【word】 封闭型水性聚氨酯预聚体在纸张表面处理中的应用

【word】 封闭型水性聚氨酯预聚体在纸张表面处理中的应用 封闭型水性聚氨酯预聚体在纸张表面处理 中的应用 《造纸科学与技术》2010年第29卷第1期 封闭型水性聚氨酯预聚体 在纸张表面处理中的应用 尚尉杨海涛谢益民 (1.山东轻工业学院造纸科学与技术省部共建教育部重点实验室,山东济南250353; 2.湖北工业大学化学与环境工程学院,湖北武汉430068) 摘要:本文研究了咪唑,甲苯一2,4一二异氰酸酯和聚乙二醇600形成的封闭型水性聚氨酯预聚体在纸张表面处 理中的应用.用咪唑一TDI—PEG600聚氨酯预聚体(简称LTP600)溶液,对滤纸进行涂布处理,讨论了表面涂布量 分别为5g/m,10g/m,l5g/m,20g/m,30g/m和40g/m时,滤纸各项物理性能的变化.研究结果表明:当滤纸涂 布量为15g/m时,滤纸的耐折度,抗张强度等物理性能有明显改善,处理后滤纸的湿抗张指数和干抗张指数分别 提高到滤纸原纸的35.44倍和2.65倍,耐折度提高了54倍.扫描电镜观察可以看出加聚氮酯预聚体进行聚氨酯 化后纸页的纤维间连接了许多丝状和膜状物质,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,从而加强了纤维之问连接. 关键词:水性聚氨酯;咪唑;纸张;表面处理;物理强度 中图分类号:TS727.3文献标识码:A文章编号:1671—4571(2010)01-0043-03 纸张既是重要的信息传播媒体和生活用品,又 是极其重要的环保型工业原料,与合成高分子相比, 纸张具有良好的耐久性,印刷适应性,书写性,尺寸 稳定性以及较高的弹性模量.近年来,由于全球对 环境保护的呼声越来越高,人们对纸制品开发和应 用也倍加重视.通过纸张的表面处理,如涂布和表 面施胶能显着改善纸张的物理性能,涂布纸涂料常 用的胶黏剂是苯丙乳液和羧基丁苯乳液能够满足一 般涂布及印刷速度要求,但随着印刷速度的大幅增 加,迫切需要开发出成膜性更好,印刷表面强度更高 的胶黏剂.水性聚氨酯等由于具有成膜性能好,黏 结强度高,涂膜柔韧性,耐磨性,耐高低温性能优异 等特点以及无毒无味等优点,近年来发展十分迅 速一. 纸张中纤维之间主要通过羟基以氢键结合,这 种氢键结合构成了纸张的物理强度,然而氢键结合 不仅键能比较低,而且很容易被水分子破坏,表现为 普通纸张的湿强度比较低.因而纸张的聚氨酯化改 性等超高分子化加工有着十分重要的意义.如 果能让纤维之间的羟基与二异氰酸酯及其衍生物反 应生成聚氨酯,并通过氨基甲酸酯结构在纤维之间 架桥,从而将氢键结合转化为化学键结合,结果使纸 张的物理强度增强,克服了传统纸张的物理强度 (尤其是湿强度)不高的弊病.纸张经过聚氨 酯化处理后可以成为一种高强度(尤其是湿强度), 耐水,耐油的新型特种纸,可为纸张在包装,印刷,建 筑等工农业生产中的应用开辟更为广阔的前景. 本文研究了用咪唑为封闭剂,合成甲苯一2,4一 二异氰酸酯和聚乙二醇600形成的封闭型水性聚氨 酯预聚体,并用于纸张表面的涂布处理.讨论了不 同涂布量对纸张物理性能的影响.优化出能显着改 善纸张各项物理性能(尤其是湿强度和耐折度)的 处理工艺.为开发高强度特种纸开辟一条新路. 1实验 1.1原料及仪器 咪唑:白色片状结晶,天津市福晨化学试剂厂. 聚乙二醇:相对分子质量600,无色透明液体, 作者简介:尚尉,男,硕士研究生,主要从事造纸化学品和功能纸的研 究. 基金项目:国家自然科学基金(30781996,30901140),制浆造纸科学与 技术省部共建教育部重点实验室(山东轻工业学院) 开放基金(0806)以及山东轻工业学院博士启动基金(12042920)资助 课题. 43 PaperSeience&Technology2010Vo1.29No.1 天津市科密欧化学试剂有限公司. 甲苯一2,4一二异氰酸酯(TDI):TDI质量分数 大于99.6%,凝固点为9.6,13.6~C,天津市大茂化 学试剂厂. 