一种水性聚氨酯聚脲纸张表面施胶剂的制备方法技术领域
本发明属于造纸化学品领域，特别涉及一种水性聚氨酯聚脲表面施胶剂的
制备方法。
背景技术
纸张表面施胶剂是一类在涂饰于纸板表面，提高纸张物理强度的化学助剂。
其作用机理通过施胶后，在纸张表面形成一层连续薄膜，薄膜的形成可有效提
高纸张物理强度，改善纸张印刷适应性及纸张的防水防油性能。目前纸张施胶
剂主要包括淀粉及改性淀粉、聚乙烯醇(PVA)、羧甲基纤维素(CMC)、水性聚
丙烯酸酯乳液(WPA)、水性聚氨酯乳液(WPU)等。水性聚氨酯聚脲乳液作为聚
氨酯类乳液中的一种，由于其特有的脲键结构，相对于普通聚氨酯，水性聚氨
酯聚脲分子链段上带有的氨基甲酸酯基团和脲键
结构，所以水性聚氨酯聚脲具有涂膜性能优异、链段极性大，与基材附着力强，
且防水性能优异。
水性聚氨酯聚脲乳液以水作为分散介质，具有使用安全、无毒、环境友好、
加工工艺简单，同时相对于其他类型施胶剂，水性聚氨酯聚脲乳液具有成膜性
能良好，涂膜坚而韧，吸水率低，与天然纤维的附着力强，因此在作为纸张表
面施胶剂方面具有优良的应用前景和实用价值。
发明内容
本发明的目的在于：制备一种水性聚氨酯聚脲表面施胶剂，该施胶剂本身
机械稳定性和储存稳定性优良，乳液胶粒均匀，胶膜机械性能优良，耐水性好，
可有效提高纸张耐折度，表面强度及耐机洗强度。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种水性聚氨酯聚脲纸张表面施胶剂的制备方法，其特征在于：包括以下
步骤：
(1)首先将二元醇低聚物置于连有真空装置的干燥烧瓶中，在115～125
℃、真空度0.45～0.55MPa的条件下去水2～3h，倒出并置于干燥器内备用；
(2)将经过上述步骤干燥后的二元醇低聚物置于通有冷凝装置的干燥反应
器内，并将反应器加热到80～90℃，然后将二异氰酸酯和催化剂二月桂酸二丁
基锡加入到反应器中，二元醇低聚物与二异氰酸酯的摩尔比为0.2～0.5:1，催
化剂二月桂酸二丁基锡占总反应物的摩尔分数为0.3～0.8‰，在80～90℃反应
2～3小时，得到聚氨酯预聚体A；
(3)将亲水扩链剂、N-甲基吡咯烷酮和丙酮加入到聚氨酯预聚体A中，在
80～90℃反应1.5～2小时，得到聚氨酯预聚体B；
(4)将内扩链剂加入到聚氨酯预聚体B中，在80～90℃反应1～3小时，
得到聚氨酯预聚体C；
(5)降温至30±2℃，然后加入丙酮，在聚氨酯预聚体C中加入三乙胺中
和反应0.5小时，继续降温至3～5℃，在2500～3250转/min的高速搅拌下加
入温度0～5℃的去离子水，得到半透明乳液；
(6)将浓度为20％的胺类扩链剂水溶液加入到半透明乳液中，并升温至35～
45℃，搅拌反应1小时后出料；
(7)将出料的乳液置于旋转蒸发仪中，在0.04～0.06MPa、30～38℃的条
件下，真空抽滤2小时，得到水性聚氨酯聚脲特种纸张表面施胶剂。
本发明所述的水性聚氨酯聚脲纸张表面施胶剂的制备方法，其在上述步骤
(3)中，亲水扩链剂与二异氰酸酯的摩尔比为1:2～5，N-甲基吡咯烷酮与亲水
扩链剂的摩尔比为1:2～5，丙酮与二异氰酸酯的摩尔比为1～1.5:1。
本发明所述的水性聚氨酯聚脲纸张表面施胶剂的制备方法，其在上述步骤
(4)中，内扩链剂与二异氰酸酯的摩尔比为1:5～10。
本发明所述的水性聚氨酯聚脲纸张表面施胶剂的制备方法，其在上述步骤
(5)中，丙酮与二异氰酸酯的摩尔比为0.8～1:1；三乙胺与亲水扩链剂的摩尔
比为1～1.5:1。
本发明所述的水性聚氨酯聚脲纸张表面施胶剂的制备方法，其在上述步骤
