸酯，在氮气气氛中，70～100℃反应至溶液NCO含量达到理论值，得到端NCO基的聚氨酯预聚物；（3）加入封闭剂，75-85℃下反应至其NCO含量为零，得到封闭型聚氨酯预聚物；（4）在55～65℃下加入三乙胺中和反应0.5～1h后，加入水，搅拌分散，获得所述的封闭型水性聚氨酯乳液造纸湿强剂。本发明在高温下可以解封端，利用异氰酸酯与纤维中的羟基、氨基等的反应提高纸张的干湿强度。

Description

封闭型水性聚氨酯乳液造纸湿强剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种水性聚氨酯乳液造纸湿强剂及其制备方法。
背景技术
传统型的湿强剂，主要是以脲醛树脂和三聚氰胺树脂为代表的酸性熟化湿强剂和以聚酰胺环氧氯丙烷为代表的中碱性熟化湿强剂，但酸性熟化湿强剂使用过程中会释放一定量的甲醛，污染环境，并且需要在较低的ph值下熟化，损纸回收利用有一定的困难；聚酰胺环氧氯丙烷湿强剂抗水性不如三聚氰胺甲醛树脂，在提高纸业干强度方面作用不明显，有机氯含量高，被认为有致癌的危险。
异氰酸酯是分子中含有异氰酸酯基（-NCO）的化合物。其化学活性主要表现在其特征基团－NCO上，该基团具有重叠双健排列的高度不饱和健结构（-N=C=O),它能和各种含活泼氢的化合物进行反应，化学性质极其活泼。
多异氰酸酯可以和纸纤维中的羟基发生化学反应，生成聚氨基甲酸酯结构，将纸纤维原有的氢键结合转化为化学键结合，因此可以改善纸张的物理性能。但是异氰酸酯易与水发生反应，限制了它在造纸中的使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种封闭型水性聚氨酯乳液造纸湿强剂及其制备方法，以克服现有技术存在的上述缺陷。
本发明的方法，包括如下步骤：
（1）将多元醇与羧酸型扩链剂在80～100℃真空脱水1～2h；
所述的多元醇为聚己二酸丁二醇酯二元醇、聚四氢呋喃二醇、聚氧化丙烯二醇、聚葵二酸丁二醇酯二元醇或聚己二酸新戊二醇酯二元醇中的一种以上；
所述的羧酸型扩链剂为二羟甲基丙酸或二羧基半酯等；
（2）加入有机溶剂和多异氰酸酯，在氮气气氛中，70～100℃反应至溶液NCO含量达到理论值，得到端NCO基的聚氨酯预聚物；
优选的反应温度为75-85℃；
所述的多异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、六次亚甲基二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯；
所述的有机溶剂为丙酮、丁酮、N,N-二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮等；
优选的，当异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯或者是二苯甲烷二异氰酸酯时，反应时间为2-4小时；
当异氰酸酯为六次亚甲基二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯时反应时，间为5-6小时；
（3）加入封闭剂，75-85℃下反应至其NCO含量为零，得到封闭型聚氨酯预聚物；
所述的封闭剂为甲乙酮肟或者丙酮肟；
（4）在55～65℃下加入三乙胺中和反应0.5～1h后，加入水，搅拌分散，获得所述的封闭型水性聚氨酯乳液造纸湿强剂，其重量固含量为25-35%；
以上工艺步骤中原料的重量分份数配比如下：
  多异氰酸酯   30~60份
  多元醇   100份
  扩链剂   4~10份
  封闭剂   4-8份
  三乙胺   6~8份
  有机溶剂   15~30份
  水   300~400份
本发明先用多元醇、羧酸型扩链剂与多异氰酸酯在有机溶剂中反应，制得端异氰酸酯基的聚氨酯预聚体，然后用封闭剂封端，再用中和剂中和，然后加入去离子水，制得性能良好的封闭型水性聚氨酯乳液湿强剂，本发明采用封闭剂封端异氰酸酯，在高温下可以解封端，利用异氰酸酯与纤维中的羟基、氨基等的反应提高纸张的干湿强度。
具体实施方式
实施例1
首先将100g聚己二酸丁二醇酯二元醇（分子量为1000）和8g 2，2’-二羟甲基丙酸放入带有搅拌和加热装置的四口烧瓶中，在100℃真空脱水1h后，加入20g干燥的N甲基吡咯烷酮和41.8g甲苯二异氰酸酯（[NCO]/[OH]=1.5）于80℃在氮气保护下反应3h，至其NCO含量达到理论值，得到端NCO基的聚氨酯预聚物。
然后加入7g甲乙酮肟在80℃下反应3h，直至其NCO含量为零，得到封闭型聚氨酯预聚物；
在55℃下加入6g三乙胺中和反应1h，加入325g去离子水进行分散得到最终样品，为泛蓝光白色乳液，25℃的粘度9.8mPa.s（NDJ-1旋转粘度计测定），重量固含量为32%，pH为7.5。
实施例2
首先将100g聚四氢呋喃二醇（分子量为1000）和9.4g 2，2’-二羟甲基丙酸放入带有搅拌和加热装置的四口烧瓶中，在80℃真空脱水2h后，加入30g干燥的N甲基吡咯烷酮和55g二苯甲烷二异氰酸酯（[NCO]/[OH]=1.3）于75℃在氮气保护下反应4h，至其NCO含量达到理论值，得到端NCO基的聚氨酯预聚物。然后加入4.5g甲乙酮肟在75℃下反应4h，直至其NCO含量为零，得到封闭型聚氨酯预聚物，在65℃下加入7g三乙胺中和反应0.5h，加入400g去离子水，分散得到最终样品，为泛蓝光白色乳液，25℃粘度39.8mPa.s（NDJ-1旋转粘度计测定），其重量固含量为29%，pH为7.7。
实施例3.
首先将100g聚己二酸新戊二醇酯二元醇（分子量为2000）和4.7g 2，2’-二羟甲基丙酸放入带有搅拌和加热装置的四口烧瓶中，在100℃真空脱水1h后，加入15g N甲基吡咯烷酮和32g异佛尔酮二异氰酸酯（[NCO]/[OH]=1.7）于85℃在氮气保护下反应5h，直至其NCO含量达到理论值，得到端NCO基的聚氨酯预聚物。然后加入5.2g甲乙酮肟在80℃下反应6h，直至其NCO含量为零，得到封闭型聚氨酯预聚物，在60℃下加入6g三乙胺中和反应0.5h，加入350g去离子水进行分散得到最终样品，为泛蓝光白色乳液，25℃粘度20.5mPa.s（NDJ-1旋转粘度计测定），其重量固含量为29.4%，pH为7.4。
实施例4
应用方案：
添加工艺：浆+湿强剂+PCC（洪峰轻钙）
湿强剂添加量：3.75‰（干/干纸）。
称取适量的浆料，加入湿强剂搅拌1分钟，再加入PCC搅拌1分钟后取下，在丹贝尔抄片器抄片成形后，压榨机压榨，自然风干，然后在100℃烘箱熟化15分钟平衡水分后检测纸样的干、湿强度。
Figure BDA00001831706600051
备注：（1）从以上结果可以看出，应用结果明显好于对比样；
      （2）对比样为专利CN200910196770产品。

