CN101195705B

CN101195705B - 轻质聚氨酯塑胶铺面材料

Info

Publication number: CN101195705B
Application number: CN200710031229A
Authority: CN
Inventors: 苏政权; 李永麟; 陈光利; 邬思辉
Original assignee: Shili Sports Equipment Co ltd Guangzhou City; Guangdong Pharmaceutical University
Current assignee: Shili Sports Equipment Co ltd Guangzhou City; Guangdong Pharmaceutical University
Priority date: 2007-11-02
Filing date: 2007-11-02
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2027-11-02
Also published as: CN101195705A

Abstract

本发明公开了一种轻质聚氨酯塑胶铺面材料，包括甲组分、乙组分和复合催化剂，还可以包括有黑胶粒，乙组分中使用了粉煤灰作为填料，本发明找到合适的原料配比，解决了粉煤灰组分组的流淌性，使得传统的工业垃圾粉煤灰变废为宝，生产出适应市场需求的低成本轻质聚氨酯塑胶铺面材料，不仅有利于减少粉煤灰对环境的污染，还能创造良好的经济效益和社会效益。利用粉煤灰生产得到的轻质聚氨酯塑胶铺面材料质量轻，铺装后比表面大，降低了单位铺装体积的用料量，较大程度的降低了成本，并且各项性能都能达到国家标准，为粉煤灰综合利用提供新的广阔前景，为国家发展体育事业做出贡献。

Description

轻质聚氨酯塑胶铺面材料

技术领域

本发明涉及一种轻质型聚氨酯塑胶铺面材料，特别是一种采用粉煤灰为填料的新型轻质聚氨酯铺面材料。

背景技术

粉煤灰是煤粉经高温燃烧后形成的一种类似火山灰质的混合材料，它是一定细度的煤粉在锅炉中燃烧(1100～1500℃)后，由除尘器收集到的粉状物质，是一种高度分散的微细颗粒集合体，在干燥状态时呈灰色或灰白色，无黏结性，含水量大的粉煤灰呈灰黑色，由于表面张力作用，粉煤灰颗粒大部分为空心微珠；微珠表面凹凸不平，极不均匀，微孔较小；一部分因在熔融状态下互相碰撞而连接，成为粗糙表面，棱角较多的蜂窝状粒子，其粒径集中在10-1000μm，约占85％以上。粉煤灰松散密度在445-680kg/m3，比表面积221-586m2/kg。由于粉煤灰具有多孔结构和球形粒径的特性，在松散状态下具有良好的渗透性，其渗透系数比黏性土的渗透系数大数百倍。粉煤灰在外荷载作用下具有一定的压缩性，同比黏性土其压缩变形要小得多。粉煤灰以玻璃质微珠为主，其次为结晶相，主要结晶相为莫来石、磁铁矿、赤铁矿、石英和方解石等，玻璃相是粉煤灰的主要结晶相。粉煤灰的化学成分主要是SiO2，Al2O3，Fe2O3，CaO和未燃炭，另含有少量K，P，S，Mg等氧化物和As，Cu，Zn等微量元素。

据有关资料显示，全世界煤的年总消耗量为42.26亿吨，燃煤电厂粉煤灰的年排放量达2.9亿吨。欧美发达国家粉煤灰的综合利用率基本达到50％以上，个别国家达到90％以上，美国很早就把粉煤灰与其他矿产并列为主要的矿物资源，并着手从中提取各种金属。

粉煤灰作为充填材料已应用于复垦采煤塌陷区中，运用粉煤灰、河砂资源加入自制的膏体胶结料，制作成不需要脱水处理的牙膏状浆体，采用冲填泵或重力加压通过管道输送到井下，适时充填采空区或离层区，实现村庄不搬迁，安全开采建筑物下压煤，保护矿区生态环境和地下水资源。既可使采煤破坏的土地得到恢复，又可减少粉煤灰占地以及对环境的污染。

我国的煤年总消耗量约11.06亿吨，2002年我国粉煤灰的年排放量达1.6亿吨。即使在电厂节能效率不断提高的情况下，到2020年，我国粉煤灰的年总排放量也将是现在的3倍左右，加上目前我国已有的20亿吨粉煤灰累积堆存量，总的堆存量将会达到30多亿吨。由于多方面的原因，我国的粉煤灰利用率还比较低，大部分还是贮存在灰场，仍有少量粉煤灰飘入大气之中。政策规定不允许向江河湖海排放粉煤灰，但是由于排灰设施不够完善和存在管理方面的问题，仍有少量粉煤灰连同灰水流入水体，这些都对环境构成了污染源。这种现状对每一个有责任感的技术工作者都提出了相当艰巨的任务，应当寻求到各种利用方法，变废为宝，对有效解决粉煤灰这一环境废物将具有非常重大的意义，也是迫不及待的。

