CN105419307A - 一种环保聚氨酯复合塑胶跑道材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种环保聚氨酯复合塑胶跑道材料，按照重量份数包括以下组分：聚醚多元醇42份、异氰酸酯18份、改性聚丙烯10份、9,10-菲醌7份、1,4环己二甲醇5份、聚乙烯醇3份、聚羟甲基纤维1份、硅酮粉4份、不锈钢纤维2份、乙撑双硬脂酸酰胺3份、催化剂0.5份、填料8份、防老剂0.2份、阻燃剂0.4份、颜料0.5份。本发明还公开了所述环保聚氨酯复合塑胶跑道材料的制备方法。本发明所制备的塑胶跑道材料的不仅绿色环保，同时也显示较佳的拉伸强度、拉断伸长率、回弹性以及阻燃性。此外，测试结果也显示各实施例所制备的塑胶跑道材料的耐磨性好，满足实际应用需要。

Description

一种环保聚氨酯复合塑胶跑道材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种环保聚氨酯复合塑胶跑道材料及其制备方法。
背景技术
塑胶跑道始于20世纪60年代美国3M公司用聚氨酯材料铺设的塑胶赛马跑道。塑胶跑道与煤渣、沙石场地相比，具有弹性好，吸震性能好，耐磨和抗老化等优点，不污染环境，易于清洁和维护管理。为此，塑胶跑道已被国际公认为最佳比赛跑道。
我国2008年奥运会的鸟巢体育场采用的聚氨酯塑胶跑道，聚氨酯跑道具有良好的弹性、减震、防滑性、耐磨性和易于清洗维护等优点。现在的许多中小学也在运动场地上铺装聚氨酯塑胶跑道，但是这些聚氨酯跑道仍会对人体健康产生危害。然而，现如今关于“毒跑道”的新闻屡有报道；此外，随着全民健身的发展，对塑胶跑道的应用需求也越来越多。因此，对塑胶跑道的性能如环保性、使用安全性、耐磨性、阻燃性、耐老化性等提出了更高的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种环保聚氨酯复合塑胶跑道材料及其制备方法，解决上述技术问题的至少一种。
为了解决上述技术问题，本发明采取的一种技术方案是提供一种环保聚氨酯复合塑胶跑道材料，按照重量份数包括以下组分：聚醚多元醇42~65份、异氰酸酯18~32份、改性聚丙烯10~16份、9,10-菲醌7~16份、1,4环己二甲醇5~12份、聚乙烯醇3~8份、聚羟甲基纤维1~6份、硅酮粉4~8份、不锈钢纤维2~5份、乙撑双硬脂酸酰胺3~9份、催化剂0.5~3份、填料8~15份、防老剂0.2~1.4份、阻燃剂0.4~1份、颜料0.5~2份；
其中，所述聚醚多元醇的官能度为2~4；
所述异氰酸酯的官能度为2~4；
所述改性聚丙烯的制备方法为：将硅酸钙粉与丝氨酸加入到搅拌罐中，加热至95℃，混合搅拌，然后加入硅烷偶联剂，继续搅拌45min；待搅拌罐降温至50℃后，加入聚丙烯树脂，搅拌1小时，即得改性聚丙烯，其中，所述硅酸钙粉、丝氨酸、硅烷偶联剂和聚丙烯树脂的质量比为1:0.2:0.5:78。
优选地，所述催化剂为双吗啉基二乙基醚或蓖麻油酸亚锡。
优选地，所述填料为质量比为2.4:1.7:1:4的方解石粉、纳米碳酸钙、滑石粉和活性白土；所述颜料为质量比为2:1:3氧化铁红、炭黑和钛白粉的混合物。
优选地，所述防老剂为防老剂4010或防老剂MB；所述阻燃剂为碳酸钙镁石、硼酸锌、氢氧化铝中的一种或多种。