丙酮: 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 纯,莱阳市康德化工有限公司. 滤纸:普通定性分析滤纸,杭州市特种纸有限公 司. PTI—Flank纸页成型器:奥地利 PFI磨,H518纸浆疏解机,压榨机,氮气,四口 烧瓶,恒压漏斗,油浴锅,回流冷凝管装置,伊卡 RW20数显型搅拌器,废气处理装置和真空干燥箱. 1.2咪唑封闭型聚氨酯预聚体的制备 在装有温度计,搅拌器,回流冷凝管的反应器 中,根据TDI的纯度和PEG的羟值,水份按一定比 例加入TDI与PEG,然后加入溶剂稀释,并控制反应 温度在60—65?,同时使用二正丁胺法定时测体系 中的一NCO含量,使其达到预定值,然后加入咪唑 的丙酮溶液,在50%下进行一NCO基团的封闭反 应,并检测一NCO含量直至封闭反应结束,冷却得 咪唑封闭型聚氨酯预聚体. 1.3纸张的聚氨酯化 (1)将咪唑一甲苯一2,4一二异氰酸酯(TDI)一 PEG600的聚氨酯预聚体溶入无水的丙酮之中,调 成浓度分别为0.025moL/L,0.05moL/L,0.075moL/ L,0.1moL/L,0.15moL/L的聚氨酯预聚体的的丙酮 溶液. (2)将用于处理的定性滤纸放人真空干燥箱中 以五氧化二磷作为脱水剂脱水24h. (3)在通风橱内,将一定量的不同浓度的聚氨 酯预聚体的的丙酮溶液涂饰在滤纸的表面上,在室 温下放置60rain后,自然风干. (4)将经涂饰后已经自然风干的滤纸,放在烘 箱中在130?固化20mim. 1.4纸张的物理性能检测 按照国家标准对纸张的抗张强度,湿强度,撕裂 度,耐折度等物理强度进行检测. 1.5电子显微镜观察 使用的仪器为荷兰FEI公司生产的Quanta一 200型环境扫描电镜,将纸样进行喷金处理后,在 扫描电子显微镜下观察其纸张表面的微观结构. 2结果与讨论 2.1聚氨酯化纸张的物理特性的分析 44 表J聚氨酯化处理前后滤纸的物理强度指标 超出仪器量程,未能测出具体数据. 图1不同涂布量对抗张指数的影响 圭 圭 螽 逛 图2不同涂布量对撕裂度,耐折度的影响 为了研究纸张中游离的羟基与异氰酸酯的聚合 反应,本研究以滤纸为基体进行聚氨酯化的处理实 验.结果如以上图1,图2及表l所示.加聚氨酯预 聚体进行聚氨酯化处理后,滤纸的湿抗张指数和干抗 张指数都有大幅度的提高,随着涂布量的加大而不断 提高.撕裂度随着涂布量的加大先是略有提高,然后 是平缓下降.耐折度则是先升后降.当聚氨酯涂布 量为5g/nl时,处理后湿滤纸的物理强度有明显的上 升,干抗张强度提高到原纸的1.63倍,湿抗张强度达 到原纸的湿抗张强度的l9.8倍,而的湿撕裂度仅提 《造纸科学与技术》2010年第29卷第1期 高了5.35%,当聚氨酯涂布量为15g/m时,处理后滤 纸的湿抗张指数和干抗张指数分别提高到滤纸原纸 的35.44倍和2.65倍.耐折度提高了54倍.可见聚 氨酯化处理可以大幅度提高纸张的强度,尤其是对提 高湿强度的效果十分明显,滤纸经聚氨酯化后的湿强 度已经超过仪器的量程范围,从抗张指数方面看,当 聚氨酯涂布量为15g/m时,聚氨酯化滤纸的湿强度/ 干强度的值为41.76%,远远超出一般湿强纸的要求 (湿强度/干强度的值15%以上).因此,这类特种 加工纸可望在袋用纸,低定量涂布纸,包装用纸,地图 用纸,箱板纸以及其它对湿强度要求较高的工业用纸 上应用.由于滤纸中纤维素含量比较高,纤维素含有 大量醇羟基,又由于醇羟基与异氰酸酯的反应性能比 较好”,所以滤纸经聚氨酯化处理以后强度上升 幅度非常大. 2.2纸张表面的电子纤维镜观察 将经过聚氨酯化处理后的滤纸和滤纸原纸分别 进行电镜观测,其拍摄的纤维间的交织情况如图3, 图4所示. 图3滤纸原纸表面微观结构SEM图 图4涂布滤纸表面微观结构SEM图 从图3和图4我们可以看到,图3中滤纸原纸的 纤维问几乎没有其它物质,纤维之间只是通过机械的 交织缠绕在一起,而在图4中,我们可以看到,加聚氨 酯预聚体进行聚氨酯化后的滤纸纤维问连接了许多 丝状和膜状物质,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,从而使纤维之间形成 化学键结合,由于氨基甲酸酯键形成的架桥结构具有 比较高的键能,比纸张中羟基之间形成的氢键的结合 强度要大得多,由于不能被水打开,所以具有抗水性. 