一種水性光固化聚氨酯紙張表面增強劑的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水性光固化聚氨酯紙張表面增強劑的制備方法。本發(fā)明采用預聚體聚合法，在催化劑的作用下，首先以聚合物多元醇、多異氰酸酯、環(huán)氧樹脂、親水擴鏈劑為原料制備系列異氰酸酯封端聚氨酯預聚體。然后引入帶反應性基團的多乙烯基單體與異氰酸酯封端聚氨酯反應，制得乙烯基封端聚氨酯，經(jīng)中和、加水自乳化后形成水性光固化聚氨酯分散液。本發(fā)明產品乳膠粒為納米級，用于紙張表面施膠，可滲透進入紙纖維中，亦可在紙張表面形成聚合物薄膜，以綜合提高紙張的干/濕強度、耐折度和耐水性。該產品亦具有光固化技術如固化速率快、污染小和可自動操作的優(yōu)點。此外，本發(fā)明產品亦可用于木器、金屬表面的涂布。
【專利說明】一種水性光固化聚氨酯紙張表面增強劑的制備方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種紙張表面增強劑的制備方法，特別涉及一種水性光固化聚氨酯紙 張表面增強劑的制備方法。

【背景技術】
[0002] 紫外光固化技術具有固化速率快、不需要加熱、污染少、費用低、可單組分使用、可 自動化操作等優(yōu)點，迅速發(fā)展并廣泛應用。目前已經(jīng)應用于油漆、涂料、油墨和粘合劑等多 個領域，但是在紙張上，作為紙張表面施膠劑的應用未見報道。當代社會行業(yè)迅速發(fā)展，對 特種紙性能的要求更為嚴格，特別表現(xiàn)在高耐水性和物理強度等。傳統(tǒng)的表面施膠劑最常 用的是淀粉及其改性物，后期逐漸出現(xiàn)了聚丙烯酰胺樹脂、聚乙烯醇、改性AKD等，但是一 般情況下它們的分子量較大，不易滲透進入紙張纖維，在紙張表面及內部難以形成強的交 聯(lián)網(wǎng)絡，紙張的強度和耐水性仍然有待于進一步改進。


【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足之處，提供一種水性光固化聚氨酯紙張表 面增強劑的制備方法，能夠大幅提高紙張的耐水性和強度。
[0004] 為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：
[0005] a.首先,按質量份數(shù)計，向干燥反應器中加入20?50份聚合物多元醇、25?55 份二異氰酸酯化合物、1?10份環(huán)氧樹脂，2?15份親水性擴鏈劑和0. 10?0. 35份催化 齊U，反應溫度恒定為60?85°C，反應2?3小時，制得異氰酸酯封端的聚氨酯預聚體；或者
[0006] 首先，按質量份數(shù)計，向干燥反應器中加入20?50份聚合物多元醇、25?55份二 異氰酸酯化合物、2?15份親水性擴鏈劑和0. 10?0. 35份催化劑，反應溫度恒定為60? 85°C，反應2?3小時，再加入1?10份環(huán)氧樹脂并于60?85°C下反應2小時，制得異氰 酸酯封端的聚氨酯預聚體；
[0007] b.然后降溫至50?60°C，加入2?20份帶反應性基團的多乙烯基單體和0. 10? 0. 20份催化劑，反應3?5小時后，制得乙烯基封端的聚氨酯；
[0008] c.最后，降溫至30?50°C，加入1?10份中和劑進行中和，中和反應0. 5?1小 時后，在攪拌下加入100?300份水，攪拌1?2小時后，制得水性光固化聚氨酯紙張表面 增強劑。
[0009] 所述聚合物多元醇為分子量介于1000?2000之間的聚己二酸己二醇酯、聚己二 酸丁二醇酯、聚己內酯二醇、聚碳酸酯二醇、聚四氫呋喃二醇中的一種或兩種任意比例的混 合物。
[0010] 所述二異氰酸酯化合物為六亞甲基二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、甲苯二異 氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯中的一種或兩種任意比例的混合物。
[0011] 所述親水性擴鏈劑為二羥甲基丙酸、二羥甲基丁酸、二羥基丙磺酸鈉、2-氨基乙基 氨基乙磺酸鈉、二氨基苯磺酸鈉中一種或兩種以上任意比例的混合物。
[0012] 所述環(huán)氧樹脂為二酚基丙烷型環(huán)氧樹脂55、E51、E44中的一種、兩種或兩種以上 任意比例的混合物。
[0013] 所述帶反應性基團的多乙烯基單體為季戊四醇三丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯 中的一種。
[0014] 所述催化劑為二月桂酸二丁基錫、二醋酸二丁基錫、辛酸亞錫中的一種。
[0015] 所述中和劑為氨水、三乙胺中的一種。
