一种耐水砂纸用乳胶及其使用方法与流程

1.本发明涉及一种耐水砂纸用乳胶及其使用方法，属于造纸助剂技术领域。


背景技术：

2.耐水砂纸大量用于家具行业各类漆面表面研磨、抛光；汽车修理、汽车生产的喷漆前后工序打磨、抛光；珠宝、金属制品打磨抛光。随着汽车制造业产量激增，对于高品质耐水砂纸的要求越来越高，高品质耐水砂纸的载体基材(砂纸原纸)的市场前景也被造纸行业所看好。耐水砂纸原纸主要分为两类：一是用牛皮纸经树脂表面浸润形成耐水层，达到防水作用；一是乳胶纸，乳胶纸作为生产高品质砂纸的基纸，要求具有较强的抗水性、抗油性和耐折强度和抗张强度。
3.在不改变原纸抄造的条件下，现有生产工艺大多采用乳胶对砂纸原纸进行浸渍或者表面涂布处理，以赋予原纸抗水抗油性和高耐折性能。如刘群华等(纸和造纸，2014年6月，34卷第6期)采用苯丙胶乳，以面涂的方式对砂纸进行表面处理，提高了砂纸的抗溶剂性能和柔韧性，王希运等(中华纸业，2019年3月，40卷第6期)利用聚乙烯醇(pva)/纳米微纤丝(nfc)复合涂料涂布改善砂纸原纸防油性能及力学性能。郭友实(cn102191725b)采用乙烯-醋酸乙烯、氯丁二烯、氧化锌、akd的复配胶液对原纸进行浸渍，烘干后采用聚乙烯醇、苯乙烯-丁二烯、聚氨酯的复配胶液对原纸进行面涂，同时采用氧化淀粉和非离子剥离剂复配胶液对对原纸进行背涂，获得了耐水、耐油、耐折性能、抗张强度等较为优良的砂纸原纸。在原纸性能不变的前提下，原纸的浸渍胶液和涂布胶液的性能就决定了砂纸原纸最终的使用性能，现有研究中，单纯对原纸进行涂布处理，原纸憎液性能尚可，但对原纸物理强度的改善作用不大，尤其是耐折性能(涂层厚度有限)；在表面涂布的同时对原纸进行浸渍处理可以对原纸进行“深度”改良，但现有浸渍胶液大多为几种功能性物质的简单复配，协同作用效果不明显。
4.因此，制备一种兼顾原纸“深度处理”和表面性能的乳胶并提供其使用方法，对于改善砂纸原纸的憎液性、耐折强度以及综合性能显得十分必要。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是，针对以上现有技术中的不足，提供一种耐水砂纸用乳胶的制备方法，使得耐水砂纸物理强度达到相关国标要求。按质量分数计，组分包括：
6.水性聚氨酯乳液：30-50份
7.固化剂：0.1-0.5份
8.脱模剂：1-3份
9.水：100份。
10.具体的，所述的固化剂为异氰酸酯tdi、mdi中的一种或者两种。所述的脱模剂为有机氯硅烷或者有机烷氧基硅烷中的一种或者两种。
11.所述的水性聚氨酯乳液的配方为：二元醇与二异氰酸酯摩尔比为0.8-1.5，二元醇
摩尔份数30-50份，扩链剂2-5份，亲水剂3-8份，tempo氧化法慈竹纳米纤维素2-8份，蔗糖脂肪酸酯1-5份，冰醋酸0.1-1份，水50-80份。
12.更具体的，所述的二元醇包括不含脂肪环和芳香环的聚酯二元醇和聚醚二元醇中一种或几种。所述的二异氰酸酯包括异佛尔酮二异氰酸酯(ipdi)、二苯基甲烷二异氰酸酯(mdi)、二环己基甲烷二异氰酸酯(hmdi)、六亚甲基二异氰酸酯(hdi)、赖氨酸二异氰酸酯(ldi)中的一种或几种。所述的扩链剂为乙二醇、丙二醇、1，4-丁二醇、一缩二乙二醇、1，4环己二醇中的一种。所述的亲水剂为二羟甲基丙酸(dmpa)或二羟甲基丁酸(dmba)中的一种。
