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摘要：针对聚丙烯蜂窝板用单组分水性聚氨酯的附着强度较差的现状，采用KH550后扩链的方法，通过调节KH550的用量，制备一系列水性聚氨酯。研究表明，水性聚氨酯薄膜与聚丙烯蜂窝板的附着强度随着KH550的用量增加而增加。

关键词：水性聚氨酯；涂料；附着强度

中图分类号：TQ323.8  文献标识码：A

Abstract： A series of waterborne polyurethanes were prepared with the objective of improving the adhesion strength of one-component waterborne polyurethane for polypropylene honeycomb panels. The dosage of KH550 was adjusted using the method of KH550 post-chain expansion. The results demonstrated that the adhesion strength of waterborne polyurethane films to polypropylene honeycomb panels increased with the dosage of KH550.

Key words： Waterborne polyurethane; Paint; Adhesion strength

前言

聚丙烯蜂窝板是一种结构独特的复合材料，其设计借鉴了三明治的夹层构造，主要由两层表面强硬、薄且刚性高的面板包覆，中间填充以质轻、厚实但承重能力较弱的蜂窝状核心层，通过面板与蜂窝芯的集成制造而成[1]。面板与蜂窝芯的结合技术多样，最常用的为采用粘合剂将其紧密粘接，此外，还有通过模压、焊接及其它先进的成型技术来实现二者有效结合的方法[2]。这种板材因具备良好的隔热、隔音性能，加之高强度与高透光性，近年来在建筑与交通运输等行业中的应用日益广泛。然而在使用过程中聚丙烯蜂窝板会存在一定的磨损，可在其表面进行涂层防护[3-4]。

具有高固体含量、低粘度及出色性能的磺酸基/羧基水性聚氨酯（WPU），是专为聚丙烯蜂窝板涂层设计的底层膜树脂，展现出广阔的开发与应用前景[5-8]。这种新一代水性聚氨酯材料，融合了无毒环保的生态优势与简便生产工艺、成本节约的商业化特点，体现了材料科学的绿色与高效并重的发展方向。当前，国内涂料产业正经历着产品线的转型升级，高性能的水性产品正加速替代旧有的溶剂型产品，预示着在工程涂料技术领域，水性化与功能提升已成为不可阻挡的新潮流[9-11]。

聚氨酯因其包含强力的极性基团，如异氰酸酯基、羟基及脲基，并能通过氢键和范德华力形成紧密内聚，故而对于极性塑料表层展示出卓越的粘附能力。针对非极性塑料如PE、PP，除进行塑料表面预处理外，策略性地在聚氨酯树脂中接枝具有相似化学性质、表面张力及溶解度参数的链段，亦能有效提升粘合效果[12]。水性聚氨酯涂料依据其构成可分类为单组分与双组分体系。单组分涂料基于热塑性树脂原理，成膜过程中不经历交联反应，施工便捷，常见为低相对分子质量或低交联度设计[13]。然而，其结构中的亲水性基团可能导致在干燥过程中，若成盐剂未能彻底挥发，则残留的亲水性基团将削弱涂膜的防水性能。此外，单组分涂料在耐化学腐蚀性、耐溶剂性、涂膜硬度、表面光泽及颜色鲜艳度方面表现平平。为了解决上述单组分水性聚氨酯涂料在机械性能和耐化学试剂性能上的局限，研究倾向于引入反应性官能团以促进交联反应，或采用复合改性基料策略，旨在通过这些方法增强涂料的整体性能表现[14-17]。本论文针对ABS塑料基材用单组分水性聚氨酯的附着强度较差的现状，采用KH550后扩链的方法，通过调节KH550的用量，制备一系列水性聚氨酯。研究KH550的用量对ABS塑料基材附着强度的影响。

1 实验与方法

1.1 实验材料

聚己二酸-1，4-丁二醇酯二醇-1000（PBA1000），聚己内酯-1000（PCL1000），工业级，陶氏化学有限公司；异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）， 分析纯，赢创特种化学（上海）有限公司；二丁基二月桂酸锡、二羟甲基丙酸、乙二胺、丁二醇、三乙胺，分析纯，国药集团化学试剂有限公司 ；氨丙基三乙氧基硅烷（KH550），分析纯，上海匹优新材料有限公司；PP表面处理剂KD-770，工业级，东莞市景舜复合材料有限公司。