(6)中，胺类扩链剂与二异氰酸酯的摩尔比为1:4～10。
本发明所述的水性聚氨酯聚脲纸张表面施胶剂的制备方法，其所述二元醇
低聚物为聚己内酯二元醇、聚碳酸酯二元醇、聚四氢呋喃二元醇、蓖麻油中的
两种及两种以上混合物。
本发明所述的水性聚氨酯聚脲纸张表面施胶剂的制备方法，其所述二异氰
酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯的混合物，其两者的摩尔比为3～
9:1。
本发明所述的水性聚氨酯聚脲纸张表面施胶剂的制备方法，其所述亲水扩
链剂为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸中的一种；所述内扩链剂为1,4-丁二醇、
1,6-己二醇和二甘醇中的一种。
本发明所述的水性聚氨酯聚脲纸张表面施胶剂的制备方法，其所述胺类扩
链剂为二乙烯三胺、乙二胺和异佛尔酮二胺中的一种。
本发明采用逐步聚合法，以多元醇低聚物、异氰酸酯单体、亲水扩链剂、
内交联剂和氨基扩链剂为共聚单体，以丙酮作为溶剂，N-甲基吡咯烷酮为亲水
扩链剂溶剂进行聚氨酯聚合，经降温、三乙胺中和、水分散得透明水性聚氨酯
聚脲乳液。本发明制得的水性聚氨酯聚脲乳液具有粒径小、颗粒均匀、乳液稳
定且胶膜力学性能优良等特点。本发明制得的水性聚氨酯聚脲乳液作为纸张表
面施胶剂，不仅可以有效提高纸张表面强度和耐折度，而且还可提高纸张表面
防水性能。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，
对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以
解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
1)首先将聚己内酯二元醇和聚碳酸酯二元醇的混合物置于连有真空装置的
干燥烧瓶中，在115℃、真空度0.5MPa的条件下去水2h，倒出并置于干燥器内
备用。
2)将干燥后的聚己内酯二元醇和聚碳酸酯二元醇按摩尔比为1:1取0.5mol
置于通有冷凝装置的干燥反应器内，并将反应器加热到80～90℃，然后加入1mol
的异佛尔酮二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯混合物，并加入总反应物摩尔分数为
0.3‰二月桂酸二丁基锡，其中异佛尔酮二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯的摩尔比
为3:1，反应2小时后，得到聚氨酯预聚体A。
3)在聚氨酯预聚体A中加入0.2mol的二羟甲基丁酸，0.05mol的N-甲基
吡咯烷酮和1mol的丙酮，在80～90℃反应1.5小时，得到聚氨酯预聚体B。
4)然后向聚氨酯预聚体B中加入0.1mol的1,4-丁二醇，在80～90℃反应
1.5小时得到聚氨酯预聚体C。
5)降温至30℃，加入0.8mol丙酮，混合均匀后加入0.2mol的三乙胺中和
反应0.5小时，继续降温至5℃，在3000转/min的高速搅拌下加入温度0℃的
去离子水，得到半透明乳液。
6)在半透明乳液中加入0.2mol的异佛尔酮二胺，升温至35℃，搅拌反应1
小时后出料。
7)将出料的乳液置于旋转蒸发仪中，在0.05MPa，35℃的条件下，真空抽
滤2小时，得到水性聚氨酯聚脲特种纸张表面施胶剂。
实施例2：
1)首先将聚己内酯二元醇、聚碳酸酯二元醇和蓖麻油的混合物置于连有真
空装置的干燥烧瓶中，在120℃、真空度0.5MPa的条件下去水2.5h，倒出并置