13.所述的纳米纤维素为tempo法制备的慈竹纳米纤维素，固含为0.5％-2％，粒径200-800nm。慈竹纤维尺寸较大、物理强度比一般木材和竹材的纤维大，在聚氨酯制备过程中参与反应，起着骨架连接、树脂增强的作用。
14.所述的蔗糖脂肪酸酯为单脂肪酸酯、双脂肪酸酯和三脂肪酸中的一种或者几种，起着乳化及与纳米纤维素反应生成憎水憎油组分的作用。
15.所述水性聚氨酯乳液胶乳的制备方法如下：
16.1)慈竹纳米纤维素/蔗糖脂肪酸酯混合液配制：将计量的慈竹纳米纤维素和蔗糖脂肪酸酯混合，在1500r/min左右速度下搅拌半小时。
17.2)将二元醇与二异氰酸酯按照比例加入到带有搅拌和回流装置的反应釜中，在高纯氮气的保护下，进行预聚反应，反应温度为45-55℃，反应时间为0.3-0.5h，制得聚氨酯预聚体。
18.3)将预聚体升温至70-80℃，分别向预聚体中滴加扩链剂和慈竹纳米纤维素/蔗糖脂肪酸酯混合液，扩链剂滴加时长10-20min，扩链反应时长0.5-1.5h，纳米纤维素滴加时长为20-30min，搅拌速度为50-100r/min。然后降温至40-60℃，添加亲水剂，30min内加完，该步反应时长0.5-1.5h。
19.4)冷却至室温，加入冰醋酸进行中和，同时用适量丙酮降粘，粘度合适后加水并高速剪切，剪切速度为3000-5000r/min，蒸发脱除丙酮即可制得水性聚氨酯乳液。
20.5)一种耐水砂纸用乳胶，按质量分数计，组分包括：
21.水性聚氨酯乳液：30-50份
22.固化剂：0.1-0.5份
23.脱模剂：1-3份
24.水：100份。
25.按照配方比例，水性聚氨酯乳液、固化剂、脱模剂同时加入到容器里，200r/min搅拌10min，静置，即得到耐水砂纸用乳胶。乳胶的固含为25-30％，粒径50-100nm，黏度30-80cp，分子量500-1500。
26.采用上述乳胶对原纸进行浸渍(1-2min)-低温干燥至表干(40-60℃)-浸渍(2-3min)-干燥(90-110℃)-热压(120-140℃，2-6mpa压力下压0.5-2min)，得到耐水砂纸基纸；依照行业标准jb/t 7499-2006、qb/t1312-2018测试乳胶型耐水砂纸基纸的相关物理性能。
27.本发明具有以下优点：
28.1)在制备水性聚氨酯乳液时，选定特定的反应条件：如特定的搅拌速度和较短的反应时长使获得的聚氨酯乳液粒径较小、分子量较小、黏度适中，使得所制乳胶成分能较好地渗透进入纸张内部，使耐水砂纸的浸渍处理更充分、深入。
29.2)在扩链反应阶段引入慈竹纳米纤维素，其能参与聚氨酯的生成反应，因慈竹纤维尺寸较大、物理强度比一般木材和竹材的纤维大，最终得到的原纸浸渍用乳胶胶膜的抗张、耐折性能优异，耐水砂纸基纸也有相应的性能。
30.3)在慈竹纳米纤维素中加入蔗糖脂肪酸酯，既能使聚氨酯在高速剪切分散的能更好的分散在溶剂水中，在一定的浓度范围内，蔗糖脂肪酸酯可使纳米纤维素改性聚氨酯材料表现出更优良的憎水憎油性，且在一定程度上提高乳胶的湿抗张强度。二者与聚氨酯的协同反应带来的协同作用有利于大幅提高耐水砂纸原纸的耐折度和抗张强度。