因此能大幅度提高聚氨酯化纸张的干强度和湿强度. 这也能在表l的数据中体现出来. 3结论 (1)将咪唑,甲苯一2,4一二异氰酸酯和聚乙二 醇600形成的封闭型水性聚氨酯预聚体用于纸张表 面处理除撕裂强度外可以大幅度提高纸张的物理强 度.原纸的表面涂布量为15g/m时,滤纸的耐折 度,抗张强度等物理性能有明显改善,处理后滤纸的 湿抗张指数和干抗张指数分别提高到滤纸原纸的 35.44倍和2.65倍.耐折度提高了54倍. (2)从扫描电镜观察,可以看出加聚氨酯预聚体进 行聚氨酯化后纸页的纤维问连接了许多丝状和膜状物 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,从而使纤维之间产生牢固的连接. 参考文献 [1]刘景芳,李树材.封闭型聚氨酯的研究进展[J].涂料工业, 39. 2003,(1O):36— [2]蔡再生,孙铠.水溶性反应型聚氨酯的试制研究[J].中国纺 织大学,1996,1:37—43. [3]李建宗,李士杰.聚氨酯乳液的应用及研究进展[J].聚氨酯 工业,1997,(4):1l—l4. [4]段洪东,王金山,崔月芝等.水性聚氨酯在涂布纸上的应用研 究[J].中华纸业,2001,(7):50—51. [5]杨小敏,刘建平,沈一丁.阳离子聚氨酯施胶剂的研制及应用 实验[J].中国造纸,2002,(5):2l一22. [6]李锦,谢益民,杨志勇.香草醛封闭型聚氨酯乳液的制备及其 在湿部添加中的应用[J].造纸化学品,2006,(5):18—21. [7]杨立亚.甲苯二异氰酸酯含量测定的研究[J].天津化工, 200l,(6):34—35. [8]谢纯,陈奇海,殷晓云.聚氮酯乳液胶黏剂的研制[J].中国胶 黏剂,1997,(1):8—12. [9]方禹声,朱吕民.聚氨酯泡沫塑料[M].北京:化学工业出版 社,1996,21 [1O]肖萍,蔡开杰,赖燕明等.涂布白板纸印刷适性的评价[J]. 广东造纸,1996,(1):2l一23 [11]范建云,王鹏,谢益民等.术质纤维素聚氨酯共聚型高强度功 能纸张的研究[J].包装工程,2006,(2):4—6. (下转第83页) 45 《造纸科学与技术》20l0年第29卷第1期 [8] [9] Res,2000,34(1I):2849—2860 苏敏,涂源钊.城市废水生物处理过程的模糊神经网络控制 [J].四川联合大学(工程科学版),l998,2(1):40—45 ZhangJ.,0uJ.,Yu,D..Real—timemuhi—stepprediction controlforBPnetworkwithdelay[J].JournalofHarbinInstitute StudyonthePredictionof TreatmentPrecesswith ofTechnology(NewSeries),2000,7(2):82—86 [10]JangSR.ANFIS:Adaptive—network—basedfuzzyinference systeNi$[J].IEEETrans.onSystems,Man&Cybernetics, l993,23(3):665—685 PapermakingWastewater FuzzyNeuralNetwork LiWejiangMaYongwen (SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510006,Guangdong,China) Abstract:Onefive—layerfuzzyneuralnetworkmodelwasbuiltfortheforecastingCODofpapermakingwastewater