相关申请的交叉引用
本申请要求2015年5月18日递交的美国临时申请no.62/162,866的优先权，将其内容引入本文以供参考。
发明背景
1.发明领域
本发明总体涉及处理纸板和纸介质以提高它们的强度和阻隔性能的方法，并涉及相关的经处理的纸板和纸介质。
2.相关技术描述
纸板和其它纸介质通常用于包装和印刷业中以包装和保护许多物品。例如，通常使用纸板箱装载玻璃瓶或罐。这些纸板箱可以包括一系列的模切开口、穿孔或折叠，这取决于它们的所需最终用途。
这些纸板的强度和耐久性主要由纸板的基重限定，基重通常定义为按照每1000平方英尺的纸板计的磅重量。对于手提纸板，其是通常用于生产12或6个套装容器分配器中的纸板，基重通常是21-26点。
在实践中也通常选择性地增强或处理整个纸板或纸板的易于在使用期间失效的选择性部分，这通过将涂料施用到纸板的表面上或用能增加压缩强度、拉伸强度、撕裂强度、挠性、水分或阻隔性能等的特定树脂浸渍多孔纸板进行。
发明概述和优点
本申请涉及提高纸板或纸介质的强度和阻隔性能的方法。
在一个实施方案中，此方法包括以下步骤：提供包含选自以下的至少一种组分的第一组合物：多官能醇，胺，胺衍生物，锡基催化剂，以及它们的组合；提供包含异氰酸酯组分的第二组合物；将第一组合物和第二组合物之一施用到纸板或纸介质的表面上；将第一组合物和第二组合物中的另一种施用到纸板或纸介质的表面上以形成处理组合物。在此实施方案中，异氰酸酯组分是选自亚甲基二苯基二异氰酸酯(mdi)，多亚甲基多苯基异氰酸酯(pmdi)，异氰酸酯封端的预聚物，具有未反应的异氰酸酯基团的碳二酰亚胺聚合物，以及它们的组合。
在另一个实施方案中，此方法包括提供纸板或纸介质；提供封端的聚碳二酰亚胺，其中封端的聚碳二酰亚胺包含具有未反应的异氰酸酯基团的碳二酰亚胺聚合物和选自以下的反应性基团形成的反应产物：单官能异氰酸酯，单官能醇，单官能胺，以及它们的组合；并将封端的聚碳二酰亚胺作为涂料施用到纸板或纸介质的表面上。
本发明还提供根据上述任一种方法形成的经处理的纸板和纸介质。
与具有相同基重的未处理的纸板和纸介质相比，根据上述任一种方法处理的纸板或纸介质(即未漂白的牛皮纸，全木浆漂白硫酸盐纸板或100％再生纸板)能在干和湿实验方法中都达到增加的强度。在某些实施方案中，在平均湿拉伸湿度的检测中，与具有相同基重的未处理的纸板和纸介质相比，这些经处理的纸板和纸介质达到大于80％的改进幅度。所以，与具有较大基重的未处理的的纸板或纸介质相比，本发明允许使用具有较小基重的经处理的纸板或纸介质达到相似和/或改进的强度。另外，与具有相同基重的未处理的纸板和纸介质相比，根据本发明方法处理的纸板或纸介质实现了提高的阻隔性能，例如提高的防水穿透性。
发明详述
本发明提供一种提高纸板或纸介质的强度和阻隔性能的方法。具体而言，本发明提供提高纸板或纸介质的强度和阻隔性能的方法，这通过用设计用于提高纸板或纸介质的强度和阻隔性能的组合物处理纸板或纸介质实现。此组合物包含氨基甲酸酯基团和/或脲基团，因此可以通常考虑此处理组合物可以是聚氨酯组合物和/或聚脲组合物。
本发明的纸板或纸介质包括通常用于包装和印刷业中的那些，用于包装和保护许多物品，例如、但不限于用于包装12或6个套装容器的纸板箱。可以用于本发明中的纸板或纸介质的例子包括未漂白的牛皮纸，全木浆漂白硫酸盐纸板或100％再生纸板。本发明的纸板或纸介质通常通过造纸业中公知的造纸技术从纤维素生产，因此通常包括纤维和或其它结构限定的纸板或纸介质。另外，纸板或纸介质是多孔的，并在这些孔中存在固有的水分含量，通常是水蒸气的形式，其可以经由氢键作用附着于纤维或结构上。
在某些实施方案中，用于本发明中的纸板或纸介质的基重是12-34点，例如14-26点。基重的范围可以取决于纸板或纸介质的类型，其中饮料容器纸板具有较低的基重(例如12-14点)，瓦楞纸板具有较高的基重(例如30-32点)。在这里，基重定义为按照每1000平方英尺的相应纸板或纸介质计的磅重量(单位是“点”)。因此，例如，基重为14点的纸板具有对于1000平方英尺样品的重量是约14磅，而26点纸板具有对于相同厚度的1000平方英尺样品的重量是26磅。用于本发明中的纸板或纸介质的例子包括、但不限于12、18和22点的未漂白牛皮纸；18点的涂布再生纸板；12和14点的sbs纸板；14点的未涂布再生纸板；和34点的衬板。
在本发明的第一种方法中，经处理的纸板或纸介质是通过在纸板或纸介质的表面上顺序施用两种不同的组合物(第一组合物和第二组合物)形成的(即，将第一组合物施用到纸板或纸介质的表面上，然后将第二组合物施用到纸板或纸介质的表面上，使得所施用的第一组合物与所施用的第二组合物反应)，从而形成经处理的纸板或纸介质。第一组合物与第二组合物在纸板或纸介质上反应形成处理组合物(即，固化的组合物，其可以包含氨基甲酸酯和/或脲和/或碳二酰亚胺基团)，从而形成经处理的纸板或纸介质。
更具体而言，在第一个实施方案中，第一种方法包括以下步骤：提供包含选自以下的至少一种组分的第一组合物：多官能醇，胺，胺衍生物，锡基催化剂，以及它们的组合；提供包含异氰酸酯组分的第二组合物；将第一组合物和第二组合物之一施用到纸板或纸介质的表面上；将第一组合物和第二组合物中的另一种施用到纸板或纸介质的表面上以形成处理组合物，例如施用到已被施用于纸板或纸介质表面上的第一组合物和第二组合物之一上。
这里使用的术语“施用”表示任何公知的常规纸板涂布技术，例如使用压延棒或棍、手工打样、喷涂等，从而在表面上形成涂层。术语“施用”也包括使用特定的纸涂层生产设备，例如柔版印刷机、胶版印刷机、凹版印刷机等。在施用第一或第二组合物之前，纸板或纸介质可以进行清洁或其它准备操作以除去松散的纤维或碎片。
在其中压延棒用于施用的应用中，所施用的第一和第二组合物涂料(按照任何顺序施用)在其施用期间或之后被压在其表面内并压入纸板和/或纸介质中(即，所施用的异氰酸酯封端的预聚物涂料或所施用的具有未反应的异氰酸酯基团的聚碳二酰亚胺涂料渗入或浸渍纸板或纸介质)，并由此基本上涂布纸板或纸介质的纤维或结构。
第一组合物中的至少一种组分包括各自能与来自第二组合物的异氰酸酯组分中的未反应的异氰酸酯基团(如下所述)反应的化合物，以形成具有氨基甲酸酯和/或脲基团和/或碳二酰亚胺基团的聚合物(即聚氨酯和/或聚脲和/或聚碳二酰亚胺)。
第一组合物中的至少一种组分可以是多官能醇，胺，胺衍生物，锡基催化剂，和其任何组合。因此例如在某些实施方案中，第一组合物中的至少一种组分可以包括多官能醇、胺、胺衍生物和锡基催化剂中的任何两种或三种或全部。
作为第一组合物中的至少一种组分之一，合适的多官能醇、胺和胺衍生物包括具有两个或更多个活泼氢物质的那些。合适的多官能醇、胺和胺衍生物包括、但不限于双丙甘醇、甘油、三乙醇胺、乙二胺、六亚甲基二胺等。
作为第一组合物中的至少一种组分之一，合适的锡基催化剂包括、但不限于羧酸锡催化剂，锡硫醇盐催化剂，硫代乙醇酸锡催化剂，和其任何组合。更具体而言，锡基催化剂的例子包括二新癸酸二甲基锡，二新癸酸二辛基锡，和硫醇二丁基锡。
另外，在其中第一组合物中的至少一种组分包括锡基催化剂的实施方案中，第一组合物也可以包括低分子量扩链剂和交联剂。低分子量扩链剂和交联剂包括某些上述多官能醇、胺和胺衍生物，并包括、但不限于双丙甘醇、甘油、三乙醇胺、乙二胺、六亚甲基二胺等。
在某些实施方案中，除了至少一种组分之外，第一组合物也包含水，因此第一组合物是包含水和至少一种组分的溶液。在这种包含水的第一种方法的实施方案中，在第一组合物中，至少一种组分在水中的浓度是大于10％至小于100％，基于水和至少一种组分的总重量计，例如至少一种组分在水中的浓度是50％至小于100％，基于水和至少一种组分的总重量计。
