光固化水性聚氨酯树脂在特种纸张上的应用

摘 要：本研究通过聚己内酯二元醇（PCL，Mn=1000），异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI），2，2-二羟甲基丁酸（DMBA），季戊四醇三丙烯酸酯（PETA）合成系列光固化水性聚氨酯树脂，将其应用于特种纸张表面，并对纸张的表面性能，抗压性能进行测验。

关键词：水性聚氨酯 特种纸张 光固化

紫外光固化技术具有固化速率快、不需要加热、污染少、费用低、可单组分使用、可自动化操作等优点，迅速发展并广泛应用。目前已经应用于油漆、涂料、油墨和粘合剂等多个领域，但是在纸张上，作为纸张表面施胶剂的应用未见报道。当代社会行业迅速发展，对特种纸性能的要求更为严格，特别表现在高物理强度、优良的印刷性及耐候性等。传统的表面施胶剂在纸张表面难以形成强的交联网络，而将紫外光固化技术与水性聚氨酯相结合，可以使交联反应发生在纸张内部，在纸张纤维间形成三维交联网络，这样就可以有效提高纸张强度。本研究合成了一系列性能优异的光固化水性聚氨酯树脂，并对纸张各方面性能进行了测试。

1.实验部分

1.1光固化水性聚氨酯的制备工艺

将一定量的IPDI、PCL和亲水扩链剂DMBA一加入到四口烧瓶中，在氮气保护的作用下，在75℃下反应2h，通过冰水使其降温，之后加入一定量的PETA和DBTDL，反应3h左右，缓慢向体系中滴加三乙胺（TEA），中和反应30min后，对水溶液进行分散，制得产品。

1.2 表面施胶

称取20g施胶液配至10%浓度并加入0.1g的光引发剂，采用ST-1-260型涂布机进行表面施胶。施胶的方法是把原纸铺平放在涂布机上，将其中一端固定，然后开动施胶辊，这样施胶液就可以均匀的涂布在纸张上，涂布面积为0.07m2，涂布量为0.05g。将施胶后的纸张恒温恒湿平衡4h后，对其进行干抗张拉力，湿抗张拉力和环压强度的测试。

1.3涂膜及施胶后纸张的UV固化

将干燥的涂膜和纸张，通过UV灯功率是3KW的紫外光固化机照射40s，然后对相关性能进行测试。

2.结果与讨论

2.1纸张表面性能的研究

图1是原子力显微镜观察到的纸张表面的形态，此纸张为公司专用的特种纸张，原子力显微镜的观察范围是500nm。其中（a）表示的是原纸的表面形态，（b）表示的是表面施胶后通过UV固化后的纸张表面形态。从图中可以看出，通过UV固化，纸张表面由凹凸不平变成比较平整。原纸表面的凹凸不平是因为纸张纤维排列和交织引起的，然而对纸张进行表面施胶，乳液渗透到纸张内部，通过紫外光的照射，引发活性基团C=C双键聚合，在纸张表面形成交联网络，促使纤维的排列更加紧密，纸张的表面质量提高，分布均匀。

2.2不同C=C含量对纸张性能的影响

UV固化后的纸张湿强均高于未固化的纸张湿强，随着C=C双键含量的增大，纸张湿强度呈现出先增大后减小的趋势，通过UV固化后的湿强最高值达到48.37%，比未固化的纸张湿强提高了38.2%。这是因为随着C=C双键含量的增加，通过UV光照，在纸张纤维界面上形成密集的交联网络结构，限制了纤维之间的活动，减少纤维的润胀和吸水，这样就使湿强度增大，但是当W（C=C）=9.87%时，出现下降的趋势，这可能是因为，乳液粒径变大，在纸张表面的渗透能力减弱，不能有效填补纸张空隙，反应交联点减少，所以纸张湿强度有所降低。

2.3不同DMBA含量对纸张性能的影响

当DMBA含量增大时，湿强呈现明显的下降趋势，当DMBA达到含量达到10%，湿强变化趋于稳定。这可能是因为随着DMBA的增多，体系的亲水性增强，纸张浸湿之后，纸中过量的水超过了纤维的饱和点，纤维之间的氢键结合被切断，纸张湿强度急剧下降，当-COOH达到一定量后，体系亲水性随羧基含量的增加变化缓慢，纸张湿强度也逐渐趋于稳定。

3.本章小结

（1）对纸张表面性能进行研究，UV固化后纸张的性能明显提高；

（2）通过对纸张性能的影响，当W（C=C）=9.87%，DMBA含量达到10%时，纸张性能达到最优。■

参考文献

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