[发明专利]阳离子水性聚氨酯乳液的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种阳离子水性聚氨酯乳液的制备方法，尤其涉及可作为纸张表面施胶剂用的阳离子水性聚氨酯表面施胶剂的制备方法。

背景技术

已知的聚氨酯，是由二异氰酸酯与多元醇的加成聚合反应的产物，以其具有无毒，不燃性，耐油性和高强度及成膜性等优良的性能，使其在塑料、涂料、颜料、建筑等多领域中得到广泛的使用，这引起了纸业界的关注。

目前，已知的水性聚氨酯(WPU)以水为介质的聚氯酯分散体系，其水性化主要可以通过强制乳化和自乳化两种方法实现。自乳化法是在聚氨酯预聚体分子中引入亲水基团，使其能在水中乳化。

美国专利说明书US5846383披露了水性聚氨酯的制备方法，由四甘醇、丙三醇与丙二酸二甲酯在酯交换剂作用下形成低聚体与二异氰酸环己酯在80℃下反应4h得到聚氨酯。

杨晓敏，刘建平，沈一丁发表在2002年第5期第63-64页《中国造纸》杂志“阳离子聚氨酯施胶剂的研制及应用实验”一文，报道了以单硬脂酸甘油酯与甲苯二异氰酸酯进行重键加成反应制备预聚体，通过阳离子扩链剂进行扩链并引入自乳化阳离子基，得到中等分子质量的阳离子聚氨酯乳液。制得产品作为中性抄纸系统的纸料的浆内施胶剂用。该制备方法所用原料较贵，成本较高，且不能与施胶中常用的硫酸铝、聚铝一起使用，使其应用受到大大限制。

瞿金清，陈焕钦发表在2002年第18卷第1期第47-51页杂志《化学反应过程与工艺》“聚氨酯的合成研究”一文，披露了采用甲苯二异氰酸酯(TDI)与聚酯二醇、亲水扩链剂和其它多元醇反应合成阳离子水性聚氨酯乳液。该制备方法制得的阳离子聚氨酯因其阳离子度较高同样不能与硫酸铝、聚铝配合使用而大大降低了其施胶效果。

上述披露制备的阳离子水性聚氨酯，由于当前造纸表面施胶工艺中仍需大量使用硫酸铝以提高表面施胶效果，这是因为当纸中存在硫酸铝等阳离子成分的情况下，与施胶剂的亲水基的相互作用变得强烈，表面施胶的疏水性会得到进一步强化，从而能得到良好的施胶效果。而阳离子聚合物在酸性抄纸条件和金属离子存在的情况下不能稳定存在，这就大大限制了阳离子聚合物在纸张表面施胶中的应用。因此，纸业界亟待开发能有效的在纸张表面施胶中使用的阳离子水性聚氨酯乳液，经表面施胶处理纸张的表面，以达到提高纸张的表面强度性能和赋予纸张优异性能的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种阳离子水性聚氨酯乳液的制备方法，所制备阳离子水性聚氨酯乳液，可作为纸张表面施胶剂，以提高纸张的表面强度性能和赋予纸张具有其它性能。

本发明为实现上述目的，所采用的技术方案是：

一种阳离子水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于：制备方法的工艺步骤包括1)、聚氨酯预聚体的制备，2)、扩链反应和3)、中和及乳化，

1)聚氨酯预聚体的制备

主要原料：

聚酯二元醇，聚乙二醇，2，4-甲苯二异氰酸酯；聚氨酯预聚体的制备方法：将上述原材料按一定比例加入到带有搅拌和回流装置的反应釜中，在高纯氮气保护下，进行预聚反应，在预聚反应温度为45℃～55℃，反应时间为0.5-2h，制得聚氨酯预聚体，

制备预聚体反应方程式为：

HO-RL R-OH+OCNL NCO→OCNLR-RL NCO

，

2)扩链反应

将预聚体升温至60℃-70℃，向聚氨酯预聚体中加入1，4-丁二醇，反应2-3h，检测体系的NCO-含量，当NCO-含量达到理论值时，降温至50-60℃，添加亲水扩链剂N-甲基二乙醇胺，其用量为单体总量的5％-10％，，1小时内加完，进行扩链反应，扩链反应时间为2h，

扩链反应的方程式为：

3)中和，乳化

将扩链反应至NCO-含量达到理论值，冷却至20℃后，加入冰醋酸中和，并加丙酮稀释，粘度合适后加水并高速剪切乳化，将乳化后的液体蒸发脱除丙酮，即得到呈兰光的均匀阳离子聚氨酯乳液，

一种阳离子水性聚氨酯乳液表面施胶剂，将本发明所述方法制备的阳离子水性聚氨酯乳液与淀粉和硫酸铝按照一定的重量比配制，所述的重量比为，本发明所述方法制备的阳离子水性聚氨酯乳液乳液：2-5

淀粉：  61-67

硫酸铝：31-34

一种阳离子水性聚氨酯乳液表面施胶剂表面施胶工艺，所述的工艺包括：

1)施胶剂的制备：将权利要求1所述方法制备的阳离子水性聚氨酯乳液与淀粉和硫酸铝按照一定的重量比配制，所述的重量比为，

本发明方法制备的阳离子水性聚氨酯乳液乳液：3-4，淀粉：65，硫酸铝：32，