聚酯型聚氨酯的合成及其对纸张强度性能影响的研究

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纸张中含有大量的羟基,可以与异氰酸酯类物质发生聚合反应生成聚氨酯。经过聚氨酯化处理后的纸张强度性能得到很好的改善,可以成为一种高强度、耐水、耐油的新型特种纸。但异氰酸酯直接在纸张中应用时,增强效果有限,而且会促使纸张变脆、柔韧性下降;如果采用聚醚型聚氨酯可明显改善纸张的干强度和柔韧性,但导致纸张的湿强度下降。本文试想用聚酯型聚氨酯替代聚醚型聚氨酯,赋予纸张更加优良的强度性能。   本论文采用溶液与熔融结合法,以二元酸(丁二酸、己二酸、癸二酸)和丁二醇为原料,合成了三种不同结构的端羟基聚酯:聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚己二酸丁二醇酯(PBA)和聚癸二酸丁二醇酯(PBSe);通过控制反应时间合成了同类但不同相对分子质量的聚酯产物。红外光谱(IR)和核磁共振氢谱(1H NMR)证明所得产物为预期结构,用凝胶渗透光谱(GPC)测定了聚酯产物的相对分子质量及其相对分子质量分布。   用甲苯-2,4-二异酸酯(TDI)对上述端羟基聚酯封端,合成了三种线性遥爪型聚酯型聚氨酯(TDI-PBS、TDI-PBA、TDI-PBSe),并考察了它们对纸张强度性能的影响。实验结果表明:   (1)采用浸渍法,当PBS的相对分子质量在7500左右,TDI-PBS溶液质量分数为12%,熟化温度为100℃,熟化时间为60min时,聚合物对纸张的综合作用效果最为显著。TDI-PBS能使纸张的干强度达到原纸干强的135.46%,湿干强比达到22.93%(达到原纸干强的31.06%),耐破度达到原纸的2倍,撕裂度也有一定改善,但耐折度不如原纸。   (2)采用浸渍法,当PBA的相对分子质量在8000左右,TDI-PBA溶液质量分数为12%,熟化温度为100℃,熟化时间为60min时聚合物对纸张的作用效果最为显著,TDI-PBA能使纸张的干强度达到原纸的143.83%,湿干强比达到24.50%(达到原纸干强的35.24%),耐折度提高了12倍,耐破度达到原纸的2倍,撕裂度也有一定改善。   (3)采用浸渍法,当PBSe的相对分子质量在8000左右,TDI-PBSe溶液质量分数为14%,熟化温度为100℃,熟化时间为30min时聚合物对纸张的作用效果最为显著,TDI-PBSe能使纸张的干强度达到原纸干强的163.40%,湿干强比达到36.12%(达到原纸干强的59.03%),耐折度提高了6倍,耐破度达到原纸的2倍,撕裂度也有一定改善。   (4)聚酯型聚氨酯能明显改善纸张的干湿强度、耐折度(TDI-PBS除外)和耐破度,撕裂度也有一定改善;增强效果明显优于单独使用TDI时的作用效果;聚酯型聚氨酯对纸张的湿强度改善优于聚醚型聚氨酯,但对纸张柔韧性的改善效果不如聚醚型聚氨酯。聚酯型聚氨酯是一类性能优良的纸张增强剂。
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