近年来，国家加大了对粉煤灰综合利用的力度，并给予了相应的优惠政策，特别是随着《粉煤灰综合利用政策》的实施，粉煤灰已在建材、建筑、农业、材料、环境保护等领域得到了应用和扩展，尽管如此，仍应鼓励加大粉煤灰综合利用的力度，开拓新的应用领域，从而使粉煤灰创造出更高的使用价值。

聚氨酯铺面材料(又称铺装材料)广泛用于铺设各类体育运动场地，是目前国际上公认最好的运动场地的铺装材料之一。聚氨酯铺面材料具有弹性好、耐磨、防滑、色彩美观、场地清洁、易于维护管理、不受气候条件影响、粘结能力强及经久耐用等优点，由此铺设的运动场地平坦均匀、可吸收震动、弹跳自如，运动员若跌跤还能减小受伤程度，现已成为现代化体育设施中不可缺少的一部分。

自20世纪60年代初，聚氨酯铺面材料在塑胶跑道上铺设应用成功并得到世界认可以来，不但发展到篮球、排球、羽毛球、网球场地的铺设，且发展到托儿所、幼儿园、宾馆、饭店门厅、微机室、图书馆地面和老年人居室的铺设。进而发展制出了聚氨酯卷材、聚氨酯地板材、聚氨酯地板砖、聚氨酯防水材、聚氨酯灌封材料等系列产品。总之，聚氨酯塑胶铺面材料以其优良的性能而广泛应用于铺设各类运动场地(如塑胶跑道、篮球场、网球场、羽毛球场、乒乓球场等)及各种地板(如火车、地铁、汽车等车厢地板，车间、实验室、机房等地板)，国际奥委会将利用该材料铺设的塑胶跑道和各类球场定为国际大型比赛的必备条件之一。

塑胶跑道从下到上一般分为基础层和胶面层，一般胶面层由弹性高分子材料构成，胶面可以是有橡胶颗粒或无颗粒的塑胶跑道。胶面层主要由聚氨酯材料组成的称为聚氨酯塑胶跑道，按原料组分可分为单组份塑胶跑道、双组份塑胶跑道；按胶面层构造可分为全塑型(聚氨酯胶面层全部采用聚氨酯材料)、复合型(又称透气型，胶面层为双层结构)、混合型(由PU胶粒或橡胶胶粒混合后固化成型)，大多数塑胶跑道是采用浇注方法直接铺设而成。另外，还有携带方便可用于多种场合折叠成卷的橡胶板形式的便携式跑道(折叠型)。除折叠型外，其他三种类型的基层都是类似的，主要是铺设的胶面层有区别，需要考虑运动比赛的要求及价格情况来决定胶面层的铺设。由于未铺装铺面材料的各类运动场是空气污染中可吸入颗粒物(IP)的主要来源之一，直接影响一个地区的空气质量。据报道，目前全国46个主要空气质量监测城市中的首要污染物大都为IP。运动场地铺装聚氨酯铺面材料成为势在必行的一项要求，例如北京地区计划在2008年之前，将全区裸露的各类运动场地全部用聚氨酯铺面材料予以铺装，一方面是为了迎接奥运，另一方面亦是改善北京地区空气质量的需要。

随着我国人民生活水平的大幅度提高和全民健身运动的开展，中小学等基层单位对体育设施的需求也不断增加。据统计，从1979年9月铺设第一条聚氨酯跑道到1996年底，我国铺设的聚氨酯塑胶运动场包括塑胶跑道，篮球场，网球场等总量为95万m2，1998年的铺设面积为50万m2，2000年的铺设面积为150万m2，2004年的铺设面积已突破1500万m2。六年来，其产量增加了30倍，发展势头迅猛。按教育部统计，全国有大、中、专院校3000所，中、小学校20万所以上。大、中专学校塑胶跑道按照5000m2、中小学校按照1000m2计算，国内塑胶跑道市场容量将达到2.15亿m2，其中有10％已经铺设完成，仍然还有近2亿m2的市场，这还是一个比较保守的估计数目。