Claims (8)

1.封闭型水性聚氨酯乳液造纸湿强剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将多元醇与羧酸型扩链剂脱水；
（2）加入有机溶剂和多异氰酸酯，在氮气气氛中，70～100℃反应至溶液NCO含量达到理论值，得到端NCO基的聚氨酯预聚物；
（3）加入封闭剂，75-85℃下反应至其NCO含量为零，得到封闭型聚氨酯预聚物；
（4）在55～65℃下加入三乙胺中和反应0.5～1h后，加入水，搅拌分散，获得所述的封闭型水性聚氨酯乳液造纸湿强剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的多元醇为聚己二酸丁二醇酯二元醇、聚四氢呋喃二醇、聚氧化丙烯二醇、聚葵二酸丁二醇酯二元醇或聚己二酸新戊二醇酯二元醇中的一种以上；
所述的羧酸型扩链剂为二羟甲基丙酸或二羧基半酯；
所述的多异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、六次亚甲基二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯；
所述的封闭剂为甲乙酮肟或者丙酮肟。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的有机溶剂为丙酮、丁酮、N,N-二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）的反应温度为75-85℃。
5.根据权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，当异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯或者是二苯甲烷二异氰酸酯时，反应时间为2-4小时；
当异氰酸酯为六次亚甲基二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯时反应时，间为5-6小时。
6.根据权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，原料的重量配比如下：多异氰酸酯30~60份，多元醇100份，扩链剂4~10份，封闭剂4-8份，三乙胺6~8份，有机溶剂15~30份，水300~400份。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，原料的重量配比如下：多异氰酸酯30~60份，多元醇100份，扩链剂4~10份，封闭剂4-8份，三乙胺6~8份，有机溶剂15~30份，水300~400份。
8.根据权利要求1～7任一项所述方法制备的封闭型水性聚氨酯乳液造纸湿强剂。
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