如上所述，第二组合物包含异氰酸酯组分。第二组合物的异氰酸酯组分通常具有约1.5-3.0的平均官能度，更通常是约2.0-2.8，再更通常是约2.7。异氰酸酯组分也通常具有约30-33重量％的nco含量，更通常是约30.5-32.5重量％，再更通常是约31.5重量％。
用于第二组合物的合适的异氰酸酯组分包括、但不限于亚甲基二苯基二异氰酸酯(mdi)，多亚甲基多苯基异氰酸酯(pmdi)，异氰酸酯封端的预聚物，具有未反应的异氰酸酯基团的碳二酰亚胺聚合物(即自由(侧挂)的nco基团)，以及它们的组合。
当存在于第二组合物的异氰酸酯组分中时，异氰酸酯封端的预聚物通常是异氰酸酯和含活泼氢的物质的反应产物，并且是通过各种本领域技术人员公知的方法形成的，或可以从生产者、供应者等商购。
在某些实施方案中，在第二组合物的异氰酸酯封端的预聚物中，含活泼氢的物质是多元醇或多胺。
在其它实施方案中，含活泼氢的物质具有76-5,500g/mol的重均分子量(mw)，这是通过凝胶渗透色谱法(gpc)或核磁共振法(nmr)检测的，其中使用基于单分散聚苯乙烯标准的校准曲线预先校准。在本发明中，所有重均分子量都是通过凝胶渗透色谱法(gpc)或核磁共振法(nmr)检测的，其中使用基于单分散聚苯乙烯标准的校准曲线预先校准。
关于在第一种方法中用于形成异氰酸酯封端预聚物的异氰酸酯，异氰酸酯可以包含一个或多个异氰酸酯(nco)官能团，通常包含至少两个nco官能团。为了在本发明中用于形成异氰酸酯封端的预聚物，合适的异氰酸酯包括、但不限于常规的脂族、脂环族、芳基和芳族的异氰酸酯。
在某些实施方案中，第二组合物的异氰酸酯封端预聚物中的异氰酸酯是选自亚甲基二苯基二异氰酸酯(有时也称为二苯基甲烷二异氰酸酯、mdi或单体mdi)，多亚甲基多苯基二异氰酸酯(有时也称为聚合二苯基甲烷二异氰酸酯，聚合mdi或pmdi)，以及它们的组合。mdi作为三种异构体存在(2,2′-mdi、2,4′-mdi和4,4′-mdi)，但是最广泛使用的是4,4′异构体(有时称为纯mdi)。在本发明中，除非另有说明，术语“mdi”表示所有三种异构体。在这些实施方案中，mdi和pmdi比甲苯二异氰酸酯(tdi)更有利，这是因为它们的反应性较低，这进一步允许异氰酸酯封端的预聚物在施用之后和在显著固化之前穿透/浸渍入纸板或纸介质中。另外，与使用tdi相比，mdi或pmdi允许形成更柔性的经处理的纸板，这是因为在这些结构中所含的亚甲基桥。另外，mdi和pmdi具有比tdi更低的蒸汽压，这允许在施用之前和期间的更安全的处理。
如果使用的话，在第二组合物中用作活泼氢物质的多元醇包含一个或多个羟基(oh)官能团，通常包含至少两个oh官能团。多元醇可以是本领域中公知的任何类型的多元醇。多元醇可以是未乙氧基化的或乙氧基化的多元醇，或是短链低分子量的多元醇，其具有一个或多个oh官能团。多元醇通常选自乙二醇、二甘醇、丙二醇、双丙甘醇、丁二醇、甘油、三羟甲基丙烷、三乙醇胺、季戊四醇、山梨醇，以及它们的组合。在本发明中适用的其它多元醇在下文中作为额外的任选组分、补充多元醇描述。
多元醇可以按照相对于在异氰酸酯封端预聚物中的异氰酸酯计的各种量使用，只要在反应前存在相对于oh官能团计过量的nco官能团即可，从而使得异氰酸酯封端的预聚物在形成后包含侧挂(自由)的nco官能团以进行随后反应。异氰酸酯封端的预聚物通常具有大于0至约48重量％的nco含量，例如18-28重量％，例如20-25重量％。当在异氰酸酯封端的预聚物中的自由nco含量未得到满足时(即约0％)，经处理的纸板的强度依赖于所施用的聚合物，而不是其与在纸板或纸介质的纤维素中的水分或自由羟基的反应以在施用后形成网络的能力。nco含量可以作为与1当量的n-二丁基胺合并的异氰酸酯的量测定，单位是重量％。
对于在第一种方法的第二组合物中的异氰酸酯封端的预聚物，特别合适的多元醇包括聚醚多元醇和/或聚酯多元醇。
对于在第一种方法的第二组合物中的异氰酸酯预聚物，合适的聚醚多元醇包括但不限于通过环状氧化物例如氧化乙烯(eo)、氧化丙烯(po)、氧化丁烯(bo)或四氢呋喃在多官能起始剂存在下聚合得到的产物。合适的起始剂化合物包含多个活泼氢原子，并包括水、丁二醇、乙二醇、丙二醇(pg)、二甘醇、三甘醇、双丙甘醇、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、甲苯二胺、二乙基甲苯二胺、苯基二胺、二苯基甲烷二胺、乙二胺、环己烷二胺、环己烷二甲醇、间苯二酚、双酚a、甘油、三羟甲基丙烷、1,2,6-己三醇、季戊四醇以及它们的组合。
其它合适的聚醚多元醇包括聚醚二醇和三醇，例如聚氧亚丙基二醇和三醇，以及通过向双官能或三官能起始剂同时或顺序添加氧化丙烯和氧化乙烯得到的聚(氧亚乙基-氧亚丙基)二醇和三醇。也可以使用具有氧亚乙基含量为约5-90重量％的共聚物，基于多元醇组分的重量计，其中多元醇可以是嵌段共聚物、无规/嵌段共聚物或无规共聚物。其它合适的聚醚多元醇包括通过四氢呋喃聚合得到的聚四亚甲基醚二醇。
用于第一种方法的异氰酸酯封端预聚物中的特别合适的聚醚多元醇包括基于完全混杂(或无规)eo、po结构的那些，或具有eo和po的混杂、但均匀嵌段的那些，例如含有eo的嵌段和含有po的嵌段。作为另一个合适的例子，用于第一种方法中的聚醚多元醇可以具有eo和po的混杂嵌段和均匀嵌段，例如含有全部eo的嵌段和含有无规eo、po的嵌段。
在某些这些实施方案中，用于第一种方法中的聚醚多元醇具有76-5,500g/mol的重均分子量(mw)，这是通过凝胶渗透色谱法(gpc)或核磁共振法(nmr)检测的，其中使用基于单分散聚苯乙烯标准的校准曲线预先校准。
对于第一种方法中的异氰酸酯封端的预聚物，合适的聚酯多元醇包括多元醇与多羧酸形成的羟基封端反应产物，其中多元醇例如是乙二醇、丙二醇、二甘醇、1,4-丁二醇、新戊二醇、1,6-己二醇、环己烷二甲醇、甘油、三羟甲基丙烷、季戊四醇或聚醚多元醇或者这些多元醇的混合物，多羧酸尤其是二羧酸或其成酯衍生物，例如琥珀酸、戊二酸和己二酸或它们的二甲基酯，癸二酸、邻苯二甲酸酐、四氯邻苯二甲酸酐或对苯二甲酸二甲酯，或其混合物。也可以使用通过内酯例如己内酯与多元醇或羟基羧酸例如羟基己酸聚合得到的聚酯多元醇。合适的聚酯多元醇可以从basfcorporation，florhampark,nj以商品名
在某些这些实施方案中，用于第一种方法的第二组合物中的聚酯多元醇具有76-5,500g/mol的重均分子量(mw)，这是通过凝胶渗透色谱法(gpc)或核磁共振法(nmr)检测的，其中使用基于单分散聚苯乙烯标准的校准曲线预先校准。
如果在第一种方法中用于形成第二组合物的异氰酸酯封端预聚物，则多胺包含一个或多个胺官能团，通常包含至少两个胺官能团。多胺可以是本领域公知的任何类型的多胺。多胺通常选自乙二胺，甲苯二胺，二氨基二苯基甲烷，多亚甲基多亚苯基多胺，氨基醇，以及它们的组合。合适的氨基醇的例子包括乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、以及它们的组合。
在某些这些实施方案中，在第一种方法中用于形成第二组合物中的异氰酸酯预聚物的多胺具有76-5,500g/mol的重均分子量(mw)，例如76-145g/mol，这是通过凝胶渗透色谱法(gpc)或核磁共振法(nmr)检测的，其中使用基于单分散聚苯乙烯标准的校准曲线预先校准。