[0016] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有的有益效果：本發(fā)明是以環(huán)氧樹脂作為交聯(lián)擴鏈劑， 制備了系列水性光固化聚氨酯紙張表面增強劑。本發(fā)明制備過程簡單，不含有機溶劑，對環(huán) 境友好。本發(fā)明制得的產品，無 V0C，具有無毒、安全、固化速度高，耐水性好，強度高等優(yōu)點。 本發(fā)明將水性光固化聚氨酯體系用于紙張表面施膠，其兼具光固化技術及水性交聯(lián)聚合物 的優(yōu)勢。經(jīng)環(huán)氧擴鏈交聯(lián)改性的水性光固化聚氨酯產品為納米級，光固化和氧化固化同步 的固化機理可進一步改善產品固化速度。在紙張表面施膠時，其納米級乳膠粒可滲透進入 紙張內部，在纖維間形成交聯(lián)網(wǎng)絡結構，此外，其亦可在紙張表面形成致密的聚合物薄膜， 從而大幅改進施膠紙張的耐水性和強度。本發(fā)明將紫外光固化技術與水性聚氨酯相結合， 產品為納米級，滲透進入紙張內部的同時，亦可在紙張表面形成均勻的聚合物薄膜，大幅提 高紙張的干燥速度，耐水性和強度。通過對紙張表面施膠，可制得具有良好耐水性和強度的 施膠紙張。本發(fā)明產品亦可廣泛應用于木材制品和金屬制品表面的裝飾和保護。

【具體實施方式】
[0017] 下面通過具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0018] 實施例1
[0019] 水性光固化聚氨酯紙張表面增強劑的制備過程如下：
[0020] a.首先，向干燥反應器中加入20份聚合物多元醇、26份二異氰酸酯化合物、3份環(huán) 氧樹脂，3. 5份親水性擴鏈劑和0. 10份催化劑，反應溫度恒定為80°C，反應時間為2小時制 得異氰酸酯封端的聚氨酯預聚體；
[0021] b.然后降溫至50°C，加入3.5份帶反應性基團的多乙烯基單體和0. 10份催化劑， 反應4小時后，加入10份丙酮降低反應體系濃度，制得乙烯基封端的聚氨酯；
[0022] c.最后，降溫至30°C，加入1.6份中和劑進行中和，中和反應0.5小時后，在高速 攪拌下緩慢加入120份水，攪拌1小時后，通過減壓蒸餾脫處丙酮，即制得水性光固化聚氨 酯紙張表面增強劑。
[0023] 所述聚合物多元醇為分子量1000的聚己內酯二醇；所述二異氰酸酯化合物為異 佛爾酮二異氰酸酯；所述親水性擴鏈劑為二羥甲基丁酸；所述環(huán)氧樹脂為二酚基丙烷型環(huán) 氧樹脂E44 ;所述帶反應性基團的多乙烯基單體為季戊四醇三丙烯酸酯；所述催化劑為二 月桂酸二丁基錫；所述中和劑為三乙胺。
[0024] 實施例2
[0025] 水性光固化聚氨酯紙張表面增強劑的制備過程如下：
[0026] a.首先，向干燥反應器中加入23份聚合物多元醇、29份二異氰酸酯化合物、4份環(huán) 氧樹脂，4. 5份親水性擴鏈劑和0. 20份催化劑，反應溫度恒定為80°C，反應時間為3小時制 得異氰酸酯封端的聚氨酯預聚體；
[0027] b.然后降溫至60°C，加入4.8份帶反應性基團的多乙烯基單體和0. 15份催化劑， 反應5小時后，加入12份丙酮降低反應體系濃度，制得乙烯基封端的聚氨酯；
[0028] c.最后，降溫至40°C，加入2份中和劑進行中和，中和反應1小時后，在高速攪拌 下緩慢加入160份水，攪拌1小時后，通過減壓蒸餾脫處丙酮，即制得水性光固化聚氨酯紙 張表面增強劑。
[0029] 所述聚合物多元醇為分子量1000的聚己二酸己二醇酯；所述二異氰酸酯化合物 為質量比為1:1的六亞甲基二異氰酸酯和異佛爾酮二異氰酸酯的混合物；所述親水性擴鏈 劑為二羥甲基丁酸；所述環(huán)氧樹脂為二酚基丙烷型環(huán)氧樹脂E51 ;所述帶反應性基團的多 乙烯基單體為季戊四醇三丙烯酸酯；所述催化劑為辛酸亞錫；所述中和劑為三乙胺。
[0030] 實施例3
[0031] 水性光固化聚氨酯紙張表面增強劑的制備過程如下：
[0032] a.首先，向干燥反應器中加入40份聚合物多元醇、30份二異氰酸酯化合物、5份親 水性擴鏈劑和0. 20份催化劑，反應溫度恒定為80°C，反應時間為2小時制得異氰酸酯封端 的聚氨酯預聚體；繼續(xù)加入4份環(huán)氧樹脂進行擴鏈反應，并于80°C下反應2小時；
[0033] b.然后降溫至60°C，加入5份帶反應性基團的多乙烯基單體和0. 20份催化劑，反 應4小時后，加入18份丙酮降低反應體系濃度，制得乙烯基封端的聚氨酯；
[0034] c.最后，降溫至40 C，加入3份中和劑進彳丁中和，中和反應1小時后，在聞速攬祥 下緩慢加入200份水，攪拌1小時后，通過減壓蒸餾脫處丙酮，即制得水性光固化聚氨酯紙 張表面增強劑。