1.2 水性聚氨酯的合成

一系列水性聚氨酯（WPUKX）的合成配方如表1及图1。将100 g PBA1000、100 g PCL1000、5 g 丁二醇、122 g IPDI于85°C反应1 h，再加入15 g DMPA，于80°C反应3 h，再降温至50°C，加入11.2 g三乙胺，反应0.5 h，降温至15 °C，测定异氰酸根含量，倒入乳化桶，加入冰水200 g后高速搅拌，再缓慢滴加KH550（1 g、2 g、3 g、4 g、5 g）及7.5 g乙二胺，再反应1 h，制备成一系列水性聚氨酯（WPUKX）。

1.3 WPUKX乳液的性能分析

1.3.1 粒径与Zeta电位测定

将WPUKX乳液稀释至固体质量分数为0.1%，随后利用NANO ZS90激光粒度仪（Malvern，英国）进行粒径测量，并同步测定Zeta电位。

1.3.2 离心稳定性评估

依据GB/T 6753.3-1986标准，对WPUKX乳液实施稳定性测试。具体操作为在3000转/分钟的离心速度下离心15分钟，若无沉降现象出现，则表明该乳液具有至少6个月的存储稳定性。

1.4 水性聚氨酯WPUKX薄膜的制备流程

将WPUKX乳液倾倒于聚四氟乙烯板表面上，在常温条件下自然干燥48 h，随后转移至60℃的真空干燥箱内继续干燥48 h，从而得到厚度约为0.2mm的WPUKX薄膜。

1.5 WPUKX薄膜的红外光谱分析

对制备好的聚氨酯薄膜实施全反射红外光谱测试，设定分辨率为2 cm-1，扫描波数区间为4000至500 cm-1。

1.6 WPUKX薄膜的吸水性测定

从WPUKX薄膜上裁剪2厘米×2厘米大小的样品，并在100℃下烘干至恒定重量，记录初始重量（w1）。将样品浸入去离子水中浸泡24 h，之后用滤纸轻轻吸去表面水分，再次称重（w2）。按照吸水率（%） = [（w2-w1） / w1] × 100，计算得出WPUK薄膜的吸水率。

1.7 WPUKX薄膜的机械性能研究

按GB/T 1040-92，采用拉力试验机对WPUKX薄膜进行拉伸强度、断裂伸长率等机械性能测试。先用KD-770将聚丙烯蜂窝板表面进行处理，采用GB/T5210-1985，测定WPUKX树脂与PP塑料表面的附着强度。

2 结果与讨论

2.1 WPUKX乳液的基本性能

表2为WPUKX乳液的基本性能。WPUKX乳液粒径分布均匀，在40～80 nm之间，随着KH550用量增加，乳液的平均粒径逐步降低，这可能是随着KH550用量，交联强度增加，从而导致乳液粒径下降。所有WPUKX乳液经过3000 r/min、15 min 离心后并无沉淀， 表明WPUKX乳液稳定性能良好。

2.2 WPUKX的红外图谱

图2为WPUKX的红外图谱。-NH-的伸缩振动峰为3322 cm-1，-CH2-的伸缩振动峰为2953 cm-1及2858 cm-1，C=O的伸缩振动峰为1702 cm-1，C-O-C的伸缩振动峰为1104 cm-1。这表明WPUKX合成成功。

2.3 WPUKX薄膜的吸水率

图3为WPUKX薄膜的吸水率，随着KH550增加，WPUKX薄膜的吸水率逐步降低。这可能是随着KH550用量，WPUKX交联度提高，从而使其吸水率降低。

2.4 WPUKX薄膜的机械强度

表3为WPUKX薄膜的机械强度，随着KH550增加，WPUKX薄膜的拉升强度逐步增加。这可能是随着KH550用量，WPUKX交联度提高，从而提高了其拉伸强度。而WPUKX的断裂伸长率降低是由于其交联度增加，从而导致其断裂伸长率增加。与此同时，其涂层的附着强度也随着提高，可能是WPUKX薄膜中含有KH550，可与聚丙烯蜂窝板表面反应从而提高其附着强度。

3 结论

针对聚丙烯蜂窝板用单组分水性聚氨酯的附着强度较差的现状，采用KH550后扩链的方法，通过调节KH550的用量，制备一系列水性聚氨酯。研究表明，随着KH550用量增加，水性聚氨酯薄膜的吸水率逐步降低。水性聚氨酯的拉伸强度随着KH550用量增加而增加，而水性聚氨酯的断裂伸长率随着KH550用量增加而降低。水性聚氨酯与聚丙烯蜂窝板的附着强度随着KH550用量增加而增加。

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