多胺可以按照相对于异氰酸酯计的各种量使用，只要在反应前存在相对于胺官能团计过量的nco官能团即可，从而使得异氰酸酯封端的预聚物在形成后包含用于随后反应的nco官能团。异氰酸酯封端的预聚物的nco含量如上文所述和示例。
应当理解的是在本发明第一种方法中的第二组合物中，所用的异氰酸酯封端的预聚物可以从两种或更多种上述多元醇(聚酯多元醇,聚醚多元醇以及它们的组合)和/或两种或更多种上述多胺的组合形成(即异氰酸酯封端的预聚物可以包括两种或更多种在化学上不同的含活泼氢的物质)。通常，异氰酸酯封端的预聚物是异氰酸酯和至少一种多元醇的反应产物，使得异氰酸酯封端的预聚物在形成后包含氨基甲酸酯键和nco官能团。
例如，在某些实施方案中，可以使用两种或更多种聚醚多元醇的组合，其中两种或更多种聚醚多元醇各自具有相同或不同的在上述76-5,500g/mol范围内的重均分子量。因此，例如，在第一种方法中用于形成第二组合物的异氰酸酯封端预聚物的聚醚多元醇可以包含重均分子量为1,800-2,000g/mol的第一种聚醚多元醇和重均分子量为4,700-4,900g/mol的第二种聚醚多元醇。
相似地，在某些其它实施方案中，可以使用两种或更多种聚酯多元醇的组合以形成异氰酸酯封端的预聚物，其中两种或更多种聚酯多元醇各自具有相同或不同的在上述76-5,500g/mol范围内的重均分子量。因此，例如，在第一种方法中所用的聚酯多元醇可以包含重均分子量为2200-2400g/mol的第一种聚酯多元醇和重均分子量为4800-5000g/mol的第二种聚酯多元醇。
另外，在某些实施方案中，两种或更多种不同类型的含活泼氢的物质的混合物(即聚醚多元醇、聚酯多元醇和多胺中的两种或三种的混合物，包括多于一种聚醚多元醇、聚酯多元醇或多胺与上述其它类型的含活泼氢的物质组合)也可以用于形成异氰酸酯封端的预聚物。
在某些实施方案中，第二组合物中的异氰酸酯封端的预聚物包含4,4′-甲基二苯基二异氰酸酯的准预聚物和pmdi的共混物。在本发明中，合适的异氰酸酯封端的预聚物的具体例子可以从basfcorporation，florhampark,nj以商品名
在某些实施方案中，所施用的第二组合物的涂料包含(1)含活泼氢的物质和(2)亚甲基二苯基二异氰酸酯(mdi)和/或多亚甲基多苯基二异氰酸酯(pmdi)的反应产物。在某些实施方案中，含活泼氢的物质是任何一种或多种上述聚醚多元醇、聚酯多元醇和/或多胺。
在第一种方法的第二组合物的异氰酸酯组分中，所用的碳二酰亚胺聚合物或聚碳二酰亚胺包含由-(n＝c＝n)n-表示的重复结构单元，其中下标n表示此结构单元在聚碳二酰亚胺中的重复次数。用于本发明中的聚碳二酰亚胺通常是通过用合适的碳二酰亚胺化催化剂处理异氰酸酯组分、通常有机异氰酸酯形成的。
关于在第二种方法中用于形成聚碳二酰亚胺的异氰酸酯组分，异氰酸酯组分包含一个或多个异氰酸酯(nco)官能团，通常包含至少两个nco官能团。特别合适的异氰酸酯组分是二异氰酸酯(具有按每分子计平均两个nco官能团的异氰酸酯)。合适的异氰酸酯组分包括、但不限于常规的脂族、脂环族、芳基和芳族的异氰酸酯，并可以包括单体或聚合的异氰酸酯。
可以用于形成聚碳二酰亚胺的二异氰酸酯的例子包括但不限于：mdi(作为任何三种异构体(2,2′-mdi、2,4′-mdi和4,4′-mdi)；间-亚苯基二异氰酸酯；2,4-甲苯二异氰酸酯；2,6-甲苯二异氰酸酯；六亚甲基二异氰酸酯；1,4-亚苯基二异氰酸酯；四亚甲基二异氰酸酯；环己烷-l,4-二异氰酸酯；六氢甲苯二异氰酸酯；亚甲基二异氰酸酯；2,6-二异丙基苯基异氰酸酯；间苯二甲撑二异氰酸酯；异氰酸十二烷基酯；3,3′-二氯-4,4′-二异氰酸基-1,1′-联苯；1,6-二异氰酸基-2,2,4-三甲基己烷；3,3′-二甲氧基-4,4′-二亚苯基二异氰酸酯；2,2-二异氰酸基丙烷；1,3-二异氰酸基丙烷；1,4-二异氰酸基丁烷；1,5-二异氰酸基戊烷；1,6-二异氰酸基己烷；2,3-二异氰酸基甲苯；2,4-二异氰酸基甲苯；2,5-二异氰酸基甲苯；2,6-二异氰酸基甲苯；异佛尔酮二异氰酸酯；氢化亚甲基二(苯基异氰酸酯)；萘-1,5-二异氰酸酯；1-甲氧基苯基-2,4-二异氰酸酯；1,4-二异氰酸基丁烷；4,4′-二亚苯基二异氰酸酯；3,3′-二甲基二苯基甲烷-4,4′-二异氰酸酯；4,4′,4"-三苯基甲烷三异氰酸酯；甲苯-2,4,6-三异氰酸酯；4,4′-二甲基二苯基甲烷-2,2′,5,5′-四异氰酸酯；多亚甲基多亚苯基多异氰酸酯；或其中任何两种或更多种的混合物。在优选实施方案中，二异氰酸酯是2,4-甲苯二异氰酸酯，2,6-甲苯二异氰酸酯，或2,4-和2,6-甲苯二异氰酸酯的混合物。在一个实施方案中，二异氰酸酯包括100％的2,4-甲苯二异氰酸酯。在另一个实施方案中，二异氰酸酯包括约80％的2,4-甲苯二异氰酸酯和约20％的2,6-甲苯二异氰酸酯。在另一个实施方案中，二异氰酸酯包括约65％的2,4-甲苯二异氰酸酯和约35％的2,6-甲苯二异氰酸酯。
在某些实施方案中，用于形成聚碳二酰亚胺的异氰酸酯组分包含mdi(任何三种异构体(2,2′-mdi、2,4′-mdi和4,4′-mdi)。或者，异氰酸酯组分可以包含这三种mdi异构体中的两种或所有三种的混合物，即异氰酸酯组分可以包含2,2′-mdi、2,4′-mdi和4,4′-mdi中的至少两种。
在某些其它实施方案中，用于形成聚碳二酰亚胺的异氰酸酯组分包含甲苯二异氰酸酯(tdi)。异氰酸酯组分可以包含甲苯二异氰酸酯(tdi)的异构体，即异氰酸酯组分可以包含2,4-甲苯二异氰酸酯(2,4-tdi)或2,6-甲苯二异氰酸酯(2,6-tdi)。或者，异氰酸酯组分可以包含这些异构体的混合物，即异氰酸酯组分可以同时包含2,4-甲苯二异氰酸酯(2,4-tdi)和2,6-甲苯二异氰酸酯(2,6-tdi)。适用于本发明的可商购的异氰酸酯组分的一个具体例子是
碳二酰亚胺化催化剂可以是本领域公知的用于制备聚碳二酰亚胺的任何类型的碳二酰亚胺化催化剂。通常，碳二酰亚胺化催化剂是选自叔酰胺，碱金属化合物，羧酸金属盐和/或非碱性的有机金属化合物。在某些实施方案中，碳二酰亚胺化催化剂包含磷化合物。
适用于碳二酰亚胺化催化剂的磷化合物的具体例子包括、但不限于磷杂环戊烯氧化物，例如3-甲基-1-苯基-2-磷杂环戊烯氧化物，1-苯基-2-磷杂环戊烯-1-氧化物，3-甲基-2-磷杂环戊烯-1-氧化物，1-乙基-2-磷杂环戊烯-1-氧化物，3-甲基-1-苯基-2-磷杂环戊烯-1-氧化物，和它们的3-磷杂环戊烯异构体。特别合适的磷杂环戊烯氧化物是3-甲基-1-苯基-2-磷杂环戊烯氧化物。仅仅为了说明，3-甲基-1-苯基-2-磷杂环戊烯氧化物由以下结构表示：
适用于碳二酰亚胺化催化剂的磷化合物的其它例子包括、不限于磷酸酯，二氮杂-和氧杂氮杂-磷杂环戊烯和磷杂环己烷(phosphorinanes)。这些化合物的具体例子包括、但不限于：磷酸的酯和其它磷酸酯，例如磷酸三甲基酯，磷酸三乙基酯，磷酸三丁基酯，磷酸三-2-乙基己基酯，磷酸三丁氧基酯，磷酸三油基酯，磷酸三苯基酯，磷酸三甲酚基酯，磷酸三(亚二甲苯基)酯，磷酸甲酚基二苯基酯，磷酸亚二甲苯基二苯基酯，磷酸2-乙基己基二苯基酯等；酸性磷酸酯，例如甲基酸磷酸酯，乙基酸磷酸酯，异丙基酸磷酸酯，丁基酸磷酸酯，2-乙基己基酸磷酸酯，异癸基酸磷酸酯，月桂基酸磷酸酯，异十三烷基酸磷酸酯，肉豆蔻酸磷酸酯，异硬脂基酸磷酸酯，油基酸磷酸酯等；叔亚磷酸酯，例如三苯基亚磷酸酯，三(对-甲酚基)亚磷酸酯，三(壬基苯基)亚磷酸酯，三异辛基亚磷酸酯，二苯基异癸基亚磷酸酯，苯基二异癸基亚磷酸酯，三异癸基亚磷酸酯，三硬脂基亚磷酸酯，三油基亚磷酸酯等；仲亚磷酸酯，例如二-2-乙基己基氢亚磷酸酯，二月桂基氢亚磷酸酯，二油基氢亚磷酸酯等；和氧化膦，例如三乙基氧化膦，三丁基氧化膦，三苯基氧化膦，三(氯甲基)氧化膦，三(氯甲基)氧化膦等。含磷酸酯的碳二酰亚胺化催化剂及其制备方法可以参见美国专利no.3,056,835，将其全部内容引入本文以供参考。
