一種紙張復(fù)合表面施膠劑的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種紙張復(fù)合表面施膠劑的制備方法，而提供一種綜合性能好的表面施膠劑的制備方法。以聚合物二元醇和二異氰酸酯為原料，加入含羥基的改性劑，在80-90℃和惰性氣體保護下攪拌反應(yīng)制得水性聚氨酯低聚物；加入親水物質(zhì)，于80-90℃攪拌反應(yīng)2.5-3.5小時，得到水性聚氨酯預(yù)聚物；溫度降至45-50℃，加入中和劑和助溶劑，攪拌反應(yīng)，使水性聚氨酯預(yù)聚物中和成鹽；溫度降至5-10℃，依次加入水、部分淀粉、擴鏈劑，然后升溫到50-60℃，反應(yīng)制得羥基硅油改性的水性聚氨酯；減壓蒸餾去除助溶劑，再加入剩余的淀粉，升溫至90℃，攪拌反應(yīng)得到改性水性聚氨酯/淀粉復(fù)合表面施膠劑。該方法簡單，成本低。
【專利說明】一種紙張復(fù)合表面施膠劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及造紙【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種羥基硅油改性的水性聚氨酯/淀粉復(fù)合表面施膠劑的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]表面施膠劑是涂在紙和紙板的表面以提高紙張抗水性能和表面性能的助劑，是改善印刷性能的重要技術(shù)措施，表面施膠越來越重要，其用量大大提高。紙張經(jīng)過表面施膠后，施膠劑一部分滲入紙層中，填充紙漿纖維之間的空隙；另一部分留在紙頁表面。表面施膠的使用具有下述優(yōu)點:(1)可以減少內(nèi)施膠劑用量，降低造紙成本；(2)易于控制施膠度；
[3]雙面施膠后可得到高品質(zhì)紙張；(4)可以控制由于漿內(nèi)施膠造成的紙張強度降低；(4)彌補某些紙張由于漿內(nèi)施膠造成的性能劣化；(5)降低紙頁正反差；(6)不受抄紙時水溫和水質(zhì)的影響。因此，表面施膠是改善印刷性能的重要技術(shù)措施。目前，由于表面施膠越來越重要，表面施膠劑的用量也大大提高。
[0003]目前，國內(nèi)表面施膠劑使用最多的是淀粉及改性淀粉等。但是，淀粉表面施膠劑不能滿足紙張的憎液性能。作為一種新型的表面施膠劑，水性聚氨酯能以較少用量產(chǎn)生較高施膠度，減少漿內(nèi)施膠劑的用量，改善紙張性能。但是，水性聚氨酯本身成本較高，難以進行大規(guī)模應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)缺陷，而提供一種成本低、綜合性能優(yōu)異的羥基硅油改性的水性聚氨酯/淀粉復(fù)合表面施膠劑的制備方法。
[0005]為實現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種紙張復(fù)合表面施膠劑的制備方法，包括下述步驟:
[0007](I)以聚合物二元醇和二異氰酸酯為原料，加入含羥基的改性劑，在80_90°C和惰性氣體保護下攪拌反應(yīng)制得水性聚氨酯低聚物；
[0008](2)在所得水性聚氨酯低聚物中加入含羧基的親水物質(zhì)，于80_90°C攪拌反應(yīng)
2.5-3.5小時，得到水性聚氨酯預(yù)聚物；
[0009](3)將步驟(2)所得反應(yīng)體系的溫度降至45_50°C，加入中和劑和助溶劑，攪拌反應(yīng)，使水性聚氨酯預(yù)聚物中和成鹽；
[0010](4)將步驟(3)所得反應(yīng)體系的溫度降至5-10°C，依次加入水、部分淀粉、擴鏈劑，然后升溫到50-70°C，反應(yīng)制得改性的水性聚氨酯；
[0011](5)將所得改性的水性聚氨酯去除助溶劑，再加入剩余的淀粉，升溫至90°C，攪拌反應(yīng)得到改性水性聚氨酯/淀粉復(fù)合表面施膠劑。
[0012]其中，所述二異氰酸酯與羥基的摩爾比為1.4-1.8，含羧基的親水物質(zhì)的含量為水性聚氨酯固含量的5-8%，含羥基的改性劑的含量為水性聚氨酯固含量的8-12%，先期加入淀粉量為水性聚氨酯預(yù)聚物質(zhì)量的10-20%，中和度為90-100%，復(fù)合表面施膠劑中淀粉濃度為8-13%，改性水性聚氨酯的理論固含量為25-35%，步驟(4)中水的加入量使改性水性聚氨酯的固含量為25-35%。