按上述估计，根据目前市场价格计算，不计增长率聚氨酯塑胶跑道市场容量为410亿元。但是，目前国内市场上现有产品品种的成本和价位相对较高，这样高昂的价格大大制约了聚氨酯塑胶跑道的推广和应用。许多中、小学受财力的限制，暂时难以接受的高价位塑胶跑道。为了配合全民健身纲要计划，进一步推动我国人民体育水平的提高，低成本塑胶跑道的开发和应用推广必然成为以后市场发展的方向。

经过检索，尚未发现粉煤灰在聚氨酯铺面材料方面的应用。

综上所述，本申请人经过大量的实验，不断地寻找解决方案，既能够用来解决粉煤灰所带来的环境问题，又能够将其作为一个新兴的资源以发展多种实用性产品，加大对粉煤灰综合利用。如果能够实现，不仅有利于减少粉煤灰对环境的污染，还能化害为利、变废为宝，创造良好的经济效益和社会效益。

根据本申请人的初步估算，铺设一个标准400米田径场大约需要消耗粉煤灰30～40吨，聚氨酯铺面材料的比重将降低大约25％，与传统产品相比其原材料成本降低30％，将为我国主要工业固体废弃物粉煤灰(CFA)的利用开辟了新路，也为减轻聚氨酯铺面材料的重量和降低其成本提供了重要的保证。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种新的以粉煤灰为填充材料的新型轻质聚氨酯铺面材料，由于该材料质量轻，铺装后比表面大，降低了单位铺装体积的用料量，较大程度的降低了成本，并且各项性能都能达到国家标准。找到合适的原料配比，解决了粉煤灰组分组的流淌性问题，使放置一段时间流动性不降低，保证粉煤灰组分组(乙组)的稳定性。因为选择使用粉煤灰，有效地利用了粉煤灰这一环境废物，为粉煤灰综合利用提供新的广阔的前景。

本发明的另一个目的是提供了所述的轻质聚氨酯铺面材料的铺装方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

提供一种轻质聚氨酯塑胶铺面材料，包括甲组分、乙组分和复合催化剂，乙组分中包含有粉煤灰作为填料。

甲、乙组分重量比为1∶2～6；复合催化剂占甲组分重量的1～6％。

所述的轻质聚氨酯塑胶铺面材料，还包括黑胶粒，黑胶粒占甲组分、乙组分总重量的10～30％。

所述甲组分由20～40重量％异氰酸酯、60～80重量％聚醚多元醇组成；乙组分由20～50重量％粉煤灰、1～10重量％3，3’一二氯-4，4’一二氨基一二苯基甲烷、5～25重量％聚醚多元醇、30～60重量％加工助剂、0.1～5重量％颜料、0.1～5重量％抗老化剂、0.1～5重量％紫外线吸收剂和0.1～5重量％防霉剂组成；复合催化剂由30～70重量％铅催化剂和30～70重量％锌催化剂组成。

所述的异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、4，4’一二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、碳化二亚胺一脲酮改性MDI、多元醇改性MDI、多亚甲基多苯基多异氰酸酯。

所述聚醚多元醇为聚氧化丙烯二元醇、聚氧化丙烯三元醇、聚氧化丙烯四元醇的一种或多种。

所述聚氧化丙烯二元醇为N-210、N-220、N-2028或N-240；聚氧化丙烯三元醇为N-3035或N-330；聚氧化丙烯四元醇为N-403或N-405。

所述铅催化剂为环烷酸铅，异辛酸铅，脂肪酸铅中的一种或多种；锌催化剂为环烷酸锌，异辛酸锌，脂肪酸锌中的一种或多种。

本发明同时提供了所述轻质聚氨酯塑胶铺面材料的使用方法，分为上下两层施工铺装，将甲、乙组分按照1∶2～6的比例混合，再加入占总重量的10～30％的黑胶粒，加入占甲组重量的1％～6％复合催化剂混合均匀后，铺装下层；将甲、乙组分按照1∶2～6的比例混合，加入占甲组重量的1％～6％复合催化剂混合均匀后，铺装上层，喷洒防滑层，干燥即可。