碳二酰亚胺化催化剂的其它例子包括、但不限于：1-苯基-3-甲基氧化磷杂环戊烯，1-苄基-3-甲基氧化磷杂环戊烯，1-乙基-3-甲基氧化磷杂环戊烯，1-苯基-3-甲基二氯化磷杂环戊烯，1-苄基-3-甲基二氯化磷杂环戊烯，1-乙基-3-甲基二氯化磷杂环戊烯，1-苯基-3-甲基硫化磷杂环戊烯，1-苯基-3-甲基硫化磷杂环戊烯，1-苄基-3-甲基硫化磷杂环戊烯，1-乙基-3-甲基硫化磷杂环戊烯，1-苯基-1-苯基亚氨基-3-甲基氧化磷杂环戊烯，1-苄基-1-苯基亚氨基-3-甲基氧化磷杂环戊烯，1-乙基-1-苯基亚氨基-3-甲基氧化磷杂环戊烯，1-苯基磷烷(phospholidine)，1-苄基磷烷,1-乙基磷烷，和1-苯基-3-甲基氧化磷杂环戊烯。
碳二酰亚胺化催化剂可以包含二氮杂-和氧氮杂-磷杂环戊烯和磷杂环己烷。二氮杂-和氧氮杂-磷杂环戊烯和磷杂环己烷及其制备方法可以参见美国专利no.3,522,303，将其内容全部引入本文以供参考。具体的二氮杂-和氧氮杂-磷杂环戊烯和磷杂环己烷包括、但不限于：2-乙基-1,3-二甲基-1,3,2-二氮杂磷杂环戊烷-2-氧化物；2-氯甲基-1,3-二甲基-1,3,2-二氮杂磷杂环戊烷-2-氧化物；2-三氯甲基-1,3-二甲基-1,3,2-二氮杂磷杂环戊烷-2-氧化物；2-苯基-1,3-二甲基-1,3,2-二氮杂磷杂环戊烷-2-氧化物；2-苯基-1,3-二甲基-1,3,2-二氮杂-磷杂环己烷-2-氧化物；2-苄基-1,3-二甲基-1,3,2-二氮杂磷杂环戊烷-2-氧化物；2-烯丙基-1,3-二甲基-1,3,2-二氮杂磷杂环戊烷-2-氧化物；2-溴甲基-1,3-二甲基-1,3,2-二氮杂磷杂环戊烷-2-氧化物；2-环己基-1,3-二甲基-1,3,2-二氮杂磷杂环戊烷-2-氧化物；2-环己基-1,3-二甲基-1,3,2-二氮杂磷杂环戊烷-2-氧化物；2-(2-乙氧基乙基1,3-二甲基-1,3,2-二氮杂磷杂环戊烷-2-氧化物；和2-萘基-1,3-二甲基-1,3,2-二氮杂磷杂环戊烷-2-氧化物，磷酸三乙基酯，六甲基磷酰胺等。
碳二酰亚胺化催化剂可以包含三芳基胂。三芳基胂及其制备方法可以参见美国专利no.3,406,198，将其内容全部引入本文以供参考。三芳基胂的具体例子包括、但不限于三苯基胂,三(对-甲苯基)胂,三(对-甲氧基苯基)胂,三(对-乙氧基苯基)胂,三(对-氯苯基)胂,三(对-氟苯基)胂,三(2,5-二甲苯基)胂,三(对-氰基苯基)胂,三(1-萘基)胂,三(对-甲基巯基苯基)胂,三(对-二苯基)胂,对-氯苯基二(对-甲苯基)胂,苯基(对-氯苯基)(对-溴苯基)胂等。其它胂化合物可以参见美国专利no.4,143,063，将其全部内容引入本文以供参考。这些胂化合物的具体例子包括、但不限于三苯基氧化胂，三乙基氧化胂，聚合物结合的氧化胂等。
另外，碳二酰亚胺化催化剂可以包含乙酰丙酮的金属衍生物。乙酰丙酮的金属衍生物及其制备方法可以参见美国专利no.3,152,131,将其全部内容引入本文以供参考。乙酰丙酮的金属衍生物的具体例子包括、但不限于乙酰基丙酮的金属衍生物，例如铍、铝、锆、铬和铁衍生物。
碳二酰亚胺化催化剂的其它例子包括从d-族过渡金属和π-键配体衍生的金属配合物，其中配体选自一氧化碳、氮氧化物、烃基异氰化物、三烃基膦、三烃基胂、三烃基底和二烃基硫化物，其中烃基在每种情况下含有1-12个碳原子，前提是在配合物中的至少一种π-键配体是一氧化碳或烃基异氰化物。这些金属配合物及其制备方法可以参见美国专利no.3,406,197,将其全部内容引入本文以供参考。金属配合物的具体例子包括、但不限于五羰基铁，五羰基二铁，六羰基钨，六羰基钼，六羰基铬，十羰基二锰，四羰基镍，五羰基钌，四羰基铁:甲基异氰化物的配合物等。
碳二酰亚胺化催化剂可以包含有机锡化合物。有机锡化合物的具体例子包括、但不限于二月桂酸二丁锡，二乙酸二丁基锡，二(2-乙基己酸)二丁基锡，二月桂酸二辛基锡，马来酸二丁基锡，马来酸二(正-辛基)锡，二(二丁基乙酰氧基锡)氧化物，二(二丁基月桂酰基氧基锡)氧化物，二丁醇二丁基锡，二甲醇二丁基锡，二水杨酸二丁基锡，二(异辛基马来酸)二丁基锡，二(异丙基马来酸)二丁基锡，二丁基氧化锡，乙酸三丁基锡，异丙基琥珀酸三丁基锡，油酸三丁基锡，烟酸三丁基锡，二月桂酸二甲基锡，氧化二甲基锡，氧化二辛基锡，氧化二(三丁基锡)，氧化二苯基锡，乙酸三苯基锡，乙酸三正丙基锡，月桂酸三正丙基锡，和氧化二(三正丙基锡)，二月桂基二丁基锡硫醇盐，二(异辛基巯基乙酸)二丁基锡，氧化二(三苯基锡)，草酸亚锡，油酸亚锡，环烷酸亚锡，乙酸亚锡，丁酸亚锡，2-乙基己酸亚锡，月桂酸亚锡，棕榈酸亚锡，硬脂酸亚锡等。典型的有机锡化合物包括、但不限于草酸亚锡、油酸亚锡和2-乙基己酸亚锡，二乙酸二丁基锡，二月桂酸二丁基锡，二月桂基二丁基锡硫醇盐，二(异辛基巯基乙酸)二丁基锡，氧化二丁基锡，氧化二(三苯基锡)，和氧化二(三正丁基锡)。
另外，碳二酰亚胺化催化剂可以包含各种有机和金属卡宾配合物，钛(iv)配合物，铜(i)和/或铜(ii)配合物。
从异氰酸酯组分的聚合步骤形成的聚碳二酰亚胺通常具有约76-10,000g/mol的数均分子量(通过nmr或gpc检测)，更通常为约5,000-10,000g/mol，例如是7,500-9,000g/mol(道尔顿)。
用于形成聚碳二酰亚胺的异氰酸酯组分的聚合步骤通常在惰性气氛中进行，即基本不含氧的气氛中。任何本领域公知的惰性气氛可以在异氰酸酯组分的聚合步骤期间使用。通常，惰性气氛包含惰性气体，例如氮气、氩气和氦气等。
从本领域已知，在异氰酸酯组分的聚合步骤期间释放出二氧化碳气体。具体而言，二氧化碳是当在异氰酸酯组分中存在的-n＝c＝o基团互相反应形成-n＝c＝n-键时形成的副产物。
下文说明异氰酸酯组分与碳二酰亚胺化催化剂聚合的反应机理。在以下反应机理中，异氰酸酯组分包含2,4-甲苯二异氰酸酯(2,4-tdi)和2,6-甲苯二异氰酸酯(2,6-tdi)，它们在碳二酰亚胺化催化剂的存在下反应以形成各种聚碳二酰亚胺。在下文的聚碳二酰亚胺反应机理中，n是整数，并取决于特定聚碳二酰亚胺的分子量。
在第一种实施方案中，施用异氰酸酯组分的方法可以通过任何公知的常规纸板涂布技术进行，例如使用压延棒、喷涂等，从而形成涂层。在施用第一和第二组合物之前，纸板或纸介质可以进行清洁或其它准备操作以除去松散纤维或碎片。
在其中压延棒用于施用的应用中，所施用的第一和第二组合物的涂料被压在其表面中和压入多孔纸板和/或纸介质中(即所施用的第一和第二组合物渗入或浸渍纸板或纸介质)，并由此基本上涂布纸板或纸介质的纤维或结构。