于干燥器内备用。
2)将干燥后的聚己内酯二元醇、聚碳酸酯二元醇和蓖麻油按摩尔比为2:2:1
取0.45mol置于通有冷凝装置的干燥反应器内，并将反应器加热到80～90℃，
然后加入1mol的异佛尔酮二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯混合物，并加入总反应
物摩尔分数为0.4‰二月桂酸二丁基锡，其中异佛尔酮二异氰酸酯和甲苯二异氰
酸酯的摩尔比为5:1，反应2小时后，得到聚氨酯预聚体A。
3)在聚氨酯预聚体A中加入0.3mol的二羟甲基丁酸，0.1mol的N-甲基吡
咯烷酮和1.5mol的丙酮，在80～90℃反应1.5小时，得到聚氨酯预聚体B。
4)然后向聚氨酯预聚体B中加入0.1mol的1,6-己二醇，在80～90℃反应
1.5小时得到预聚体C。
5)降温至30℃，加入1mol丙酮，混合均匀后加入0.36mol的三乙胺中和
反应0.5小时，继续降温至5℃，在3000转/min的高速搅拌下加入温度0℃的
去离子水，得到半透明乳液。
6)在半透明乳液中加入0.15mol的二乙烯三胺，并升温至35℃，搅拌反应
1小时后出料。
7)将出料的乳液置于旋转蒸发仪中，在0.05MPa，35℃的条件下，真空抽
滤2小时，得到水性聚氨酯聚脲特种纸张表面施胶剂。
实施例3：
1)首先将聚己内酯二元醇和聚四氢呋喃二元醇的混合物置于连有真空装置
的干燥烧瓶中，在125℃、真空度0.45MPa的条件下去水3h，倒出并置于干燥
器内备用。
2)将干燥后的聚己内酯二元醇和聚四氢呋喃二元醇按摩尔比为5:1取
0.2mol置于通有冷凝装置的干燥反应器内，并将反应器加热到80～90℃，然后
加入1mol的异佛尔酮二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯混合物，并加入总反应物摩
尔分数为0.6‰二月桂酸二丁基锡，其中异佛尔酮二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯
的摩尔比为9:1，反应2小时后，得到聚氨酯预聚体A。
3)在聚氨酯预聚体A中加入0.4mol的二羟甲基丁酸，0.2mol的N-甲基吡
咯烷酮和1.3mol的丙酮，在80～90℃反应1.5小时，得到聚氨酯预聚体B。
4)然后加入0.2mol的1,6-己二醇，在80～90℃反应1.5小时得到预聚体
C。
5)降温至30℃，加入0.9mol丙酮，混合均匀后加入0.4mol的三乙胺中和
反应0.5小时，继续降温至5℃，在3000转/min的高速搅拌下加入温度0℃的
去离子水，得到半透明乳液。
6)在半透明乳液中加入0.2mol的异佛尔酮二胺，并升温至35℃，搅拌反
应1小时后出料。
7)将出料的乳液置于旋转蒸发仪中，在0.05MPa，35℃的条件下，真空抽
滤2小时，得到水性聚氨酯聚脲特种纸张表面施胶剂。
实施例4：
1)首先将聚碳酸酯二元醇和聚四氢呋喃二元醇的混合物置于连有真空装置
的干燥烧瓶中，在115℃、真空度0.55MPa的条件下去水2.5h，倒出并置于干
燥器内备用。
2)将干燥后的聚碳酸酯二元醇和聚四氢呋喃二元醇按摩尔比为4:1取
0.35mol置于通有冷凝装置的干燥反应器内，并将反应器加热到80～90℃，然
后加入1mol的异佛尔酮二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯混合物，并加入总反应物
摩尔分数为0.8‰二月桂酸二丁基锡，其中异佛尔酮二异氰酸酯和甲苯二异氰酸