31.4)采用上述乳胶对耐水砂纸原纸进行浸渍-低温干燥至表干-浸渍-干燥)-热压处理，耐水砂纸原纸的上胶量更大，乳胶在纸张内部、表面均成固态分布，这从里到外改善了原纸的性能，包括抗张强度、耐折性能、憎水憎油性能。
具体实施方式
32.实施例1
33.1)慈竹纳米纤维素/蔗糖脂肪酸酯混合液配制：将2重量份慈竹纳米纤维素和1重量份单脂肪酸酯混合，在1500r/min左右速度下搅拌半小时。
34.2)将聚乙二醇(分子量200)与异佛尔酮二异氰酸酯按照摩尔比0.8加入到带有搅拌和回流装置的反应釜中，在高纯氮气的保护下，进行预聚反应，反应温度为45℃，反应时间为0.3h，制得聚氨酯预聚体。
35.3)将预聚体升温至70℃，向预聚体中滴加1，4-丁二醇，滴加时长10min，慈竹纳米纤维素/单脂肪酸酯混合液滴加时长为20min，扩链反应时长1.5h，搅拌速度为50r/min。然后降温至40℃，添加亲水剂，30min内加完，该步反应时长0.5h。
36.4)冷却至室温，加入冰醋酸进行中和，同时用适量丙酮降粘，粘度合适后加水并高速剪切，剪切速度为3000r/min，蒸发脱除丙酮即可制得水性聚氨酯乳液。
37.5)一种耐水砂纸用乳胶，按质量分数计，组分包括：
38.水性聚氨酯乳液：30份
39.固化剂：0.1份
40.脱模剂：1份
41.水：100份。
42.按照配方比例，水性聚氨酯乳液、固化剂、脱模剂同时加入到容器里，200r/min搅拌10min，静置，即得到耐水砂纸用乳胶。采用上述乳胶对原纸进行浸渍(1min)-低温干燥至表干(40℃)-浸渍(2min)-干燥(90℃)-热压(120℃，6mpa压力下压0.5min)，得到耐水砂纸基纸；依照行业标准jb/t 7499-2006、qb/t 1312-2018测试乳胶型耐水砂纸基纸的相关物理性能。
43.实施例2
44.1)慈竹纳米纤维素/蔗糖脂肪酸酯混合液配制：将8重量份慈竹纳米纤维素和5重量份双脂肪酸酯混合，在1500r/min左右速度下搅拌半小时。
45.2)将聚酯二元醇cma-1024与异佛尔酮二异氰酸酯按照摩尔比1.5加入到带有搅拌和回流装置的反应釜中，在高纯氮气的保护下，进行预聚反应，反应温度为55℃，反应时间为0.5h，制得聚氨酯预聚体。
46.3)将预聚体升温至80℃，向预聚体中滴加乙二醇，滴加时长10min，慈竹纳米纤维素/双脂肪酸酯混合液滴加时长为30min，扩链反应时长0.5h，搅拌速度为100r/min。然后降温至60℃，添加亲水剂，30min内加完，该步反应时长1.5h。
47.4)冷却至室温，加入冰醋酸进行中和，同时用适量丙酮降粘，粘度合适后加水并高速剪切，剪切速度为5000r/min，蒸发脱除丙酮即可制得水性聚氨酯乳液。
48.5)一种耐水砂纸用乳胶，按质量分数计，组分包括：
49.水性聚氨酯乳液：50份
50.固化剂：0.5份
51.脱模剂：3份
52.水：100份。
53.按照配方比例，水性聚氨酯乳液、固化剂、脱模剂同时加入到容器里，200r/min搅拌10min，静置，即得到耐水砂纸用乳胶。采用上述乳胶对原纸进行浸渍(2min)-低温干燥至表干(60℃)-浸渍(3min)-干燥(110℃)-热压(140℃，6mpa压力下压0.5min)，得到耐水砂纸基纸；依照行业标准jb/t 7499-2006、qb/t 1312-2018测试乳胶型耐水砂纸基纸的相关物理性能。