在施用两种组合物中的第二种(施用第一或第二组合物之一后，施用第一或第二组合物中的另一种)以形成处理组合物时，异氰酸酯组分的侧挂或自由nco基团与异氰酸酯反应性组分中的水(若存在)和与在纸板或纸介质中存在的任何水分反应，最终形成在纸板或纸介质上的处理组合物中的脲基团。另外，所施用的异氰酸酯组分的侧挂或自由nco基团(作为第一或第二组合物中的另一种)也与在在纸板或纸介质中存在的自由羟基反应，形成在纸板或纸介质上的处理组合物中的氨基甲酸酯基团。另外，所施用的异氰酸酯组分的侧挂或自由nco基团与在异氰酸酯反应性组分的多官能醇、胺或胺衍生物(若存在)中的活泼氢反应，形成其它氨基甲酸酯或脲基团。在异氰酸酯反应性组分中存在的锡催化剂用于催化这些反应，也可以用于催化异氰酸酯组分的自聚合反应，从而当锡催化剂是异氰酸酯反应性组分中的唯一组分时形成在处理组合物中的碳二酰亚胺基团。因此，在此实施方案中定义的处理组合物表示在出现任何反应之前第一和第二组合物的混合物，也表示第一和第二组合物随后形成脲、氨基甲酸酯和/或碳二酰亚胺基团的上述反应。
在处理组合物中的第一组合物与第二组合物完全或基本上完全反应之后，其中异氰酸酯组分的全部或基本上全部的自由nco基团与水和/或与来自异氰酸酯反应性组分的活泼氢基团或在纸板或纸介质中存在的自由羟基反应，或与在纸板或纸介质中存在的水分反应，所得的处理组合物的固化组合物具有174-7000g/mol(道尔顿)的重均分子量，这通过nmr或gpc测定。
为了促进或加速反应过程，在某些实施方案中，可以使用额外的催化剂或加热以确保在处理组合物中存在的基本上全部的自由nco基团反应。可以加入的合适的额外催化剂包括、但不限于胺催化剂(例如teda)，锡基催化剂，有机金属化合物等。在某些实施方案中，经处理的纸板或纸介质也可以被加热到60-90℃的温度，例如60-80℃。另外，加热可以在室中进行，其中湿度设定为80-100％相对湿度。
在本发明的另一个实施方案中，处理纸板或纸介质的方法是通过将封端的聚碳二酰亚胺作为涂料施用到纸板或纸介质上进行的，从而形成经处理的纸板或纸介质。
在各种实施方案中，此方法中的封端的聚碳二酰亚胺具有下式：
r2-n＝c＝n-[r1-n＝c＝n]n-r2
其中每个r1独立地是烷基、环烷基、芳族基团、杂环基或杂芳基，每个r2独立地是烷基、环烷基、芳族基团、杂环基或杂芳基，n是1-100的整数。
在此方法的封端聚碳二酰亚胺中，r1是从二异氰酸酯形成的连接基团，r2是从单异氰酸酯形成的端基。在各种实施方案中，连接基团是烷基、环烷基、芳族基团、杂环基或杂芳基。r1和r2的说明性例子包括、但不限于亚甲基，亚乙基，亚丙基，亚异丙基，亚丁基，亚戊基，亚己基，亚庚基，亚辛基，亚壬基，亚萘烷基,亚十二烷基，1,2-亚环己基，1,3-亚环己基，1,4-亚环己基，1,2-亚苯基，1,3-亚苯基，1,4-亚苯基，甲苯基，或二甲苯基。
在某些这些实施方案中，r2可以是c1-c12烷基，c1-c12环烷基，c6-c12芳基，c6-c12杂环基，或c6-c12杂芳基。例如，r2可以是甲基，乙基，丙基，异丙基，丁基，戊基，己基，庚基，辛基，壬基，亚萘烷基,十二烷基，环己基，苯基，或甲苯基。在一些优选实施方案中，r2是芳族基团。例如在一些实施方案中，单异氰酸酯是芳族异氰酸酯，是1,3-亚苯基、1,4-亚苯基、甲苯基或二甲苯基。
在某些这些实施方案中，r1可以是c1-c12烷基，c1-c12环烷基，c6-c12芳基，c6-c12杂环基，或c6-c12杂芳基。例如，r1可以是亚甲基，亚乙基，亚丙基，亚异丙基，亚丁基，亚戊基，亚己基，亚庚基，亚辛基，亚壬基，亚萘烷基，亚十二烷基，1,2-亚环己基，1,3-亚环己基，1,4-亚环己基，1,2-亚苯基，1,3-亚苯基，1,4-亚苯基，或甲苯基。在一些优选实施方案中，r1是亚芳基。例如在一些实施方案中，r1是1,3-亚苯基，1,4-亚苯基，甲苯基，或二甲苯基。
在一个特定实施方案中，r2是苯基或甲苯基，并且r1是1,2-亚苯基、1,3-亚苯基、1,4-亚苯基或甲苯基。
在任何上述实施方案中，此方法中的封端聚碳二酰亚胺的重均分子量是约4,500-30,000g/mol，或者约5,500-30,000g/mol，或者约12,000-18,000g/mol,或者约12,000-14,000g/mol(道尔顿)。
另外，处理纸板或纸介质的此方法也可以包括在其施用之前形成封端的聚碳二酰亚胺的步骤。更具体而言，封端的聚碳二酰亚胺可以是通过一种方法以使其缺少残余异氰酸酯(nco)基团，或至少具有与残余nco基团相比非常高比例的-n＝c＝n-键。封端的聚碳二酰亚胺具有小于约0.25重量％、或小于约0.1重量％、或小于约0.075重量％的自由nco基团。在一些实施方案中，封端的聚碳二酰亚胺不具有自由nco基团，例如在一些实施方案中任何剩余nco基团如此少以致不能通过红外光谱检测。
在某些实施方案中，封端的碳二酰亚胺是作为具有未反应的nco基团的碳二酰亚胺聚合物与反应性物质的反应产物形成的，例如、但不限于在上述第二和第三种方法中描述的碳二酰亚胺聚合物。
在某些实施方案中，反应性物质是单官能异氰酸酯。在某些其它实施方案中，反应性物质是单官能醇类。在其它实施方案中，反应性物质是单官能胺。
在其它实施方案中，封端的聚碳二酰亚胺可以通过以下路线1所述的反应制备：
在路线1所示的反应中，聚碳二酰亚胺是在包括合并二异氰酸酯、氧清除剂、单异氰酸酯和碳二酰亚胺化催化剂以形成反应混合物的步骤的方法中制备的。此反应混合物然后加热到足以形成聚碳二酰亚胺的温度和时间。此方法得到具有0.25重量％或更少、或0.1重量％或更少的自由异氰酸酯基团的聚碳二酰亚胺(即聚碳二酰亚胺是封端的聚碳二酰亚胺)。另外，合并和加热的步骤是在不存在溶剂的情况下进行。
如本领域中已知，在异氰酸酯组分的聚合步骤期间释放出二氧化碳气体。具体而言，二氧化碳是当在异氰酸酯组分中存在的异氰酸酯(-n＝c＝o)基团互相反应形成碳二酰亚胺键(-n＝c＝n-)时形成的副产物。
在如路线1所示形成封端的聚碳二酰亚胺的过程中，可以向反应器一起加入或按照任何顺序加入二异氰酸酯、单异氰酸酯、氧清除剂和碳二酰亚胺化催化剂。在一个实施方案中，二异氰酸酯、单异氰酸酯和氧清除剂在加入碳二酰亚胺化催化剂之前合并和加热。一旦形成，就将反应混合物加热到约30-200℃、或约60-120℃、或约100-110℃的温度达到约2-48小时、或约4-20小时、或约4-14小时的时间。
在路线1中，r1是连接基团，其在二异氰酸酯中是在异氰酸酯所处位置上的基团。在反应混合物中也包含单异氰酸酯(r2nco)，其获得用于封端聚碳二酰亚胺的端基。
r1和r2可以独立地是烷基、环烷基、芳族基团、杂环基团或杂芳基。在上述化合物的一些实施方案中，r1和r2可以独立地是：c1-c12烷基，c1-c12环烷基，c6-c12芳基，c6-c12杂环基，或c6-c12杂芳基。例如，r1和r2可以独立地是亚甲基，亚乙基，亚丙基，亚异丙基，亚丁基，亚戊基，亚己基，亚庚基，亚辛基，亚壬基，亚萘烷基，亚十二烷基，1,2-亚环己基，1,3-亚环己基，1,4-亚环己基，1,2-亚苯基，1,3-亚苯基，1,4-亚苯基，甲苯基，1,5-萘基，异佛尔酮，或1,3-二甲苯基。在一些优选实施方案中，r1是芳基。例如，r1可以优选是苯基，甲苯基，或二甲苯基。在其它优选实施方案中，r2是芳基。例如，r2可以优选是苯基、甲苯基或二甲苯基。