优选地，所述聚醚多元醇为官能度为2，羟值为150~500mgKOH/g。
优选地，所述异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯或甲苯异氰酸酯。
优选地，所述的环保聚氨酯复合塑胶跑道材料，其特征在于，按照重量份数包括以下组分：聚醚多元醇49份、异氰酸酯23份、改性聚丙烯14份、9,10-菲醌11份、1,4环己二甲醇7份、聚乙烯醇4份、聚羟甲基纤维2份、硅酮粉6份、不锈钢纤维3份、乙撑双硬脂酸酰胺5份、催化剂0.8份、填料9份、防老剂0.6份、阻燃剂0.8份、颜料1.2份。
本发明采取的另一技术方案是提供一种环保聚氨酯复合塑胶跑道材料的制备方法，包括以下步骤：
1）将聚醚多元醇、异氰酸酯、改性聚丙烯在80℃下干燥10小时；
2）将经干燥后的聚醚多元醇、异氰酸酯、催化剂、改性聚丙烯加入到搅拌罐中，升温至98~110℃，搅拌反应2~5小时；
3）将填料、9,10-菲醌、1,4环己二甲醇、乙撑双硬脂酸酰胺和硅酮粉加入搅拌罐中，控制温度为60~90℃，搅拌1~2小时；
4）待搅拌罐温度降至45℃时，加入余下原料，搅拌50分钟，得到预混料；
5）将预混料加入到双螺杆挤出机中，挤出造粒，即得复合塑胶跑道材料，其中挤出温度为200~250℃，螺杆转速为140~250r/min。
优选地，所述步骤2）中升温至106℃，搅拌反应4小时；所述步骤3）中控制温度为65℃，搅拌1小时。
优选地，所述步骤5）中挤出温度为220℃，螺杆转速为170r/min。
由于采用了以上技术方案，本发明的有益效果是：
本发明所制备的塑胶跑道材料的不仅绿色环保，同时也显示较佳的拉伸强度、拉断伸长率、回弹性以及阻燃性。此外，测试结果也显示各实施例所制备的塑胶跑道材料的耐磨性好，满足实际应用需要。此外，测试结果也显示塑胶跑道材料的组分中的改性聚丙烯、硅酮粉、9,10-菲醌和不锈钢纤维对提高材料的各项性能指标发挥着较为重要的作用。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例环保聚氨酯复合塑胶跑道材料按照重量份数包括以下组分：聚醚多元醇42份、异氰酸酯18份、改性聚丙烯10份、9,10-菲醌7份、1,4环己二甲醇5份、聚乙烯醇3份、聚羟甲基纤维1份、硅酮粉4份、不锈钢纤维2份、乙撑双硬脂酸酰胺3份、催化剂0.5份、填料8份、防老剂0.2份、阻燃剂0.4份、颜料0.5份；
其中，所述聚醚多元醇的官能度为2，羟值为150~500mgKOH/g；
所述异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯；
所述改性聚丙烯的制备方法为：将硅酸钙粉与丝氨酸加入到搅拌罐中，加热至95℃，混合搅拌，然后加入硅烷偶联剂，继续搅拌45min；待搅拌罐降温至50℃后，加入聚丙烯树脂，搅拌1小时，即得改性聚丙烯，其中，所述硅酸钙粉、丝氨酸、硅烷偶联剂和聚丙烯树脂的质量比为1:0.2:0.5:78。
其中，优选地，所述催化剂为双吗啉基二乙基醚。
所述填料为质量比为2.4:1.7:1:4的方解石粉、纳米碳酸钙、滑石粉和活性白土；所述颜料为质量比为2:1:3氧化铁红、炭黑和钛白粉的混合物。
所述防老剂为防老剂4010；所述阻燃剂为碳酸钙镁石。