酯的摩尔比为7:1，反应2小时后，得到聚氨酯预聚体A。
3)在聚氨酯预聚体A中加入0.3mol的二羟甲基丁酸，0.1mol的N-甲基吡
咯烷酮和1mol的丙酮，在80～90℃反应1.5小时，得到聚氨酯预聚体B。
4)然后加入0.1mol的1,6-己二醇，在80～90℃反应1.5小时得到预聚体
C。
5)降温至30℃，加入1mol丙酮，混合均匀后加入0.36mol的三乙胺中和
反应0.5小时，继续降温至5℃，在3000转/min的高速搅拌下加入温度0℃的
去离子水，得到半透明乳液。
6)在半透明乳液中加入0.25mol的二乙烯三胺，升温至35℃，搅拌反应1
小时后出料。
7)将出料的乳液置于旋转蒸发仪中，在0.05MPa，35℃的条件下，真空抽
滤2小时，得到水性聚氨酯聚脲特种纸张表面施胶剂。
实施例5：
1)首先将聚己内酯二元醇、聚碳酸酯二元醇和聚四氢呋喃二元醇的混合物
置于连有真空装置的干燥烧瓶中，在125℃、真空度0.5MPa的条件下去水2.5h，
倒出并置于干燥器内备用。
2)将干燥后的聚己内酯二元醇、聚碳酸酯二元醇和聚四氢呋喃二元醇按摩
尔比为3:2:2取0.3mol置于通有冷凝装置的干燥反应器内，并将反应器加热到
80～90℃，然后加入1mol的异佛尔酮二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯混合物，并
加入总反应物摩尔分数为0.6‰二月桂酸二丁基锡，其中异佛尔酮二异氰酸酯和
甲苯二异氰酸酯的摩尔比为6:1，反应2小时后，得到聚氨酯预聚体A。
3)在聚氨酯预聚体A中加入0.3mol的二羟甲基丁酸，0.15mol的N-甲基
吡咯烷酮和1.4mol的丙酮，在80～90℃反应1.5小时，得到聚氨酯预聚体B。
4)然后加入0.1mol的1,6-己二醇，在80～90℃反应1.5小时得到预聚体
C。
5)降温至30℃，加入0.8mol丙酮，混合均匀后加入0.45mol的三乙胺中
和反应0.5小时，继续降温至5℃，在3000转/min的高速搅拌下加入温度0℃
的去离子水，得到半透明乳液。
6)在半透明乳液中加入0.2mol的二乙烯三胺，升温至35℃，搅拌反应1
小时后出料。
7)将出料的乳液置于旋转蒸发仪中，在0.05MPa，35℃的条件下，真空抽
滤2小时，得到水性聚氨酯聚脲特种纸张表面施胶剂。
实施例6：
1)首先将聚碳酸酯二元醇和蓖麻油的混合物置于连有真空装置的干燥烧瓶
中，在120℃、真空度0.5MPa的条件下去水3h，倒出并置于干燥器内备用。
2)将干燥后的聚碳酸酯二元醇和蓖麻油按摩尔比为6:1取0.4mol置于通
有冷凝装置的干燥反应器内，并将反应器加热到80～90℃，然后加入1mol的异
佛尔酮二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯混合物，并加入总反应物摩尔分数为0.5
‰二月桂酸二丁基锡，其中异佛尔酮二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯的摩尔比为
5:1，反应2小时后，得到聚氨酯预聚体A。
3)在聚氨酯预聚体A中加入0.35mol的二羟甲基丁酸，0.15mol的N-甲基
吡咯烷酮和1.4mol的丙酮，在80～90℃反应1.5小时，得到聚氨酯预聚体B。
4)然后加入0.1mol的1,6-己二醇，在80～90℃反应1.5小时得到预聚体
C。
5)降温至30℃，加入1mol丙酮，混合均匀后加入0.35mol的三乙胺中和
反应0.5小时，继续降温至5℃，在3000转/min的高速搅拌下加入温度0℃的