54.实施例3
55.1)慈竹纳米纤维素/蔗糖脂肪酸酯混合液配制：将5重量份慈竹纳米纤维素和3重量份三脂肪酸酯混合，在1500r/min左右速度下搅拌半小时。
56.2)将聚酯二元醇cma-1024、聚乙二醇(二者摩尔比1：1)与六亚甲基二异氰酸酯按照摩尔比1.3加入到带有搅拌和回流装置的反应釜中，在高纯氮气的保护下，进行预聚反应，反应温度为50℃，反应时间为0.7h，制得聚氨酯预聚体。
57.3)将预聚体升温至75℃，向预聚体中滴加丙二醇，滴加时长15min，慈竹纳米纤维素/三脂肪酸酯混合液滴加时长为25min，扩链反应时长0.8h，搅拌速度为80r/min。然后降温至50℃，添加亲水剂，30min内加完，该步反应时长1h。
58.4)冷却至室温，加入冰醋酸进行中和，同时用适量丙酮降粘，粘度合适后加水并高速剪切，剪切速度为4000r/min，蒸发脱除丙酮即可制得水性聚氨酯乳液。
59.5)一种耐水砂纸用乳胶，按质量分数计，组分包括：
60.水性聚氨酯乳液：40份
61.固化剂：0.3份
62.脱模剂：2份
63.水：100份。
64.按照配方比例，水性聚氨酯乳液、固化剂、脱模剂同时加入到容器里，200r/min搅拌10min，静置，即得到耐水砂纸用乳胶。采用上述乳胶对原纸进行浸渍(90s)-低温干燥至表干(50℃)-浸渍(2.5min)-干燥(100℃)-热压(130℃，4mpa压力下压1min)，得到耐水砂纸基纸；；依照行业标准jb/t 7499-2006、qb/t 1312-2018测试乳胶型耐水砂纸基纸的相关物理性能。
65.对比例1
66.与实施例1的技术方案的区别在于不添加慈竹纳米纤维素和蔗糖脂肪酸酯。
67.对比例2
68.与实施例1的技术方案的区别在于用添加普通纳米纤维素2重量份和1重量份的蔗糖脂肪酸酯。
69.对比例3
70.与实施例1的技术方案的区别在于添加慈竹纳米纤维素3重量份，不添加蔗糖脂肪酸酯。
71.对比里例4
72.与实施例1的技术方案的区别在于添加蔗糖脂肪酸酯3重量份，不添加慈竹纳米纤维素。
73.性能测试
74.表1乳胶性能
[0075] 粘胶剂a对比例1对比例2对比例3对比例4实施例1粒径/nm5007080708060固含/wt％303032302830黏度/cp10016060508070平均分子量3000010009001000900800
[0076]
a.cn102191725b
[0077]
与已公布的耐水砂纸原纸乳胶相比，在相近的固含条件下，本发明制备的浸渍乳胶粒径更小，分子量更小，这有利于乳胶粒子在纸张内部的渗透。
[0078]
表2耐水砂纸原纸物理性能对比
[0079][0080]
a.cn102191725b 测试参照标准：jb/t 7499-2006、、qb/t 1312-2018
[0081]
本发明采用慈竹纳米纤维素与蔗糖脂肪酸酯协同改性聚氨酯乳胶，经此乳胶两次浸渍处理的砂纸原纸，与已公布的乳胶处理原纸相比，纸张的干/湿抗张强度、撕裂度和耐折度、憎液性均更好，且均满足相关国家标准优等品的要求。对原纸进行两次浸渍并热压所得砂纸基材的性能更为优异，更适合后续砂纸加工。