AKD改性陽離子聚氨酯及其復(fù)合物乳液中性施膠劑的研究.pdf

1、AKD是一種反應(yīng)性較強(qiáng)的中/堿性施膠劑，但AKD乳液難制備及易水解，本身在紙纖維上難以留著，施膠后熟化時間較長等，影響了它們的應(yīng)用效果。 目前采用的方法主要是將陽離子淀粉或陽離子共聚物作為AKD的分散劑，使AKD顆粒懸浮在乳液中，顆粒帶有陽電荷，可以與紙纖維結(jié)合而留著，并且陽離子樹脂本身亦具有一定的施膠增效作用。另外亦有利用聚酰胺多胺環(huán)氧氯丙烷和聚乙烯亞胺作為助乳化劑和留著劑的報道。但上述制備方法一般要加入表面活性劑，由于其具有

2、一定的親水性而導(dǎo)致施膠效果降低。 本研究根據(jù)AKD的分子結(jié)構(gòu)，將其與制備聚氨酯的其他單體一起進(jìn)行逐步聚合反應(yīng)及共混，二異氰酸酯具有極高的反應(yīng)活性，其與聚酯二元醇和N-甲基二乙醇胺先形成羥基封端的預(yù)聚體，再與AKD反應(yīng)形成酯鍵而達(dá)到封端目的，所得產(chǎn)物為硬脂酰乙酸酯基為末端的大分子施膠劑，具有低的相對分子質(zhì)量。根據(jù)反應(yīng)的投料比，只有極少部分AKD發(fā)生酯化反應(yīng)，大部分AKD作為共混組分保留在體系中。分子末端引入β-酮酯基可以顯著降低其

3、表面能，并且共聚物本身具有較強(qiáng)的陽離子性和乳化能力，能夠?qū)⑹Ｓ嗟腁KD進(jìn)行乳化。得到的這種新型中性施膠劑，能夠在酸性及中堿性條件下進(jìn)行施膠，具有較強(qiáng)的陽離子性，乳液穩(wěn)定性和留著性大大提高。研究了其合成，并初步對漿內(nèi)施膠的應(yīng)用條件及作用機(jī)理作了相關(guān)討論。目前國內(nèi)外尚未有相同報道。 在乳液制備過程中，主要討論反應(yīng)條件和各種原料配比對乳液的基本性能施膠性能的影響。研究結(jié)果表明： (1)共聚反應(yīng)制備中性施膠劑乳液的較佳工藝：間歇

4、反應(yīng)方式；m(烷基烯酮二聚體)/m(陽離子聚氨酯)=2，m(N-甲基二乙醇胺)/m(陽離子聚氨酯)=0.3，m(硫酸二甲酯)/m(陽離子聚氨酯)=0.3，反應(yīng)時間為150Min，反應(yīng)溫度為70～75℃。 (2)固定其他共聚反應(yīng)物配比，改變AKD的加入量。AKD加入量減少，乳液顆粒減小，穩(wěn)定性上升；但起主要施膠作用的成分(AKD)減少，施膠效果下降。反之，AKD加入量增加，乳液施膠效果上升。過多則會造成乳液趨于不穩(wěn)定甚至乳化困難，

5、施膠效果也會下降。 (3)固定其他共聚反應(yīng)物配比，改變N-甲基二乙醇胺的加入量。隨著N-甲基二乙醇胺的加入量增加，陽離子聚氨酯的陽電性和親水性上升，乳液顆粒減小，穩(wěn)定性上升；施膠性能先隨之上升，到了一定程度由于陽離子聚氨酯親水性過強(qiáng)，導(dǎo)致乳液施膠性趨于下降。改變硫酸二甲酯的加入量情況與此相似。 (4)陽離子淀粉和陰離子聚丙烯酰胺配合使用能夠較好的對施膠效果起到助留和增效作用。陽離子淀粉的加入量為0.5％，陰離子聚丙烯酰胺

6、的加入量為0.025％。 (5)FTIR證實了共聚反應(yīng)產(chǎn)物中β-酮酯鍵的存在，有部分AKD參與了反應(yīng)；確定異氰酸酯基已經(jīng)基本反應(yīng)完全。TEM測定乳液顆粒呈較為規(guī)則的圓球形，陽離子聚氨酯分子纏繞包圍于AKD顆粒，經(jīng)過計算可知乳液粒徑在0.5μm左右。 (6)利用DSC和SEM研究了上述中性施膠劑與紙纖維的作用機(jī)理，發(fā)現(xiàn)，所制備的產(chǎn)物與紙張纖維發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，形成了穩(wěn)定的酯鍵結(jié)合。同時改善了纖維與纖維之間的排列，使纖維之間的

7、聯(lián)系更加緊密，分布也變得較為均勻；纖維與纖維幾乎緊緊地結(jié)合成為一個整體而存在。 本課題的主要創(chuàng)新之處如下幾點： (1)用AKD具有一定的與羥基反應(yīng)的活性，而獲得硬脂酰乙酸酯基為末端的改性陽離子聚氨酯。降低其表面能，并且其本身也具有一定施膠性。 (2)一般合成陽離子聚氨酯都是依靠聚氨酯的陽電性和自乳化能力而制備乳液。本實驗的工藝和乳化方式嘗試突破這個局限，改性后的陽離子聚氨酯在無其他表面活性劑和助劑的條件下也成功的