所述的甲组分、乙组分、复合催干剂的组成及含量(重量百分比)列举如下：

(1)甲组分由20～40异氰酸酯、60～80聚醚多元醇(PPG)组成。

(2)乙组分由20～50填料、1～103，3’一二氯-4，4’一二氨基一二苯基甲烷(MOCA)、5～25聚醚多元醇、30～60加工助剂、0.1～5颜料、0.1～5抗老化剂、0.1～5紫外线吸收剂和0.1～5防霉剂组成；

(3)复合催化剂由30～70铅催干剂和30～70锌催化剂组成；

其中异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯(TDI)、4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯(纯MDI)、碳化二亚胺一脲酮改性MDI(液化MDI)、多元醇改性MDI(改性聚合MDI)、多亚甲基多苯基多异氰酸酯(粗MDI或PAPI)；

其中聚醚多元醇为聚氧化丙烯二元醇：N-210，N-220，N-2028，N-240，聚氧化丙烯三元醇：N-3035，N-330，聚氧化丙烯四元醇：N-403，N-405中的一种或多种；

填料为粉煤灰，陶土，白碳黑，滑石粉，轻质碳酸钙中的一种或多种；

加工助剂为氯化石蜡，硬脂酸，邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)中的一种或多种；

颜料为氧化铁红，酞菁绿、氧化铬绿、耐晒黄、铁黄，汉沙黄中的一种或多种；

紫外线吸收剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮(UV-531)或2-羟基-4一甲基二苯甲酮(UV-9)；

抗老化剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戌四醇酯(1010)，2，6-二叔丁基对甲基苯酚(7501)中的一种或两种；

铅催化剂为环烷酸铅，异辛酸铅，脂肪酸铅中的一种或多种；

锌催化剂为环烷酸锌，异辛酸锌，脂肪酸锌中的一种或多种。

本发明的有益效果是：

(1)本发明以粉煤灰作为填料制作的铺面材料，具有比土轻，可以减轻自重，减小铺装面沉降，有利于铺装面排水流畅，产品后期强度高，干缩性小，和易性好，水化热低，抑制碱骨料膨胀，抗硫酸盐腐蚀性能好等优点。并且用它铺筑塑胶跑道面层将与基层将会结成整体层，在一定的温度、湿度下其强度随着龄期而增加，结硬后具有较好的板体性和稳定性，铺面材料的各项性能都达到了国家标准。相比传统产品，粉煤灰产品铺铺装后有更大的比表面积，减少了用料量，降低了成本。也就是说通过本发明的方案获得了一种品质更高、重量更轻、成本更低的聚氨酯塑胶铺面材料。

(2)变废为宝，有效解决粉煤灰这一环境废物的再利用，适应了国家加大了对粉煤灰综合利用力度的需要，为粉煤灰开拓了新的应用领域，从而使粉煤灰创造出更高的使用价值。

(3)配合全民健身计划，实现了低成本塑胶跑道的开发和应用进一步推动我国人民体育水平的提高，尤其是为即将到来的2008奥运会、2010年亚运会作出贡献。

附图说明

图1本发明轻质聚氨酯塑胶铺面材料的铺装工艺流程图

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来进一步说明本发明。部分性质相近的物质的简单替换不一一在实施例中列举，但并不因此限定本发明的范围。

实施例1

分别按下列配方，各组份单位为Kg，生产甲组分、乙组分、复合催化剂，即分别按照常规方法进行混合。

甲组分乙组分复合催化剂

TDI：35 MOCA：50 异辛酸铅：61.2

N-2028：65 粉煤灰：350 异辛酸锌：38.8

陶土：100

白碳黑：5

N-330：67

DOP：400

氧化铁红：26

UV-531：0.5

1010：2.6

防霉剂：1.3

在现场施工时，将甲、乙组分按照1∶2～6的比例混合，再加入占总重量的10～30％的黑胶粒，加入占甲组重量的1％～6％复合催化剂混合均匀后，铺装下层，见附图1工艺流程示意图；将甲、乙组分按照1∶2～6的比例混合，加入占甲组重量的1％～6％复合催化剂混合均匀后，铺装上层，喷洒防滑层，干燥即可。