可以用于形成聚碳二酰亚胺的二异氰酸酯的例子包括但不限于:mdi(任何三种异构体(2,2′-mdi、2,4′-mdi和4,4′-mdi)；间-亚苯基二异氰酸酯；2,4-甲苯二异氰酸酯；2,6-甲苯二异氰酸酯；六亚甲基二异氰酸酯；1,4-亚苯基二异氰酸酯；四亚甲基二异氰酸酯；环己烷-l,4-二异氰酸酯；六氢甲苯二异氰酸酯；亚甲基二异氰酸酯；2,6-二异丙基苯基异氰酸酯；间苯二甲撑二异氰酸酯；异氰酸十二烷基酯；3,3′-二氯-4,4′-二异氰酸基-l,l′-联苯；1,6-二异氰酸基-2,2,4-三甲基己烷；3,3′-二甲氧基-4,4′-二亚苯基二异氰酸酯；2,2-二异氰酸基丙烷；1,3-二异氰酸基丙烷；1,4-二异氰酸基丁烷；1,5-二异氰酸基戊烷；1,6-二异氰酸基己烷；2,3-二异氰酸基甲苯；2,4-二异氰酸基甲苯；2,5-二异氰酸基甲苯；2,6-二异氰酸基甲苯；异佛尔酮二异氰酸酯；氢化亚甲基二(苯基异氰酸酯)；萘-1,5-二异氰酸酯；1-甲氧基苯基-2,4-二异氰酸酯；1,4-二异氰酸基丁烷；4,4′-二亚苯基二异氰酸酯；3,3′-二甲基二苯基甲烷-4,4′-二异氰酸酯；4,4′,4"-三苯基甲烷三异氰酸酯；甲苯-2,4,6-三异氰酸酯；4,4′-二甲基二苯基甲烷-2,2′,5,5′-四异氰酸酯；多亚甲基多亚苯基多异氰酸酯；或其中两种或更多种的混合物。在优选实施方案中，二异氰酸酯是2,4-甲苯二异氰酸酯，2,6-甲苯二异氰酸酯，或2,4-和2,6-甲苯二异氰酸酯的混合物。在一个实施方案中，二异氰酸酯包括100％的2,4-甲苯二异氰酸酯。在另一个实施方案中，二异氰酸酯包括约80％的2,4-甲苯二异氰酸酯和约20％的2,6-甲苯二异氰酸酯。在另一个实施方案中，二异氰酸酯包括约65％的2,4-甲苯二异氰酸酯和约35％的2,6-甲苯二异氰酸酯。
可以用于形成封端聚碳二酰亚胺的单异氰酸酯的例子包括、但不限于：异氰酸氯磺酰基酯；异氰酸三氯甲基酯；异氰酸三氯乙酰基酯；异氰酸三氯乙酰基酯；异氰酸氯乙酰基酯；异氰酸乙烯基酯；异氰酸基甲酸甲基酯；异氰酸2-溴乙基酯；异氰酸2-氯乙基酯；异氰酸2-氯乙基酯；异氰酸乙基酯；异氰酸基(甲氧基)甲烷；异氰酸烯丙基酯；异氰酸基甲酸乙基酯；异氰酸3-氯丙基酯；异氰酸异丙基酯；异氰酸丙基酯；(三甲基甲硅烷基)异氰酸酯；异氰酸基环丁烷；异氰酸基乙酸乙基酯；(2s)-2-异氰酸基丙酸甲基酯；异氰酸丁基酯；异氰酸叔丁基酯；1,1-二甲氧基-2-异氰酸基乙烷；异氰酸环戊基酯；2-异氰酸基-2-甲基-丙酸甲基酯；3-异氰酸基丙酸乙基酯；(r)-(-)-3-甲基-2-丁基异氰酸酯；1-异氰酸基-2,2-二甲基丙烷；1-异氰酸基-3-甲基丁烷；3-异氰酸基戊烷；异氰酸戊基酯；1-乙氧基-3-异氰酸基丙烷；异氰酸五氟苯基酯；异氰酸4-溴-2,6-二氟苯基酯；异氰酸2,4,6-三溴苯基酯；异氰酸2,3,4-三氟苯基酯；异氰酸2,4,5-三氟苯基酯；4-溴-1-氯-2-异氰酸基苯；异氰酸4-溴-2-氟苯基酯；1-氯-3-氟-2-异氰酸基苯；异氰酸2-氯-3-氟苯基酯；异氰酸3-氯-4-氟苯基酯；异氰酸4-氯-2-氟苯基酯；异氰酸5-氯-2-硝基苯基酯；异氰酸2,4-二氯苯基酯；异氰酸2,6-二氯苯基酯；异氰酸3,4-二氯苯基酯；异氰酸3,5-二氯苯基酯；异氰酸2-氟-4-碘苯基酯；异氰酸4-氟-2-硝基苯基酯；异氰酸2,4-二氟苯基酯；异氰酸2,4-二氟苯基酯；异氰酸2,5-二氟苯基酯；异氰酸2,6-二氟苯基酯；异氰酸3,4-二氟苯基酯；异氰酸3,5-二氟苯基酯；异氰酸2,1,3-苯并噻二唑-4-基酯；异氰酸3,5–二硝基苯基酯；异氰酸3,5-二硝基苯基酯；异氰酸2-溴苯基酯；异氰酸3-溴苯基酯；异氰酸4-溴苯基酯；异氰酸2-氯苯基酯；异氰酸3-氯苯基酯；异氰酸3-氯苯基酯；异氰酸4-氯苯基酯；异氰酸2-氯苯磺酰基酯；异氰酸4-(氯磺酰基)苯基酯；异氰酸4-氯苯磺酰基酯；异氰酸2-氟苯基酯；异氰酸3-氟苯基酯；异氰酸4-氟苯基酯；异氰酸4-氟苯磺酰基酯；异氰酸2-碘苯基酯；异氰酸3-碘苯基酯；异氰酸4-碘苯基酯；异氰酸2-硝基苯基酯；异氰酸3-硝基苯基酯；异氰酸4-硝基苯基酯；异氰酸苯基酯；异氰酸苯基酯；异氰酸苯磺酰基酯；甲基丙烯酸2-异氰酸基乙基酯；(异氰酸基甲基)环戊烷；异氰酸环己基酯；2-异氰酸基-3-甲基-丁酸甲基酯；异氰酸基乙酸丁基酯；4-异氰酸基丁酸乙基酯；(2s)-2-异氰酸基-4-(甲基磺烷基)丁酸甲基酯；异氰酸己基酯；异氰酸4-溴-2-(三氟甲基)苯基酯；异氰酸2-氯-4-(三氟甲基)苯基酯；异氰酸2-氯-6-(三氟甲基)苯基酯；异氰酸4-氯-3-(三氟甲基)苯基酯；5-氯-2-异氰酸基苯甲腈；5-氟-2-异氰酸基苯甲腈；异氰酸2-氟-3-(三氟甲基)苯基酯；异氰酸2-氟-5-(三氟甲基)苯基酯；异氰酸3-氟-5-(三氟甲基)苯基酯；异氰酸4-氟-2-(三氟甲基)苯基酯；异氰酸4-氟-3-(三氟甲基)苯基酯；3-异氰酸基苯甲酰氯；4-异氰酸基苯甲酰氯；异氰酸2-(三氟甲基)苯基酯；异氰酸3-(三氟甲基)苯基酯；异氰酸4-(三氟甲基)苯基酯；异氰酸4-(三氟甲基硫代)苯基酯；异氰酸2-(三氟甲氧基)苯基酯；异氰酸4-(三氟甲氧基)苯基酯；异氰酸3-氰基苯基酯；异氰酸4-氰基苯基酯；异氰酸4-溴-2-氯-6-甲基苯基酯；异氰酸2,4-二氯苄基酯；异氰酸3,4-二氯苄基酯；异氰酸2-(二氟甲氧基)苯基酯；异氰酸4-(二氟甲氧基)苯基酯；异氰酸苯甲酰基酯；异氰酸3,4-(亚甲基二氧基)苯基酯；异氰酸基甲酸苯基酯；异氰酸4-溴-3-甲基苯基酯；异氰酸4-溴苄基酯；异氰酸2-(氯甲基)苯基酯；异氰酸2-氯-5-甲基苯基酯；异氰酸2-氯-6-甲基苯基酯；异氰酸2-氯苄基酯；异氰酸3-氯-2-甲基苯基酯；异氰酸3-氯-4-甲基苯基酯；异氰酸4-(氯甲基)苯基酯；异氰酸4-氯苄基酯；异氰酸5-氯-2-甲基苯基酯；异氰酸5-氯-2-甲氧基苯基酯；异氰酸2-氟-5-甲基苯基酯；异氰酸2-氟苄基酯；异氰酸3-氟-2-甲基苯基酯；异氰酸3-氟-4-甲基苯基酯；异氰酸3-氟苄基酯；异氰酸4-氟-3-甲基苯基酯；异氰酸4-氟苄基酯；异氰酸5-氟-2-甲基苯基酯；异硫氰酸4-氟苄基酯；异氰酸2-甲基-3-硝基苯基酯；异氰酸2-甲基-4-硝基苯基酯；异氰酸4-甲基-2-硝基苯基酯；异氰酸5-甲基-2-硝基苯基酯；异氰酸2-甲氧基-4-硝基苯基酯；异氰酸4-甲氧基-2-硝基苯基酯；异氰酸苄基酯；异氰酸间-甲苯基酯；异氰酸邻-甲苯基酯；异氰酸对-甲苯基酯；异氰酸2-甲氧基苯基酯；异氰酸3-甲氧基苯基酯；异氰酸4-甲氧基苯基酯；异氰酸邻-甲苯磺酰基酯；异氰酸对-甲苯磺酰基酯；异氰酸环庚基酯；异氰酸环己烷甲基酯；6-异氰酸基-己酸甲基酯；(2s)-2-异氰酸基-4-甲基戊酸甲基酯；2-异氰酸基-4-(甲基硫代)丁酸乙基酯；异氰酸(r)-(-)-2-庚基酯；异氰酸(s)-(+)-2-庚基酯；异氰酸庚基酯；异氰酸3,5-二(三氟甲基)苯基酯；2-异氰酸基-5-甲基苯甲腈；4-异氰酸基苄基氰；异氰酸2,4-二氯苯乙基酯；异氰酸3,4-二氯苯乙基酯；异氰酸4-乙酰基苯基酯；2-异氰酸基苯甲酸甲基酯；3-异氰酸基苯甲酸甲基酯；4-异氰酸基苯甲酸甲基酯；异氰酸(s)-(-)-1-(4-溴苯基)乙基酯；异氰酸4-溴-2,6-二甲基苯基酯；异氰酸4-溴-2-乙基苯基酯；异氰酸(r)-(+)-1-(4-氯苯基)乙基酯；异氰酸3-氯苯乙基酯；异氰酸4-氯苯乙基酯；异氰酸(r)-(+)-1-(4-氟苯基)乙基酯；异氰酸(s)-(-)-1-(4-氟苯基)乙基酯；异氰酸2-氟苯乙基酯；异氰酸4-氟苯乙基酯；异氰酸2,3-二甲基-6-硝基苯基酯；异氰酸4-乙氧基-2-硝基苯基酯；异氰酸2,5-二甲基苯基酯；异氰酸2,6-二甲基苯基酯；异氰酸2-甲基苄基酯；异氰酸3,5-二甲基苯基酯；异氰酸3-甲基苄基酯；异氰酸4-乙基苯基酯；异氰酸4-甲基苄基酯；异氰酸苯乙基酯；异氰酸2-甲氧基-5-甲基苯基酯；异氰酸2-甲氧基苄基酯；异氰酸3-乙氧基苯基酯；异氰酸3-甲氧基苄基酯；异氰酸4-甲氧基苄基酯；1-异氰酸基-2,3-二甲氧基苯；异氰酸2,4-二甲氧基苯基酯；异氰酸2,5-二甲氧