treatmentprocess.Sampledatawasusedtotrainthefuzzyneuralnetworkmodelandsimulate.Thesimulativere. suhsindicatethatthemodelhasgoodabilitybothinlearningandgeneralization,withtheaveragerelativeerrorsof testdataare2.55%,indicatethatthisalgorithmcanbeeffectivelyandreliablyusedintheforecastingCODofpa- permakingwastewatertreatmentprocessbyanalyzingtheresultsofrealexamples.Thisalgorismcanalsobeeffec— tivelyusedinotherindustrialwastewatertreatmentprocess. Keywords:FuzzyNeuralNetwork;anoxie/oxieprocess;papermakingwastewatertreatment;predictionmodel (上接第45页) TheApplicationofBlockedWaterborne PolyurethaneinSurfaceTreatmentofPaper ShangWeiYangHaitaoXieYimin’’ (1.KayLabofPaperScienceandTechnologyoftheMinistryofEducation,ShandongInstituteofLightIndustry, Jinan250353,Shandong,China;2.SchoolofChemicalandEnvironmentalE ngineering,HubeiUniversityof Technology,Wuhan430068,Hubei,China) TDI—PEG(LTP600)insurfacetr Abstract:Theapplicationsofimidazole— eatmentofpaperwereinvestigated. ThesolutionoftheLTP600wascoatedonbasepaper.Thecoatingweightofthebasepaperwere5g/m,10g/m’, 15g/m.20g/m,30g/mand40g/m.Thephysicalpropertiesofthecoatedpaperweretested.Itisfoundthat thesurfacetreatmentcanenhancethephysicalstrengthofpapersignificantly.Whenthecoatingweightofthebase paperis15g/m,thephysicalstrengthofthetreatedpaperreachesmaximum,especiallythewetstrengthandfold— ingresistance.Thewettensileindexanddrytensileindexofthetreatedpaperreaches35.44timesand2.65times oftheoriginalbasepaper.Foldingnumberis756,54timesofthebasepaper.TheSEMobsevationofthetreated paperrevealstheexiesteneeofalotofneedlesandmembrane,whichmayformcrosslinkingbetweenfibers.There— fore,thebondingbetweenfibersisimproved. Keywords:waterbornepolyurethane;imidazole;paper;surfacetrearment;physicalstrength 83