本实施例的环保聚氨酯复合塑胶跑道材料的制备方法，包括以下步骤：
1）将聚醚多元醇、异氰酸酯、改性聚丙烯在80℃下干燥10小时；
2）将经干燥后的聚醚多元醇、异氰酸酯、催化剂、改性聚丙烯加入到搅拌罐中，升温至98℃，搅拌反应2小时；
3）将填料、9,10-菲醌、1,4环己二甲醇、乙撑双硬脂酸酰胺和硅酮粉加入搅拌罐中，控制温度为60℃，搅拌1小时；
4）待搅拌罐温度降至45℃时，加入余下原料，搅拌50分钟，得到预混料；
5）将预混料加入到双螺杆挤出机中，挤出造粒，即得复合塑胶跑道材料，其中挤出温度为200℃，螺杆转速为140r/min。
实施例2
本实施例环保聚氨酯复合塑胶跑道材料按照重量份数包括以下组分：聚醚多元醇65份、异氰酸酯32份、改性聚丙烯116份、9,10-菲醌16份、1,4环己二甲醇12份、聚乙烯醇8份、聚羟甲基纤维6份、硅酮粉8份、不锈钢纤维5份、乙撑双硬脂酸酰胺9份、催化剂3份、填料15份、防老剂1.4份、阻燃剂1份、颜料2份；
其中，所述聚醚多元醇的官能度为4，羟值为250~600mgKOH/g；
所述异氰酸酯为甲苯异氰酸酯；
所述改性聚丙烯的制备方法为：将硅酸钙粉与丝氨酸加入到搅拌罐中，加热至95℃，混合搅拌，然后加入硅烷偶联剂，继续搅拌45min；待搅拌罐降温至50℃后，加入聚丙烯树脂，搅拌1小时，即得改性聚丙烯，其中，所述硅酸钙粉、丝氨酸、硅烷偶联剂和聚丙烯树脂的质量比为1:0.2:0.5:78。
其中，优选地，所述催化剂为蓖麻油酸亚锡。
所述填料为质量比为2.4:1.7:1:4的方解石粉、纳米碳酸钙、滑石粉和活性白土；所述颜料为质量比为2:1:3氧化铁红、炭黑和钛白粉的混合物。
所述防老剂为防老剂MB；所述阻燃剂为硼酸锌。
本实施例的环保聚氨酯复合塑胶跑道材料的制备方法，包括以下步骤：
1）将聚醚多元醇、异氰酸酯、改性聚丙烯在80℃下干燥10小时；
2）将经干燥后的聚醚多元醇、异氰酸酯、催化剂、改性聚丙烯加入到搅拌罐中，升温至110℃，搅拌反应5小时；
3）将填料、9,10-菲醌、1,4环己二甲醇、乙撑双硬脂酸酰胺和硅酮粉加入搅拌罐中，控制温度为90℃，搅拌2小时；
4）待搅拌罐温度降至45℃时，加入余下原料，搅拌50分钟，得到预混料；
5）将预混料加入到双螺杆挤出机中，挤出造粒，即得复合塑胶跑道材料，其中挤出温度为250℃，螺杆转速为250r/min。
实施例3
本实施例环保聚氨酯复合塑胶跑道材料按照重量份数包括以下组分：聚醚多元醇53份、异氰酸酯25份、改性聚丙烯14份、9,10-菲醌11份、1,4环己二甲醇8份、聚乙烯醇6份、聚羟甲基纤维3份、硅酮粉6份、不锈钢纤维3份、乙撑双硬脂酸酰胺6份、催化剂1.6份、填料11份、防老剂0.8份、阻燃剂0.7份、颜料1.2份；
其中，所述聚醚多元醇的官能度为3；
所述异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯；
所述改性聚丙烯的制备方法为：将硅酸钙粉与丝氨酸加入到搅拌罐中，加热至95℃，混合搅拌，然后加入硅烷偶联剂，继续搅拌45min；待搅拌罐降温至50℃后，加入聚丙烯树脂，搅拌1小时，即得改性聚丙烯，其中，所述硅酸钙粉、丝氨酸、硅烷偶联剂和聚丙烯树脂的质量比为1:0.2:0.5:78。