基苯基酯；异氰酸2,6-二甲氧基苯基酯；异氰酸3,4-二甲氧基苯基酯；异氰酸3,5-二甲氧基苯基酯；异氰酸4-(二甲基氨基)苯基酯；2-异氰酸基-4-甲基戊酸乙基酯；6-异氰酸基己酸乙基酯；异氰酸(r)-(-)-2-辛基酯；异氰酸(s)-(+)-2-辛基酯；异氰酸1,1,3,3-四甲基丁基酯；异氰酸2-乙基己基酯；异氰酸辛基酯；5-乙基-2-异氰酸基苯甲腈；异氰酸(s)-(+)-1-茚基酯；异氰酸5-茚基酯；异氰酸反-2-苯基环丙基酯；异氰酸3,4-亚甲基二氧基苯乙基酯；2-异氰酸基苯甲酸乙基酯；3-异氰酸基苯甲酸乙基酯；4-异氰酸基苯甲酸乙基酯；3-异氰酸基-2-甲基苯甲酸甲基酯；异氰酸3-溴-2,4,6-三甲基苯基酯；异氰酸(r)-(+)-1-苯基丙基酯；异氰酸(s)-(-)-1-苯基丙基酯；异氰酸2-乙基-6-甲基苯基酯；异氰酸3-苯基丙基酯；异氰酸(r)-(+)-1-(3-甲氧基苯基)乙基酯；异氰酸(r)-(+)-1-(4-甲氧基苯基)乙基酯；异氰酸(s)-(-)-1-(3-甲氧基苯基)乙基酯；1-乙氧基-4-异氰酸基-2-甲氧基苯；异氰酸2,4-二甲氧基苄基酯；异氰酸3,4,5-三甲氧基苯基酯；异氰酸(r)-(-)-2-壬基酯；异氰酸(s)-(+)-2-壬基酯；异氰酸1-萘基酯；异氰酸2-萘基酯；2-异氰酸基对苯二甲酸二甲基酯；5-异氰酸基间苯二甲酸二甲基酯；1-异氰酸基-1,2,3,4-四氢萘；(4-异氰酸基苯基)乙酸乙基酯；异氰酸2,6-二乙基苯基酯；异氰酸4-丁基苯基酯；异氰酸4-乙基苯乙基酯；异氰酸4-苯基丁基酯；异氰酸4-仲丁基苯基酯；异氰酸4-叔丁基苯基酯；异氰酸2,3-二甲氧基苯乙基酯；异氰酸2,5-二甲氧基苯乙基酯；异氰酸3,4-二甲氧基苯乙基酯；异氰酸3,4,5-三甲氧基苄基酯；异氰酸1-金刚烷基酯；4-(异氰酸基甲基)环己烷羧酸乙基酯；异氰酸癸基酯；8-(异氰酸基甲基)-6h-[1,3]二氧[4,5-g]苯并-6-吡喃；异氰酸2-乙基-6-异丙基苯基酯；异氰酸4-丁基-2-甲基苯基酯；异氰酸4-戊基苯基酯；异氰酸十一烷基酯；异氰酸4-氯-2-苯氧基苯基酯；异氰酸5-氯-2-苯氧基苯基酯；异氰酸2-联苯基酯；异氰酸4-联苯基酯；异氰酸3-苯氧基苯基酯；异氰酸4-苯氧基苯基酯；异氰酸对-苯基苯偶氮基酯；异氰酸1-(1-萘基)乙基酯；异氰酸(lr,2r)-(-)-2-苄基氧基环戊基酯；4,4′-氧基二(苯基异氰酸酯)；异氰酸9h-芴-2-基酯；异氰酸9h-芴-9-基酯；4-异氰酸基苯甲酮；异氰酸2-苄基苯基酯；异氰酸4-苄基苯基酯；异氰酸二苯基甲基酯；异氰酸4-(苄基氧基)苯基酯；异氰酸(lr,2r)-(-)-2-苄基氧基环己基酯；异氰酸(ls,2s)-(+)-2-苄基氧基环己基酯；异氰酸2,2-二苯基乙基酯；异氰酸2-(4-联苯基)乙基酯；4′-异氰酸基苯并-15-冠醚-5；异氰酸2,5-二叔丁基苯基酯；异氰酸十四烷基酯；n-fmoc-异氰酸酯；异氰酸3,3-二苯基丙基酯；2,2-二(4-异氰酸基苯基)六氟丙烷；异氰酸十六烷基酯，或异氰酸十八烷基酯。在一个实施方案中，单异氰酸酯是芳族异氰酸酯。也可以使用两种或更多种单异氰酸酯的混合物。
在某些实施方案中，二异氰酸酯是选自2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯以及它们的组合，并且单异氰酸酯是芳族单异氰酸酯。例如，从化学反应角度考虑，封端的聚碳二酰亚胺可以根据以下路线2中所示的反应制备：
适合用于形成封端聚碳二酰亚胺的异氰酸酯可以从basfcorporationofflorhampark,nj以商品名
与第一种实施方案相似，将封端聚碳二酰亚胺作为涂料施用的方法可以通过任何公知的常规纸板涂布技术进行，例如使用压延棒、喷涂等。在施用之前，纸板或纸介质可以进行清洁或其它准备操作以除去松散纤维或碎片。
在其中压延棒用于施用的应用中，所施用的封端聚碳二酰亚胺的涂料被压在其表面内和压入多孔纸板和/或纸介质(即，所施用的封端聚碳二酰亚胺渗入或浸渍纸板或纸介质)，由此基本上涂布纸板或纸介质的纤维或结构。
在施用之后，所施用的封端聚碳二酰亚胺的涂料通常粘附于纸板或纸介质。
在这里，粘附表示封端的聚碳二酰亚胺与纸板或纸介质之间的相互作用。在此方面，粘附可以是力学粘合的形式，其中所施用的封端聚碳二酰亚胺的涂料以互锁或浸渍方式填充在纸板或纸介质的表面中的空隙或孔，尤其是在压延棒用作上述施用技术的情况下。另外，粘附可以是化学粘合的形式，其中所施用的封端聚碳二酰亚胺涂料对于纸板或纸介质的粘合可以是离子键合和氢键的形式。另外，粘附也可以包括在所施用的封端聚碳二酰亚胺涂料与纸板或纸介质之间形成共价键，但是在所施用的封端聚碳二酰亚胺涂料与纸板或纸介质之间的化学反应一般并不限定粘附的主要模式。另外，粘附可以是其它粘合现象的形式，例如在所施用的封端聚碳二酰亚胺涂料与纸板或纸介质之间的范德华力、分散粘合、静电粘合和扩散粘合。
在此实施方案中，因为封端的聚碳二酰亚胺被设计成基本上不含或完全不含未反应的异氰酸酯基团(即nco含量是约0)，所以认为由于施用封端聚碳二酰亚胺涂料所引起的强度提高是归因于封端聚碳二酰亚胺本身的固有强度，以及部分归因于封端聚碳二酰亚胺与纸板或纸介质之间的粘附。因此，如上所述，所施用的封端聚碳二酰亚胺的重均分子量至少是4,500g/mol，更通常是5,500-30,000g/mol(道尔顿)。
与具有相同基重的未处理的纸板和纸介质相比，根据上述任一种方法处理的纸板或纸介质(即，未漂白牛皮纸，全木浆漂白硫酸盐纸板或100％再生纸板)能在干和湿处理方法中都达到增加的强度。在某些实施方案中，在平均湿拉伸强度的检测中，与具有相同基重的未处理的纸板和纸介质相比，这些经处理的纸板和纸介质达到大于80％的改进幅度。所以，与具有较大基重的未处理的的纸板或纸介质相比，本发明允许使用具有较小基重的经处理的纸板或纸介质达到相似和/或改进的强度，以及提高的阻隔性能。
以下实施例用于说明本发明，并且不以任何方式限制本发明的范围。
实施例
检测和施用设备：
下面检测实施例1和2的各种实验样品的nco含量和粘度，并与公知的标准品比较以确认品质。
metrohm798滴定仪用于检测％nco(即，nco含量或％nco值)。实验样品与二丁基胺在中等加热和搅拌下反应并衍生5分钟。过量的二丁基胺用甲醇滴定，然后在给定的浓度和所用甲醇的体积下返回计算％nco值。这些样品重复检测两次并报告平均值。粘度是通过配备#21锭子的brookfieldrheometer检测的。在25℃下调理25分钟之后进行检测。
来自rkprintcoatinstrumentsltd的k101机动涂布机(controlcoater)用于制备和处理实施例1和2的纸板。来自paulngardnercompany的gardco12"oa3/8"直径(30.5cmoa.95cm直径)#00和#03绕线jr棒与k机动涂布机一起使用。根据涂料组合物的粘度和所用基材的内部尺寸将压延速度从0调节到10的可变单位，从而实现所需的涂布重量。
使用各种基材(即，来自mwv的14点的未涂布未漂白牛皮纸，来自cascades的18点的涂布再生纸板)进行施用和检测。将每种基材切成7"x14"的片材(17.8cmx35.6cm)并固定到k涂布机平台上。
制备异氰酸酯封端的预聚物(用于下文实施例1中)：