[0035] 所述聚合物多元醇為分子量2000的聚己二酸己二醇酯；所述二異氰酸酯化合物 為質量比為1:1的六亞甲基二異氰酸酯和異佛爾酮二異氰酸酯的混合物；所述親水性擴鏈 劑為質量比為1:1的二羥甲基丁酸和二羥基丙磺酸鈉的混合物；所述環(huán)氧樹脂為二酚基丙 烷型環(huán)氧樹脂E44 ;所述帶反應性基團的多乙烯基單體為季戊四醇三丙烯酸酯；所述催化 劑為二月桂酸二丁基錫；所述中和劑為三乙胺。
[0036] 將實施例1-3得到的三種水性光固化聚氨酯紙張表面增強劑用于紙張表面施膠， 施膠量為10±0. 36g/m2，并對未施膠和施膠紙張的主要性能進行了檢測，結果如表1。
[0037] 表1性能檢測結果
[0038]

【權利要求】
1. 一種水性光固化聚氨酯紙張表面增強劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： a.首先,按質量份數(shù)計，向干燥反應器中加入20?50份聚合物多元醇、25?55份二 異氰酸酯化合物、1?10份環(huán)氧樹脂，2?15份親水性擴鏈劑和0. 10?0. 35份催化劑，反 應溫度恒定為60?85V'反應2?3小時，制得異氰酸酯封端的聚氨酯預聚體；或者 首先，按質量份數(shù)計，向干燥反應器中加入20?50份聚合物多元醇、25?55份二異氰 酸酯化合物、2?15份親水性擴鏈劑和0. 10?0. 35份催化劑，反應溫度恒定為60?85°C， 反應2?3小時，再加入1?10份環(huán)氧樹脂并于60?85°C下反應2小時，制得異氰酸酯封 端的聚氨酯預聚體； b.然后降溫至50?60°C，加入2?20份帶反應性基團的多乙烯基單體和0. 10?0. 20 份催化劑，反應3?5小時后，制得乙烯基封端的聚氨酯； c.最后，降溫至30?50°C，加入1?10份中和劑進行中和，中和反應0.5?1小時 后，在攪拌下加入100?300份水，攪拌1?2小時后，制得水性光固化聚氨酯紙張表面增 強劑。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種水性光固化聚氨酯紙張表面增強劑的制備方法，其特征 在于，所述聚合物多元醇為分子量介于1000?2000之間的聚己二酸己二醇酯、聚己二酸 丁二醇酯、聚己內酯二醇、聚碳酸酯二醇、聚四氫呋喃二醇中的一種或兩種任意比例的混合 物。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種水性光固化聚氨酯紙張表面增強劑的制備方法，其特征 在于，所述二異氰酸酯化合物為六亞甲基二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、甲苯二異氰酸 酯、二苯基甲烷二異氰酸酯中的一種或兩種任意比例的混合物。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種水性光固化聚氨酯紙張表面增強劑的制備方法，其特征 在于，所述親水性擴鏈劑為二羥甲基丙酸、二羥甲基丁酸、二羥基丙磺酸鈉、2-氨基乙基氨 基乙磺酸鈉、二氨基苯磺酸鈉中一種或兩種以上任意比例的混合物。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種水性光固化聚氨酯紙張表面增強劑的制備方法，其特征 在于，所述環(huán)氧樹脂為二酚基丙烷型環(huán)氧樹脂55、E51、E44中的一種、兩種或兩種以上任意 比例的混合物。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種水性光固化聚氨酯紙張表面增強劑的制備方法，其特征 在于，所述帶反應性基團的多乙烯基單體為季戊四醇三丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯中 的一種。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種水性光固化聚氨酯紙張表面增強劑的制備方法，其特征 在于，所述催化劑為二月桂酸二丁基錫、二醋酸二丁基錫、辛酸亞錫中的一種。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種水性光固化聚氨酯紙張表面增強劑的制備方法，其特征 在于：所述中和劑為氨水、三乙胺中的一種。
【文檔編號】C08J3/03GK104045804SQ201410240500
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權日:2014年5月30日
【發(fā)明者】王?；? 李菁熠, 費貴強, 沈一丁, 蘭靜 申請人:陜西科技大學