CN105131819B - 一种水性聚氨酯跑道材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水性聚氨酯跑道材料，包括A组分和B组分，A组分是由聚醚多元醇、丙二醇甲醚醋酸酯和HDI三聚体反应制得，B组分是以聚碳酸酯二醇、扩链剂二羟甲基丙酸、MDI、三乙胺和去离子水为原料经反应制得。该水性双组分聚氨酯跑道材料无毒无味，用于制备塑胶跑道不仅根本性改善环保性能，而且相比于传统的溶剂型TDI或MDI聚氨酯塑胶跑道，具有更佳的力学性能，综合性能优越，是理想的环保产品。

Description

一种水性聚氨酯跑道材料及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子应用材料领域，具体涉及一种水性聚氨酯跑道材料及其制备方法。

背景技术

现有塑胶跑道的材质以溶剂型聚氨酯(如溶剂型TDI聚氨酯、溶剂型MDI聚氨酯)为主，其具有优良的力学特性，然而该类材质在使用中会产生较高的挥发性有机化合物(VOC)排放，气味刺鼻，有毒性，对健康有害，已无法满足越来越高的环保需求。

将材料水性化被认为是克服和改进VOC排放的一种有效方式。研究表明，水性聚氨酯材料不仅具有聚氨酯材料的优良特性，在性能上可与溶剂型产品相媲美，而且不会对环境造成污染。当前，拜耳、巴斯夫等国外企业的部分水性聚氨酯产品已经实现了工业化生产，且已在涂料、制革、纺织、建筑和胶粘剂等诸多领域得到了应用。而国内在该领域起步较晚，发展滞后，缺乏自主知识产权，且研发出的产品的整体性能存在较大差距。

发明内容

针对上述情况，本发明旨在提供一种水性聚氨酯跑道材料。通过对原料的选择和优化配置，制得的聚氨酯跑道材料无毒无味，环保性能优异，并且冲击吸收、垂直变形、拉伸强度、拉断伸长率等力学性能也有明显提高。

具体地，本发明的水性聚氨酯跑道材料，包括由下列工艺制备而成的A组分和B组分：

A组分的制备

将10-20质量份的聚醚多元醇和10-20质量份的稀释剂丙二醇甲醚醋酸酯(PMA)加入装有温度计、搅拌和真空系统的反应釜中，搅拌并升温至100-115℃，在0.06MPa真空度下脱水至釜内材料水分含量在0.05质量％以下；降温至30-40℃，加入60-70质量份的HDI三聚体，升温至50-60℃并保温反应至体系中NCO％达到5.5-6.5％，降温后放入氮气保护的密闭容器中贮存备用；

B组分的制备

将20-30质量份的聚碳酸酯二醇(PCDL)和5-10质量份的扩链剂二羟甲基丙酸(DMPA)加入脱水釜内，搅拌升温至100-110℃，在0.06MPa真空度下脱水至材料水分含量在0.05质量％以下；转入反应釜并降温至50-60℃，加入20-30质量份的MDI，缓慢升温至70-80℃并保温反应3h，然后降温至40-50℃，加入2-10质量份的三乙胺(TEA)进行中和反应30-40分钟，接着降温至30-40℃，放入分散缸中并加入10-30质量份去离子水进行分散乳化，再加入5-10质量份的颜料、20-25质量份的填料和0.05-0.2质量份的助剂，分散1小时后过滤、包装。

用于制备本发明上述水性双组分聚氨酯跑道材料的原料均是现有技术中的已知化合物，可通过商购获得或者经已知方法方便地制得。

作为优选技术方案，在A组分的制备过程中，使用的聚醚多元醇是聚醚二元醇，其平均分子量在1000-4000之间，优选2000左右。特别优选地，所用聚醚多元醇是N-220，可购自江苏钟山化工有限公司等公司。

PMA是一种环保型稀释剂，相比传统稀释剂其具有更好的环保性能和施工性能，其使用量对体系的流动性有很大影响。当使用量低于10质量份(例如5)时，体系流动性较差，高于20质量份时，流动性高，但过高用量易对最终塑胶跑道的性能产生不利影响。因此，其使用量优选为10-20质量份。