实施例2

分别按下列配方，各组份单位为Kg，生产甲组分、乙组分、复合催化剂。

甲组分乙组分复合催化剂

TDI：29 MOCA：48 异辛酸铅：65

N-240：71 粉煤灰：450 异辛酸锌：35

陶土：100

白碳黑：5

N-330：66.6

氯化石蜡：400

氧化铁红：26

1010：2.6

UV-531：0.5

防霉剂：1.3

在现场施工时，将甲、乙组分按照1∶2～6的比例混合，加入占甲组重量的1％～6％复合催化剂混合均匀后，铺装下层；将甲、乙组分按照1∶2～6的比例混合，加入占甲组重量的1％～6％复合催化剂混合均匀后，铺装上层，喷洒防滑层，干燥即可。

实施例3

甲组分乙组分复合催化剂

MDI：20 MOCA：10 环烷酸铅：70

N-3035和N-210：80 粉煤灰：400 环烷酸锌：30

陶土：95

白碳黑：5

N-330：50

硬脂酸：300

耐晒黄：1

1010：50

UV-9：50

防霉剂：39

实施例4

甲组分乙组分复合催化剂

PAPI：40 MOCA：100 异辛酸铅：30

N-2028和220：60 粉煤灰：175 异辛酸锌：70

陶土：20

白碳黑：5

N-2028：250

邻苯二甲酸二丁酯：397

铁黄：50

UV-531：1

7501：1

防霉剂：1

实施例1、2、3和4铺面材料按照国标的要求，14天后进行各种力学性能测试。产品符合中华人民共和国国家标准GB/T14833-93(塑胶跑道)：硬度(A)(度)：45-60、拉伸强度(MPa)≥0.7、拉断伸长率(％)≥90、压缩复原率(％)≥95、回弹值(％)≥20、阻燃性(级)：1。

Claims

1.一种轻质聚氨酯塑胶铺面材料，包括甲组分、乙组分和复合催化剂，其特征在于：

所述甲、乙组分重量比为1∶2～6；复合催化剂占甲组分重量的1％～6％；

所述甲组分由20～40重量％异氰酸酯、60～80重量％聚醚多元醇组成；所述的异氰酸酯为4，4’一二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、碳化二亚胺一脲酮改性MDI、多元醇改性MDI、多亚甲基多苯基多异氰酸酯；

所述乙组分由20～50重量％粉煤灰、1～10重量％3，3’一二氯-4，4’一二氨基一二苯基甲烷、5～25重量％聚醚多元醇、30～60重量％加工助剂、0.1～5重量％颜料、0.1～5重量％抗老化剂、0.1～5重量％紫外线吸收剂和0.1～5重量％防霉剂组成；所述加工助剂为氯化石蜡、硬脂酸或邻苯二甲酸二丁酯的一种或多种；

所述复合催化剂由30～70重量％铅催化剂和30～70重量％锌催化剂组成。

2.根据权利要求1所述的轻质聚氨酯塑胶铺面材料，其特征在于所述轻质聚氨酯塑胶铺面材料还包括黑胶粒，黑胶粒占甲组分、乙组分总重量的10～30％。

3.根据权利要求1所述轻质聚氨酯塑胶铺面材料，其特征在于所述聚醚多元醇为聚氧化丙烯二元醇、聚氧化丙烯三元醇、聚氧化丙烯四元醇的一种或多种。

4.根据权利要求1所述轻质聚氨酯塑胶铺面材料，其特征在于所述铅催化剂为环烷酸铅或脂肪酸铅中的一种或多种；锌催化剂为环烷酸锌或脂肪酸锌中的一种或多种。

5.根据权利要求4所述轻质聚氨酯塑胶铺面材料，其特征在于所述脂肪酸铅为异辛酸铅；所述脂肪酸锌为异辛酸锌。

6.一种权利要求1所述轻质聚氨酯塑胶铺面材料的使用方法，其特征在于分为上下两层施工铺装，将甲、乙组分按照1∶2～6的比例混合，加入占甲组重量的1％～6％复合催化剂混合均匀后，铺装下层；将甲、乙组分按照1∶2～6的比例混合，加入占甲组重量的1％～6％复合催化剂混合均匀后，铺装上层，喷洒防滑层，干燥即可。

7.一种权利要求2所述轻质聚氨酯塑胶铺面材料的使用方法，其特征在于分为上下两层施工铺装，将甲、乙组分按照1∶2～6的比例混合，再加入占总重量的10～30％的黑胶粒，加入占甲组重量的1％～6％复合催化剂混合均匀后，铺装下层；将甲、乙组分按照1∶2～6的比例混合，加入占甲组重量的1％～6％复合催化剂混合均匀后，铺装上层，喷洒防滑层，干燥即可。