去离子水，得到半透明乳液。
6)在半透明乳液中加入0.15mol的二乙烯三胺，升温至35℃，搅拌反应1
小时后出料。
7)将出料的乳液置于旋转蒸发仪中，在0.05MPa，35℃的条件下，真空抽
滤2小时，得到水性聚氨酯聚脲特种纸张表面施胶剂。
实施例7：
1)首先将聚己内酯二元醇、聚四氢呋喃二元醇和蓖麻油的混合物置于连有
真空装置的干燥烧瓶中，在125℃、真空度0.45MPa的条件下去水3h，倒出并
置于干燥器内备用。
2)将干燥后的聚己内酯二元醇、聚四氢呋喃二元醇和蓖麻油按摩尔比为
5:2:1取0.45mol置于通有冷凝装置的干燥反应器内，并将反应器加热到80～90
℃，然后加入1mol的异佛尔酮二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯混合物，并加入总
反应物摩尔分数为0.5‰二月桂酸二丁基锡，其中异佛尔酮二异氰酸酯和甲苯二
异氰酸酯的摩尔比为4:1，反应2小时后，得到聚氨酯预聚体A。
3)在聚氨酯预聚体A中加入0.3mol的二羟甲基丁酸，0.1mol的N-甲基吡
咯烷酮和1.5mol的丙酮，在80～90℃反应1.5小时，得到聚氨酯预聚体B。
4)然后加入0.1mol的1,6-己二醇，在80～90℃反应1.5小时得到预聚体
C。
5)降温至30℃，加入0.9mol丙酮，混合均匀后加入0.42mol的三乙胺中
和反应0.5小时，继续降温至5℃，在3000转/min的高速搅拌下加入温度0℃
的去离子水，得到半透明乳液。
6)在半透明乳液中加入0.2mol的乙二胺，升温至35℃，搅拌反应1小时
后出料。
7)将出料的乳液置于旋转蒸发仪中，在0.05MPa，35℃的条件下，真空抽
滤2小时，得到水性聚氨酯聚脲特种纸张表面施胶剂。
实施例8：
1)首先将聚碳酸酯二元醇、聚四氢呋喃二元醇和蓖麻油的混合物置于连有
真空装置的干燥烧瓶中，在120℃、真空度0.55MPa的条件下去水2h，倒出并
置于干燥器内备用。
2)将干燥的聚碳酸酯二元醇、聚四氢呋喃二元醇和蓖麻油按摩尔比为5:3:1
取0.4mol置于通有冷凝装置的干燥反应器内，并将反应器加热到80-90℃，然
后加入1mol的异佛尔酮二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯混合物，并加入总反应物
摩尔分数为0.6‰二月桂酸二丁基锡，其中异佛尔酮二异氰酸酯和甲苯二异氰酸
酯的摩尔比为8:1，反应2小时后，得到聚氨酯预聚体A。
3)在聚氨酯预聚体A中加入0.3mol的二羟甲基丁酸，0.15mol的N-甲基
吡咯烷酮和1.4mol的丙酮，在80～90℃反应1.5小时，得到聚氨酯预聚体B。
4)然后加入0.2mol的1,6-己二醇，在80～90℃反应1.5小时得到预聚体
C。
5)降温至30℃，加入1mol丙酮，混合均匀后加入0.33mol的三乙胺中和
反应0.5小时，继续降温至5℃，在3000转/min的高速搅拌下加入温度0℃的
去离子水，得到半透明乳液。
6)在半透明乳液中加入0.1mol的乙二胺，升温至35℃，搅拌反应1小时
后出料。
7)将出料的乳液置于旋转蒸发仪中，在0.05MPa，35℃的条件下，真空抽
滤2小时，得到水性聚氨酯聚脲特种纸张表面施胶剂。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发
明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在发明的
保护范围之内。