聚氨酯—植物纤维共聚型纸张增强剂的研究

摘要

本文研究了聚氨酯一植物纤维共聚型纸张增强剂的合成及其在纸张中的应用。论文首先讨论了纸张在甲苯—2，4—二异氰酸酯(TDI)及其聚合物的气相条件下聚氨酯化的机理，并解释了纸张聚氨酯化前后物理强度变化的原因。实验证明：经气相法聚氨酯化处理之后，纸张的裂断长、湿强度和施胶度等物理指标均有较大幅度的提高，尤其是湿强度提高的效果十分明显。 在研究聚氨酯乳液对纸张聚氨酯化的实验中，首先研究了聚氨酯预聚体的合成、聚氨酯的封闭—解封以及聚氨酯与纤维中羟基之间的反应机理，并探讨了封闭型水性聚氨酯型纸张增强剂在纸张涂布和造纸湿部添加中的应用。 在聚氨酯预聚体的合成过程中，本论文主要讨论了原料的纯度和合成过程中终点的选择对合成产物的影响，并测定了甲苯—2，4—二异氰酸酯的纯度、聚乙二醇(PEG)的水分、聚乙二醇的羟值、封闭过程中预聚体的NCO基团随时间的变化以及封闭后聚氨酯乳液的封闭率。 在研究聚氨酯预聚体封闭—解封机理的过程中，分别讨论了异氰酸酯基与亚硫酸氢钠和香草醛的封闭—解封机理，同时还研究了异氰酸酯基的含量、封闭剂的选择、促进剂的选择、封闭时间等对封闭效果的影响。研究结果表明：异氰酸酯基在与亚硫酸氢钠封闭时应在低温下进行，此时异氰酸酯基与水和溶剂的反应受到限制，副反应减少；这主要是因为异氰酸酯基与亚硫酸氢钠的封闭体系是在亚硫酸氢钠的水溶液中进行的，该反应体系中存在竞争反应，而低温有利于异氰酸酯基与亚硫酸氢钠的反应，因此封闭温度应低于10℃。而异氰酸酯基与香草醛的封闭反应在常温下即可进行，这是因为，在异氰酸酯基与香草醛的封闭反应中没有水参与，反应体系中不存在竞争反应，因此副反应少，反应在常温下进行即可。 另外，我们还研究了聚氨酯乳液在纸张涂布和造纸湿部添加中的应用，结果显示：经过聚氨酯化处理后，纸张的物理性能均有提高，这主要是因为封闭的异氰酸酯基在加热的情况下容易发生解封反应，从而重新生成能与纤维上的羟基反应的异氰酸酯基基团，由于该基团可与纸张上的纤维反应生成起架桥作用的氨基甲酸酯化学键，该化学键可把纤维之间的氢键结合转化为化学键结合，从而使纸张的物理强度得到提高。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1水性聚氨酯简介

1.1.1水性聚氨酯的性能特点

1.1.2水性聚氨酯的分类

1.1.3水性聚氨酯制备用原料

1.2水性聚氨酯的研究现状

1.3 聚氨酯在制浆造纸中的应用现状及发展

1.3.1聚氨酯在纸张改性中的应用

1.3.2聚氨酯在纸张湿部添加中的应用

1.3.3聚氨酯在纸张涂布中的应用

1.3.4聚氨酯在施胶中的应用

1.4论文的研究目的、意义及内容

第二章纸张的气相聚氨酯化处理及其机理的研究

2.1纸张气相法聚氨酯化处理的原理

2.1.1纸张在TDI气体条件下的改性机理

2.1.2纸张在TDI-PEG聚合物预聚体的气体条件下的改性机理

2.1.3纸张在TDI、PEG混合气体中的处理机理

2.2纸张气相法聚氨酯化处理实验

2.2.1纸张的预处理

2.2.2纸张与TDI气体的聚氨酯化处理

2.2.3纸张与TDI、PEG混合气体的聚氨酯化处理

2.2.4纸张在TDI-PEG预聚体气体中的聚氨酯化处理

2.2.5纸张的物理性能实验

2.2.6扫描电镜观察

2.2.7纤维溶解实验

2.2.8傅立叶红外变换光谱

2.3纸张气相法聚氨酯化处理的实验结果及讨论

2.3.1纸张气相法聚氨酯化前后物理特性的分析

2.3.2纸张表面的扫描电镜观察

2.3.3纤维溶解实验

2.3.4傅立叶变换红外光谱

2.4本章小结

第三章聚氨酯预聚体的合成

3.1分析及测定

3.1.1甲苯-2，4-二异氰酸酯纯度的测定

3.1.2聚乙二醇羟值的测定

3.1.3聚乙二醇水份的测定

3.1.4异氰酸酯基含量分析

3.2聚氨酯预聚体的合成

3.3本章小结

第四章亚硫酸氢钠封闭型聚氨酯乳液的封闭—解封机理的研究及其PU乳液在纸张涂布中的应用

4.1聚氨酯乳液的封闭-解封反应机理

4.2聚氨酯预聚体的封闭

4.3水性封闭型聚氨酯体系

4.3.1影响水性封闭型聚氨酯体系稳定性的因素

4.3.2封闭反应的影响因素

4.4封闭率的测定

4.4.1测定步骤

4.4.2计算

4.4.3结果与分析

4.5影响解封反应的因素及研究解封反应的方法

4.5.1影响解封反应的因素

4.5.2解封温度的研究方法

4.6聚氨酯乳液在纸张涂布中的应用

4.6.1聚氨酯乳液的涂布实验

4.6.2聚氨酯乳液改善涂料性能及涂布效果的研究

4.7本章小结

第五章香草醛封闭型聚氨酯乳液的制备及在造纸湿部添加中的应用

5.1香草醛封闭型聚氨酯乳液的封闭-解封原理

5.2香草醛封闭型聚氨酯乳液的制备

5.3香草醛封闭型聚氨酯乳液的封闭率的测定

5.3.1甲苯-2，4-二异氰酸酯与聚乙二醇的聚合反应

5.3.2香草醛封闭聚合物的封闭率

5.4香草醛封闭型聚氨酯乳液在纸张湿部添加中的应用

5.4.1在纸页成形过程中影响香草醛封闭型聚氨酯乳液留着的因素

5.4.2香草醛封闭型聚氨酯乳液在湿部添加中的应用

5.5本章小结

第六章结论

6.1主要研究结论

6.2本文创新之处

6.3下一步研究内容

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文