[0013]所述二異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯或異佛爾酮二異氰酸酯中。
[0014]所述聚合物二元醇為聚碳酸酯二元醇或聚己內(nèi)酯二元醇。
[0015]所述含羥基的改性劑為端基為羥基的聚二甲基硅氧烷(也稱為羥基硅油)，也可以采用與羥基硅油功能相同的同類物質(zhì)。
[0016]所述含羧基的親水物質(zhì)為二羥甲基丙酸，也可以采用與二羥甲基丙酸功能相同的同類物質(zhì)?？刹捎枚u甲基丙酸溶于N-甲基吡咯烷酮中所得的溶液。
[0017]所述中和劑為三乙胺或三乙醇胺，中和度為90-100%。
[0018]所述擴鏈劑為乙二胺，擴鏈劑含量為聚合物二元醇與含羧基的親水物質(zhì)摩爾總數(shù)的 40%-80%。
[0019]所述助溶劑為丙酮或丁酮，助溶劑含量為水性聚氨酯預(yù)聚物的50-60%。
[0020]所述淀粉為氧化淀粉、陰離子淀粉或酸改性淀粉。
[0021 ] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0022]1、本發(fā)明方法的共聚改性水性聚氨酯在合成預(yù)聚物過程中將含羥基的改性劑(羥基硅油)引入聚氨酯鏈段中，含羥基的改性劑的反應(yīng)活性適中，合成過程反應(yīng)平穩(wěn)，制備過程簡單，易于實現(xiàn)。經(jīng)過含羥基的改性劑改性后，特別是使用羥基硅油改性，水性聚氨酯的耐水性能有較大提高。將改性的水性聚氨酯與淀粉復(fù)合，既降低了改性水性聚氨酯表面施膠的成本，又具有優(yōu)異的施膠性能。而且，制備的水性聚氨酯產(chǎn)品無毒、對環(huán)境無污染。
[0023]2、本發(fā)明的方法采用兩步法合成水性聚氨酯，即先加入二異氰酸酯和聚合物二元醇以及改性劑，然后再加入親水單體制得水性聚氨酯預(yù)聚物，合成的水性聚氨酯可以使親水物質(zhì)在分子鏈上均勻分布，得到序列結(jié)構(gòu)比較規(guī)整的分子鏈，擴鏈效果好。
[0024]3、本發(fā)明的方法采用先加入水再擴鏈的加料順序，加水后，預(yù)聚物在水中均勻分散，擴鏈制得的水性聚氨酯粘度小，分散性好。
[0025]4、本發(fā)明的方法中，淀粉分兩部加入，第一步加入部分淀粉，與水性聚氨酯進行接枝反應(yīng)；第二步加入剩余淀粉，使加入后的總淀粉濃度達到8-13%，粘度和施膠效果好。
[0026]5、本發(fā)明的方法中所用中和劑為三乙胺或三乙醇胺，在中和度為90%_100%時制備的施膠劑水溶性優(yōu)良。
[0027]6、本發(fā)明的方法中所用擴鏈劑為乙二胺，乙二胺擴鏈制備的施膠劑表面施膠后膜的耐水性、耐溶劑性好，強度高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1所示為本發(fā)明紙張復(fù)合表面施膠劑的制備方法的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0029]以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0030]本發(fā)明的紙張復(fù)合表面施膠劑的制備方法的工藝流程圖如圖1所示，本發(fā)明的方法以聚合物二元醇和二異氰酸酯為原料，加入含羥基的改性劑，反應(yīng)制得水性聚氨酯低聚物；加入親水物質(zhì)引入親水基團，反應(yīng)得到水性聚氨酯預(yù)聚物；加入中和劑和助溶劑，攪拌反應(yīng)，使水性聚氨酯預(yù)聚物中和成鹽；依次加入水、部分淀粉、擴鏈劑，經(jīng)乳化、淀粉接枝和擴鏈得到改性的水性聚氨酯，去除助溶劑，再加入剩余的淀粉，復(fù)合得到改性水性聚氨酯/淀粉復(fù)合表面施膠劑。
[0031]實施例1:
[0032](I)將聚己內(nèi)酯二元醇0.1mol、異佛爾酮二異氰酸酯0.43mol和端基為羥基的聚二甲基硅氧烷41g在80°C和氮氣保護下攪拌反應(yīng)I小時，制得水性聚氨酯低聚物；
[0033](2)將DMPA0.2ImoI溶于0.57mol N-甲基吡咯烷酮中，再加入到步驟(I)所得的水性聚氨酯低聚物中，于80°C攪拌反應(yīng)2.5-3.5小時，得到水性聚氨酯預(yù)聚物。