其中，优选地，所述催化剂为双吗啉基二乙基醚。
所述填料为质量比为2.4:1.7:1:4的方解石粉、纳米碳酸钙、滑石粉和活性白土；所述颜料为质量比为2:1:3氧化铁红、炭黑和钛白粉的混合物。
所述防老剂为防老剂4010；所述阻燃剂为碳酸钙镁石和氢氧化铝中，且两者的质量比为3:7。
本实施例的环保聚氨酯复合塑胶跑道材料的制备方法，包括以下步骤：
1）将聚醚多元醇、异氰酸酯、改性聚丙烯在80℃下干燥10小时；
2）将经干燥后的聚醚多元醇、异氰酸酯、催化剂、改性聚丙烯加入到搅拌罐中，升温至104℃，搅拌反应3.5小时；
3）将填料、9,10-菲醌、1,4环己二甲醇、乙撑双硬脂酸酰胺和硅酮粉加入搅拌罐中，控制温度为75℃，搅拌1.5小时；
4）待搅拌罐温度降至45℃时，加入余下原料，搅拌50分钟，得到预混料；
5）将预混料加入到双螺杆挤出机中，挤出造粒，即得复合塑胶跑道材料，其中挤出温度为225℃，螺杆转速为200r/min。
实施例4
本实施例环保聚氨酯复合塑胶跑道材料按照重量份数包括以下组分：聚醚多元醇49份、异氰酸酯23份、改性聚丙烯14份、9,10-菲醌11份、1,4环己二甲醇7份、聚乙烯醇4份、聚羟甲基纤维2份、硅酮粉6份、不锈钢纤维3份、乙撑双硬脂酸酰胺5份、催化剂0.8份、填料9份、防老剂0.6份、阻燃剂0.8份、颜料1.2份；
其中，所述聚醚多元醇的官能度为2，羟值为150~500mgKOH/g；
所述异氰酸酯为甲苯异氰酸酯；
所述改性聚丙烯的制备方法为：将硅酸钙粉与丝氨酸加入到搅拌罐中，加热至95℃，混合搅拌，然后加入硅烷偶联剂，继续搅拌45min；待搅拌罐降温至50℃后，加入聚丙烯树脂，搅拌1小时，即得改性聚丙烯，其中，所述硅酸钙粉、丝氨酸、硅烷偶联剂和聚丙烯树脂的质量比为1:0.2:0.5:78。
其中，优选地，所述催化剂为双吗啉基二乙基醚。
所述填料为质量比为2.4:1.7:1:4的方解石粉、纳米碳酸钙、滑石粉和活性白土；所述颜料为质量比为2:1:3氧化铁红、炭黑和钛白粉的混合物。
所述防老剂为防老剂4010；所述阻燃剂为碳酸钙镁石、硼酸锌、氢氧化铝以质量比为4:7:5的混合物。
本实施例的环保聚氨酯复合塑胶跑道材料的制备方法，包括以下步骤：
1）将聚醚多元醇、异氰酸酯、改性聚丙烯在80℃下干燥10小时；
2）将经干燥后的聚醚多元醇、异氰酸酯、催化剂、改性聚丙烯加入到搅拌罐中，升温至106℃，搅拌反应4小时；
3）将填料、9,10-菲醌、1,4环己二甲醇、乙撑双硬脂酸酰胺和硅酮粉加入搅拌罐中，控制温度为65℃，搅拌1小时；
4）待搅拌罐温度降至45℃时，加入余下原料，搅拌50分钟，得到预混料；
5）将预混料加入到双螺杆挤出机中，挤出造粒，即得复合塑胶跑道材料，其中挤出温度为220℃，螺杆转速为170r/min。
实施例5
本实施例环保聚氨酯复合塑胶跑道材料按照重量份数包括以下组分：聚醚多元醇60份、异氰酸酯29份、改性聚丙烯15份、9,10-菲醌8份、1,4环己二甲醇9份、聚乙烯醇4份、聚羟甲基纤维4份、硅酮粉5份、不锈钢纤维3份、乙撑双硬脂酸酰胺5份、催化剂0.8份、填料11份、防老剂0.9份、阻燃剂0.8份、颜料1份；
其中，所述聚醚多元醇的官能度为3，羟值为200~450mgKOH/g；
所述异氰酸酯为甲苯异氰酸酯；