将pmdi、即4,4′mdi和2,4′mdi的改性预聚物加入烧瓶中。将内容物在搅拌下加热到60℃，其中加入额外的4,4′mdi并将内容物搅拌15分钟。接着在搅拌下向烧瓶加入双官能聚酯多元醇(millester16-30多元醇,来自huntsmenchemical)，并将各组分在80℃下搅拌1小时以形成异氰酸酯封端的预聚物。从热源移出所形成的异氰酸酯封端的预聚物并在使用之前冷却到室温。
制备封端的碳二酰亚胺(用于下文实施例2中)：
将tdi、磷酸三苯基酯(tpp)和异氰酸苯基酯加入烧瓶中。将内容物在搅拌下加热到70℃，其中在搅拌下向烧瓶加入3-甲基-1-苯基-2-磷杂环戊烯-1-氧化物(mppo)并将各组分在120℃下搅拌1小时。在搅拌下加入第二部分的mppo并将各组分在120℃下搅拌6小时以形成封端的碳二酰亚胺聚合物。从热源移出所形成的封端的碳二酰亚胺聚合物并在使用之前冷却到室温。任选地，封端的碳二酰亚胺可以与溶剂例如磷酸三乙基酯、乙酸正丁基酯、乙酸叔丁基酯或乙酸乙酯在使用之前混合，从而允许在施用时在纸板内更好的流动和穿透。
实施例1：双组分施用和检测工序：
将用于反应性多异氰酸酯和胺化合物的双组分涂料体系如下施用(下表a所示的涂布顺序b)：用来自mwv的14点未漂白牛皮纸板和固定于k涂布器平台的#00棒，将5ml的反应性多异氰酸酯(聚合的mdi或异氰酸酯封端的预聚物，如下表a中所示)施用到压延棒的基底上。在速度设定为10的情况下，k涂布器转换成向前并将化学品向下推到基材上。从基材表面擦除剩余的反应性多异氰酸酯；取出压延棒，并用丙酮清洗，并返回到k涂布器平台的顶部。
接着，将5ml的三亚乙基二胺在双丙甘醇中的溶液(即包含在下表b中所示胺催化剂的溶液)施用到压延棒的基底上。继续在设定为10的速度下，k涂布器转换成向前并将化学品向下推到基材上。从基材表面擦除剩余的溶液(a)，并从涂布平台取出经由双组分施用工艺形成的经涂布的纸板以进行固化。
在涂布顺序a(参见下表a)的情况下，施用反应性多异氰酸酯和所述溶液的顺序是相反的(即，其中首先施用上述溶液，然后按照与上述涂布顺序b相似的方式将反应性异氰酸酯施用到溶液上)。
根据下表b中所示的实施例进行双组分施用工艺，在所得的纸辊中没有发生堵塞，并在4分钟之后在露天固化，并且相应的样品进行物理检测。
经处理的纸板样品进行检测，并与具有与经处理纸板样品相同的基础纸板的未处理的参比样品比较。在每个物理性能试验中，为了对比，经处理的样品和未处理的样品进行检测。例如，所有湿强度检测需要将每个经处理的样品和未处理的样品浸入去离子水中达到30分钟，并在进行撕裂试验之前吸干。
结果列在下表a中：
表a：双组分的经处理的纸板
实施例2：封端聚碳二酰亚胺的施用和检测工序：
将封端的聚碳二酰亚胺(如上所述形成)用#00压延棒和设定为10的速度涂布到来自mwv的14点未漂白牛皮纸板上。在基材和压延棒固定的情况下，将过量的约5ml的封端聚碳二酰亚胺在稳态料流中在基片的顶部施用到压延棒的基底上。将k涂布器转换成向前，并且压延棒自动向基材移动。从基材表面除去剩余的封端聚碳二酰亚胺；并且从涂布器平台取出经处理的纸板。
如表b所示的经处理的基材在露天干燥至少15分钟，从而允许封端的聚碳二酰亚胺聚合物穿透纸板并允许存在的任何剩余溶剂(若使用的话)干燥。
经处理的纸板进行检测，并与具有相同基重的未处理纸板比较。在如下所述的每个物理性能试验中，为了对比，经处理的样品和未处理的样品在相同条件下进行检测。对于所有湿强度检测，使每个样品(未处理的或经处理的)浸入去离子水中达到30分钟，并在检测之前吹干。结果列在下表b中：
表b—封端的聚碳二酰亚胺聚合物(pcdi)
实施例3：双组分施用和检测工序的其它实施例：
ometvaryflex530压机用于制备和处理纸板。与压机一起使用solidomet网纹辊，其具有60度孔角度和载荷孔为5和8bcm/sq.in.("十亿立方微米/平方英寸"，这对应于1.55cm3/m2)。也使用带式omet网纹辊，其具有60度孔角度，并且孔尺寸为1.03、1.53、1.75、2.22、2.85、3.58、4.09、4.43、5.08、5.86、6.41、6.95、8.0、10、12、16、18和20bcm。在用于施用的每个压机装置中使用天然橡胶传送辊，其具有一次性塑料刮刀。使用各种基材(即，来自rocktenn的36#衬板，来自cascades的14点的涂布再生纸板)进行施用和检测。每个基材进行滚压并以50、100、175和200ft./min.(即，15.24、30.48、53.34和60.94米/分钟)的速度输送经过压机。在环境条件下接连施用两个压机装置且没有干燥。
用于异氰酸酯和胺化合物的多双组分涂布体系是如下所述使用柔版印刷压机施用的(上述表a的涂布顺序a)：在配备3bcm/sq.in.(4.65cm3/m2)的omet网纹辊的ometvaryflex530压机的装置1中加入三亚乙基二胺在双丙甘醇中的溶液(即，包含在上表b中所示的胺催化剂的溶液)，并在配备5bcm/sq.in.(7.75cm3/m2)的omet网纹辊的压机的装置2(或在胺之后的任何随后装置)中加入反应性多异氰酸酯(聚合mdi(32％高比例环结构)，如表a所示)，使来自rocktenn的36#衬板在约15m/min(50ft/min)下输送经过压机。对来自传送辊的在纸板上的压力进行在线调节以开始印刷；大于30.5米的基材(即大于100英尺的基材)进行连续涂布，机械滚压，并在露天固化。通过此方法施用双组分涂布体系。结果列在下表c中：
表c：双组分的经处理的纸板
11.55cm3/cm2＝1bcm/sq.in
应当理解的是，所附权利要求书不限于表示在详述中描述的任何特定的化合物、表面处理材料或方法，它们可以在落入所附权利要求书范围内的具体实施方案之间变化。关于本文中用于描述各种实施方案的特定特征或方面的任何马库什群组，可以由各马库什群组的各成员独立于所有其它马库什成员获得不同、特殊和/或出乎意料的结果。马库什群组的各成员可以独立和/或组合，并为所附权利要求书范围内的具体实施方案提供足够的支持。
另外，用于描述本发明的各种实施方案的任何范围和子范围独立地并共同地落入所附权利要求书的范围内，并被理解为描述和考虑了包括其内的整数和/或分数值的所有范围，即使在本文中没有明确写出这些值。本领域技术人员容易认识到，所列举的范围和子范围足以描述和实现本发明的各种实施方案，且这样的范围和子范围可进一步描绘成相关的1/2、1/3、1/4、1/5等等。仅仅作为一个例子，“0.1至0.9”的范围可进一步描绘成下1/3，即0.1至0.3；中间1/3，即0.4至0.6；和上1/3，即0.7至0.9，它们独立地并共同地在所附权利要求书的范围内，并可独立地和/或共同地依赖它们并为所附权利要求书范围内的具体实施方案提供足够的支持。此外，对于界定或修饰范围的词语，如“至少”、“大于”、“小于”、“不大于”等，应当理解的是，这样的词语包括子范围和/或上限或下限。作为另一实例，“至少10”的范围固有地包括从至少10至35的子范围、从至少10至25的子范围、从25至35的子范围等等，并且可以独立地和/或共同地依赖各子范围并为所附权利要求书范围内的具体实施方案提供足够的支持。最后，可以依赖所公开的范围内的独立数值并为所附权利要求书范围内的具体实施方案提供足够的支持。例如，“1至9”的范围包括各种独立整数，例如3，以及含小数点的独立数值(或分数)，例如4.1，可以依赖它们并为所附权利要求书范围内的具体实施方案提供足够的支持。
上文已经通过说明性方式描述了本发明，并且应当理解的是所用的术语用于描述目的，并不起限制作用。显然，可以在上述教导基础上对本发明进行许多改进和改变。可以在不受具体描述的限制的情况下实施本发明。