[0034](3)將體系溫度降至45°C，加入中和劑三乙胺0.2ImoI和丙酮206ml，攪拌0.5小時，將所得水性聚氨酯預(yù)聚物中和成鹽；
[0035](4)溫度繼續(xù)降至5 °C，加入水1232g，再加入玉米氧化淀粉32.5g，乙二胺
0.12mol，然后升溫到50°C，反應(yīng)1.5-2小時，得到羥基硅油改性的水性聚氨酯。
[0036](5)將所得羥基硅油改性的水性聚氨酯減壓蒸餾去除助溶劑丙酮，加入剩余的玉米氧化淀粉74.6g，升溫至90°C，攪拌半小時，待淀粉完全糊化，得到羥基硅油改性水性聚氨酯/淀粉復(fù)合表面施膠劑。
[0037]實施例2:
[0038](I)將聚碳酸酯二兀醇0.1mol>甲苯二異氰酸酯0.44mol和輕基娃油46g在90°C和氮氣保護下攪拌反應(yīng)I小時，制得水性聚氨酯低聚物；
[0039](2)將DMPA0.17mol溶于0.47mol N-甲基吡咯烷酮中，再加入到步驟(I)所得的水性聚氨酯低聚物中，于90°C攪拌，繼續(xù)反應(yīng)2.5-3.5小時，得到水性聚氨酯預(yù)聚物；
[0040](3)將溫度降至50°C，加入中和劑三乙醇胺0.15mol和丁酮228ml，攪拌0.5小時，將所得水性聚氨酯預(yù)聚物中和成鹽；
[0041](4)溫度繼續(xù)降至10°C，加入水885g，再加入陰離子木薯淀粉60g，乙二胺
0.17mol，然后升溫到60°C，反應(yīng)1.5-2小時，得到羥基硅油改性的水性聚氨酯；
[0042](5)將所得羥基硅油改性的水性聚氨酯減壓蒸餾去除助溶劑丁酮，加入剩余的陰離子木薯淀粉38.3g，升溫至90°C，攪拌半小時，待淀粉完全糊化后，得到羥基硅油改性水性聚氨酯/淀粉復(fù)合表面施膠劑。
[0043]實施例3:
[0044](I)將聚己內(nèi)酯二元醇0.1mol、異佛爾酮二異氰酸酯0.46mol和羥基硅油39.5g在85°C和氮氣保護下攪拌反應(yīng)I小時，制得水性聚氨酯低聚物；
[0045](2)將DMPA0.16mol溶于0.43mol N-甲基吡咯烷酮中，再加入到步驟(I)所得的水性聚氨酯低聚物中，于85°C攪拌，繼續(xù)反應(yīng)2.5-3.5小時，得到水性聚氨酯預(yù)聚物；
[0046](3)將溫度降至50°C，加入中和劑三乙胺0.16mol和丙酮206ml，攪拌0.5小時，將所得水性聚氨酯預(yù)聚物中和成鹽；
[0047](4)溫度繼續(xù)降至8°C，加入水922g，再加入小麥酸改性淀粉48.7g，乙二胺
0.20mol，然后升溫到70°C，反應(yīng)1.5-2小時，得到羥基硅油改性的水性聚氨酯；
[0048](5)將所得羥基硅油改性的水性聚氨酯減壓蒸餾去除助溶劑丙酮，加入剩余的小麥酸改性淀粉77g，升溫至90°C，攪拌半小時，待淀粉完全糊化后，得到羥基硅油改性水性聚氨酯/淀粉復(fù)合表面施膠劑。[0049]實施例4:
[0050](I)將聚碳酸酯二兀醇0.1mol>甲苯二異氰酸酯0.34mol和羥基硅油26g在90°C和氮氣保護下攪拌反應(yīng)I小時，制得水性聚氨酯低聚物；
[0051](2)將DMPA0.1lmol溶于0.30mol N-甲基吡咯烷酮中，再加入到步驟(1)所得的水性聚氨酯低聚物中，于90°C攪拌，繼續(xù)反應(yīng)2.5-3.5小時，得到羥基硅油改性的水性聚氨酷；
[0052](3)將溫度降至50°C，加入中和劑三乙醇胺0.1lmol和丁酮208ml，攪拌0.5小時，
將所得水性聚氨酯預(yù)聚物中和成鹽；
[0053](4)溫度繼續(xù)降至5?,加入水609g,再加入玉米氧化淀粉27.4g,乙二胺0.13mol,然后升溫到60°C，反應(yīng)1.5-2小時，得到羥基硅油改性的水性聚氨酯；
[0054](5)將所得羥基硅油改性的水性聚氨酯減壓蒸餾去除助溶劑丁酮，加入剩余的玉米氧化淀粉63.6g，升溫至90°C，攪拌半小時，待淀粉完全糊化后，得到羥基硅油改性水性聚氨酯/淀粉復(fù)合表面施膠劑。
[0055]對比例