制得的A组分是一种预聚体。基于性能考虑，其NCO含量应在5.5-6.5％范围内。NCO值的测定可采用本领域的公知方法进行，如二正丁胺法。

在B组分的制备过程中，聚碳酸酯二醇(PCDL)的平均分子量优选在2000-4000范围内，可购自例如广东达志环保科技股份有限公司。

B组分制备中使用的颜料、填料和助剂均为聚氨酯型塑胶跑道制作领域中的常规材料。例如，颜料种类可根据视觉需求灵活选用，如氧化铁红S110等。填料可采用石英粉。助剂可以是流平剂(如BYK330)和/或偶联剂(如KH-570)。

基于最终成品的性能考虑，B组分的OH值宜在5.0-6.0mgKOH/g范围内。OH值的测定可采用本领域公知的方法进行，如GB/T 12008.3-2009。

相应地，本发明的目的还在于提供上述水性聚氨酯跑道材料的制备方法，包括分别制备A组分和B组分的步骤。

本发明还涉及上述水性聚氨酯跑道材料在塑胶跑道制备中的应用。在得到上述水性聚氨酯跑道材料后，如何用其制备塑胶跑道对于本领域技术人员而言属于常规知识。例如，可将A组分、B组分和催化剂以一定比例混合，搅拌均匀后，置于模具内经室温固化、熟化，得到塑胶跑道。任选地，在固化之前，可在混合体系中加入橡胶颗粒以降低成本，并且可根据性能要求在材料表面放置防滑颗粒(如橡胶粒)以增强防滑效果。

优选地，在上述过程中，以NCO/OH摩尔比为1.6-2.0的比例混合A组分和B组分。催化剂优选自有机铋类环保催化剂，如月桂酸铋、异辛酸铋、新癸酸铋等，催化剂用量优选是A和B两种组分总量的0.3-0.8％。

本发明的水性双组分聚氨酯跑道材料无毒无味，用于制备塑胶跑道不仅根本性改善环保性能，而且相比于传统的溶剂型TDI或MDI聚氨酯塑胶跑道，具有更佳的力学性能，综合性能优越，是理想的环保产品。

具体实施方式

以下通过具体实施例以对本发明作进一步详细说明，但不应将其理解为对本发明保护范围的限制。

制备实施例

1、本发明

[A组分的制备]

将18质量份N-220和15质量份的丙二醇甲醚醋酸酯(PMA)加入装有温度计、搅拌和真空系统的反应釜中，搅拌并升温至110℃，在0.06MPa真空度下脱水至釜内材料水分含量在0.05质量％以下；降温至40℃，加入60质量份的HDI三聚体，升温至60℃并保温反应至体系中NCO％达到6.0％，降温后放入氮气保护的密闭容器中贮存备用。

[B组分的制备]

将25质量份的聚碳酸酯二醇(PCDL，平均分子量：3000)和8质量份的二羟甲基丙酸(DMPA)加入脱水釜内，搅拌升温至110℃，在0.06MPa真空度下脱水至材料水分含量在0.05质量％以下；转入反应釜并降温至50℃，加入24质量份的MDI，缓慢升温至75℃并保温反应3h，然后降温至40℃，加入4质量份的三乙胺(TEA)进行中和反应30分钟，接着降温至30℃，放入分散缸中并加入20质量份去离子水进行分散乳化，再加入8质量份的氧化铁红S110、20质量份的石英粉、0.05质量份的BYK330和0.05质量份的KH-570，分散1小时后过滤、包装。经检测，B组分的OH值为5.5mgKOH/g。

[试片的制备]

按NCO/OH摩尔比为1.8的比例，将A组分和B组分均匀混合，然后倒入预先涂有脱模剂的模具内(规格300mm×300mm×2mm)，室温固化24h。取下试片，放入75℃恒温箱熟化24h后，裁哑铃形试样以备检测。

