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水分散阴离子封闭型聚氨酯的合成及在特种纸表面施胶中的性能优化与应用探索

一、引言

1.1研究背景与意义

随着社会经济的发展以及各行业对纸品性能要求的日益提高，特种纸作为一类具有特殊性能和用途的纸品，在众多领域的应用愈发广泛。从食品包装、医疗包装到建筑装饰、商务交流，再到印刷、烟草等行业，特种纸凭借其多样化的功能，满足了特定领域对纸张性能的高要求，成为重要的配套材料。据智研咨询数据显示，我国特种纸产量由2010年的180万吨增长至2023年的445万吨，年均复合增长率达7.21%，远高于我国纸及纸板产量的同期年均复合增长率2.61%，这充分彰显了特种纸市场的蓬勃发展态势与强劲需求增长趋势。

表面施胶作为特种纸生产过程中的关键环节，对于提升纸张性能起着举足轻重的作用。通过在纸张表面涂覆胶料，表面施胶能够显著增强纸张的抗水性能，有效阻止水分渗透，提高纸张的湿强度和耐湿性，使其在潮湿环境下依然保持稳定；可以调节纸张对油墨的吸收特性，优化印刷效果，确保印刷品的清晰度和色彩饱和度；能够增加纸张表面的平滑度和抗摩擦能力，改善纸张的可擦性和耐磨性，保证长期使用中印刷品的视觉效果和品质稳定性；还能增强纸张整体的机械性能，提升纸张的耐破度、耐折度和抗张强度，保障纸张在高速印刷和复杂加工过程中的稳定性和效率。

水分散阴离子封闭型聚氨酯作为一种新型的表面施胶剂，具备诸多优异特性，为特种纸性能的提升带来了新的契机。其良好的成膜性能够在纸张表面形成均匀、致密的保护膜，有效隔绝外界环境对纸张的影响；出色的耐磨性可增强纸张的耐用性，延长其使用寿命；优异的耐水耐油性使纸张在接触水和油脂时不易发生性能劣化，拓宽了特种纸的应用场景；高弹性和高强度则赋予纸张更好的物理性能，使其能够满足更多特殊需求。将水分散阴离子封闭型聚氨酯应用于特种纸表面施胶，不仅可以显著提升特种纸的各项性能指标，还能推动特种纸行业朝着高性能、多功能方向发展，满足不断升级的市场需求，对于提高我国特种纸产品的竞争力、促进特种纸行业的可持续发展具有重要的现实意义。

1.2国内外研究现状

在国外，关于水分散阴离子封闭型聚氨酯的研究开展较早，技术相对成熟。一些研究聚焦于新型原材料和合成工艺的探索，以提升聚氨酯的性能。例如，通过采用特殊的多异氰酸酯和低聚物多元醇，优化分子结构，增强其耐水性和力学性能。在应用方面，国外已将其广泛应用于高端特种纸领域，如食品级包装纸、医用特种纸等，对施胶工艺和应用效果进行了深入研究，实现了较好的产业化应用。

国内对水分散阴离子封闭型聚氨酯的研究近年来也取得了显著进展。在合成方法上，不断改进工艺，提高产品质量和稳定性。如通过优化反应条件、选择合适的催化剂和溶剂，提高反应效率和产物性能。在特种纸表面施胶应用研究中，众多学者致力于探究不同配方和施胶工艺对纸张性能的影响，取得了一系列有价值的成果。费贵强等人以聚己内酯二元醇、甲苯二异氰酸酯和二羟甲基丙酸为原料，采用自乳化法制备水性聚氨酯乳液，并用此聚氨酯乳液与聚乙烯醇以及外加交联剂氮丙啶进行复配制得复合乳液，应用于特种纸表面施胶，显著改善了特种纸的耐折度和干、湿强度。然而，当前研究仍存在一些不足。部分合成工艺复杂，成本较高，限制了其大规模工业化应用；在应用研究方面，对于一些特殊性能要求的特种纸，如具有超高阻隔性、抗菌性等特种纸的施胶效果研究还不够深入，施胶剂与纸张纤维的结合机理研究也有待进一步加强。

1.3研究内容与方法

本研究主要内容包括以下几个方面：首先，进行水分散阴离子封闭型聚氨酯的合成，通过对原材料的筛选和合成工艺的优化，制备出性能优良的聚氨酯。具体考察多异氰酸酯、低聚物多元醇、扩链剂、亲水剂等原料的种类和用量对聚氨酯性能的影响，探索最佳的合成条件。其次，研究水分散阴离子封闭型聚氨酯在特种纸表面施胶中的应用工艺，包括施胶剂的浓度、施胶方式、干燥条件等因素对施胶效果的影响，确定最佳的施胶工艺参数。最后，对施胶后的特种纸进行性能分析，包括抗张强度、耐磨性、防水性、油墨吸收性等物理性能的测试，评估水分散阴离子封闭型聚氨酯对特种纸性能的提升效果。

在研究方法上，采用实验研究与理论分析相结合的方式。实验方面，通过一系列的合成实验和施胶实验，获取数据并进行分析。利用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、动态激光光散射法（DLS）、热重分析（TGA）等现代分析测试技术对合成的聚氨酯结构和性能进行表征；使用纸张抗张强度测试仪、耐磨试验机、接触角测量仪等设备对施胶后的特种纸性能进行测试。理论分析方面，结合高分子化学、材料科学等相关理论，对实验结果进行深入探讨，分析聚氨酯的合成机理、结构与性能的关系以及在特种纸表面的作用机制，为研究提供理论支撑。

二、水分散阴离子封闭型聚氨酯的合成

2.1合成原理与反应机理

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