[0056]由于國內(nèi)目前市場上所用的表面施膠劑主要為改性淀粉施膠劑，因此以改性淀粉之一的陽離子淀粉表面施膠劑為對比例。稱取40g陽離子表面施膠淀粉，放入圓底燒瓶中，用360g蒸餾水稀釋，攪拌10分鐘，圓底燒瓶放入恒溫水浴，90°C攪拌，糊化后，繼續(xù)攪拌30分鐘，出料，制得濃度10%的陽離子淀粉表面施膠劑 。
[0057]將實施例1-4得到的羥基硅油改性水性聚氨酯/淀粉復(fù)合表面施膠劑以及對比例陽離子淀粉表面施膠劑對紙張進行表面施膠，施膠紙張的檢測數(shù)據(jù)如表1所示。
[0058]表1
[0059]
【權(quán)利要求】
1.一種紙張復(fù)合表面施膠劑的制備方法，其特征在于，包括下述步驟: (1)以聚合物二元醇和二異氰酸酯為原料，加入含羥基的改性劑，在80-90°C和惰性氣體保護下攪拌反應(yīng)制得水性聚氨酯低聚物； (2)在所得水性聚氨酯低聚物中加入含羧基的親水物質(zhì)，于80-90°C攪拌反應(yīng)2.5-3.5小時，得到水性聚氨酯預(yù)聚物； (3)將步驟(2)所得反應(yīng)體系的溫度降至45-50°C，加入中和劑和助溶劑，攪拌反應(yīng)，使水性聚氨酯預(yù)聚物中和成鹽； (4)將步驟(3)所得反應(yīng)體系的溫度降至5-10°C，依次加入水、部分淀粉、擴鏈劑，然后升溫到50-70°C，反應(yīng)制得改性的水性聚氨酯；所述淀粉的加入量為水性聚氨酯預(yù)聚物質(zhì)量的 10-20% ； (5)將所得改性的水性聚氨酯去除助溶劑，再加入剩余的淀粉，升溫至90°C，攪拌反應(yīng)得到改性水性聚氨酯/淀粉復(fù)合表面施膠劑。 其中，所述二異氰酸酯與羥基的摩爾比為1.4-1.8，含羧基的親水物質(zhì)的含量為水性聚氨酯固含量的5-8%，含羥基的改性劑的含量為水性聚氨酯固含量的8-12%，中和度為90-100%，所得復(fù)合表面施膠劑中淀粉濃度為8-13%，步驟(4)中水的加入量使改性水性聚氨酯的固含量為25-35%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紙張復(fù)合表面施膠劑的制備方法，其特征在于，所述二異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯或異佛爾酮二異氰酸酯中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合表面施膠劑的制備方法，其特征在于，所述聚合物二元醇為聚碳酸酯二元醇或聚己內(nèi)酯二元醇。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合表面施膠劑的制備方法，其特征在于，所述含羥基的改性劑為羥基硅油。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合表面施膠劑的制備方法，其特征在于，所述含羧基的親水物質(zhì)為二羥甲基丙酸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合表面施膠劑的制備方法，其特征在于，所述中和劑為三乙胺或三乙醇胺，中和度為90-100%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合表面施膠劑的制備方法，其特征在于，所述擴鏈劑為乙二胺，擴鏈劑含量為聚合物二元醇與含羧基的親水物質(zhì)摩爾總數(shù)的40%-80%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的表面施膠劑的制備方法，其特征在于，所述助溶劑為丙酮或丁酮，助溶劑含量為水性聚氨酯預(yù)聚物的50-60%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合表面施膠劑的制備方法，其特征在于，所述淀粉為氧化淀粉、陰離子淀粉或酸改性淀粉。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合表面施膠劑的制備方法，其特征在于，步驟(5)中改性的水性聚氨酯去除助溶劑采用減壓蒸餾的方法。
【文檔編號】C08G18/32GK103711035SQ201310736889
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】郭玉花 申請人:天津商業(yè)大學(xué)