[塑胶跑道试样的制备]

按NCO/OH摩尔比为1.8的比例称取组分A和B，将A组分、B组分和月桂酸铋催化剂(加入量为A+B总量的0.5％，购自德音化学)混合，加入基于A和B总量20％的废轮胎橡胶颗粒(粒径3-5mm)，搅拌均匀后倒入预先涂有脱模剂的模具内(规格500mm×500mm×13mm)，然后在表面以15面积％的比例均匀撒上EPDM胶粒(粒径2-4mm)，室温25℃固化，熟化7天后，进行性能测试。

2、对比例

[传统聚醚多元醇TDI/MDI体系的制备]

借鉴现有技术中的传统工艺，以聚醚多元醇N-220与TDI或MDI为原料，在80-85℃反应3小时，制得NCO％为6.0％的预聚体A组分；然后以聚醚多元醇N-1618、扩链剂二羟甲基丙酸(DMPA)、氧化铁红S110、石英粉、BYK330和KH-570为原料，经混合制得OH值为5.5mgKOH/g的组分B。

参照上述1中记载的方法，制备试片和塑胶跑道试样以供检测。

性能表征

试片性能测试参照GB/T 528-2009记载的方法进行，塑胶跑道试样性能测试参照GB/T 14833-2011记载的方法进行。试片和塑胶跑道试样的VOC挥发性直接采用扇闻法进行测试。

检测结果如下所示。

1、试片性能检测结果

表1

2、塑胶跑道试样性能检测结果

表2

由表1和2中的测试结果可以看出，无论是试片还是塑胶跑道试样，在同一检测项目上，本发明的样品都要优于传统聚醚多元醇TDI或MDI体系(阻燃性能除外，三者性能相同)，具有更高的数据指标，显示出了更佳的力学和应用性能。

另外，通过扇闻法可以直观的感受到，本发明制得的产品不刺鼻，基本无味，而两种对比体系制得的产品具有很大的刺激性气味。由此可知，本发明具有更低的VOC排放，显示出了更优的环保性能。

Claims (4)

1.一种水性聚氨酯跑道材料，包括由下列工艺制备而成的A组分和B组分：

A组分的制备

将10-20质量份的聚醚多元醇和10-20质量份的稀释剂丙二醇甲醚醋酸酯(PMA)加入装有温度计、搅拌和真空系统的反应釜中，搅拌并升温至100-115℃，在0.06MPa真空度下脱水至釜内材料水分含量在0.05质量％以下；降温至30-40℃，加入60-70质量份的HDI三聚体，升温至50-60℃并保温反应至体系中NCO％达到5.5-6.5％，降温后放入氮气保护的密闭容器中贮存备用；

所述的聚醚多元醇是聚醚二元醇，其平均分子量在1000-4000之间；

B组分的制备

将20-30质量份的聚碳酸酯二醇(PCDL)和5-10质量份的扩链剂二羟甲基丙酸(DMPA)加入脱水釜内，搅拌升温至100-110℃，在0.06MPa真空度下脱水至材料水分含量在0.05质量％以下；转入反应釜并降温至50-60℃，加入20-30质量份的MDI，缓慢升温至70-80℃并保温反应3h，然后降温至40-50℃，加入2-10质量份的三乙胺(TEA)进行中和反应30-40分钟，接着降温至30-40℃，放入分散缸中并加入10-30质量份去离子水进行分散乳化，再加入5-10质量份的颜料、20-25质量份的填料和0.05-0.2质量份的助剂，分散1小时后过滤、包装；

所述的聚碳酸酯二醇(PCDL)的平均分子量在2000-4000范围内；

B组分的OH值在5.0-6.0mgKOH/g范围内。

2.权利要求1所述的水性聚氨酯跑道材料的制备方法，包括分别制备A组分和B组分的步骤。

3.权利要求1所述的水性聚氨酯跑道材料在塑胶跑道制备中的应用。

4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于：以NCO/OH摩尔比为1.6-2.0的比例混合A组分和B组分。