所述改性聚丙烯的制备方法为：将硅酸钙粉与丝氨酸加入到搅拌罐中，加热至95℃，混合搅拌，然后加入硅烷偶联剂，继续搅拌45min；待搅拌罐降温至50℃后，加入聚丙烯树脂，搅拌1小时，即得改性聚丙烯，其中，所述硅酸钙粉、丝氨酸、硅烷偶联剂和聚丙烯树脂的质量比为1:0.2:0.5:78。
其中，优选地，所述催化剂为蓖麻油酸亚锡。
所述填料为质量比为2.4:1.7:1:4的方解石粉、纳米碳酸钙、滑石粉和活性白土；所述颜料为质量比为2:1:3氧化铁红、炭黑和钛白粉的混合物。
所述防老剂为防老剂4010；所述阻燃剂为氢氧化铝。
本实施例的环保聚氨酯复合塑胶跑道材料的制备方法，包括以下步骤：
1）将聚醚多元醇、异氰酸酯、改性聚丙烯在80℃下干燥10小时；
2）将经干燥后的聚醚多元醇、异氰酸酯、催化剂、改性聚丙烯加入到搅拌罐中，升温至100℃，搅拌反应3小时；
3）将填料、9,10-菲醌、1,4环己二甲醇、乙撑双硬脂酸酰胺和硅酮粉加入搅拌罐中，控制温度为70℃，搅拌2小时；
4）待搅拌罐温度降至45℃时，加入余下原料，搅拌50分钟，得到预混料；
5）将预混料加入到双螺杆挤出机中，挤出造粒，即得复合塑胶跑道材料，其中挤出温度为230℃，螺杆转速为150r/min。
对比例1
按照实施例1制备塑胶跑道材料，所不同之处在于，原料中不包含改性聚丙烯和硅酮粉，其他原料和制备步骤保持不变。
对比例2
按照实施例1制备塑胶跑道材料，所不同之处在于，原料中不包含改性聚丙烯、9,10-菲醌和不锈钢纤维，其他原料和制备步骤保持不变。
对比例3
按照实施例1制备塑胶跑道材料，所不同之处在于，原料不包含改性聚丙烯，取而代之的是聚丙烯树脂，其他内容保持不变。
表1各实施例和对比例所制备的塑胶跑道材料的性能参数
拉伸强度/Mpa 拉断伸长率/% 回弹值/% 阻燃等级
实施例1 7.5 184 32 I
实施例2 8.2 197 39 I
实施例3 8.0 191 34 I
实施例4 9.4 216 43 I
实施例5 8.6 204 40 I
对比例1 6.1 171 28 I
对比例2 5.7 153 25 I
对比例3 6.7 175 29 I
从表1的性能指标可以看出，各实施例所制备的塑胶跑道材料的拉伸强度、拉断伸长率、回弹值以及阻燃等级等性能指标都达到合格要求。此外，测试结果也显示各实施例所制备的塑胶跑道材料的耐磨性好，同时该塑胶跑带材料绿色环保，满足实际应用需要。
相对于对比例1和2，由于缺少改性聚丙烯、硅酮粉、9,10-菲醌和不锈钢纤维组分，各项性能均有所下降；对比例3中由于改性聚丙烯替换为普通的聚丙烯树脂，各项性能也在一定程度上下降。这说明改性聚丙烯、硅酮粉、9,10-菲醌和不锈钢纤维对提高材料的各项性能指标发挥着较为重要的作用。
以上所述仅是本发明的详细实施方式，并不用于对本发明的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可作出若干改进和变形，这些改进和变形也当视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种环保聚氨酯复合塑胶跑道材料，其特征在于，按照重量份数包括以下组分：聚醚多元醇42~65份、异氰酸酯18~32份、改性聚丙烯10~16份、9,10-菲醌7~16份、1,4环己二甲醇5~12份、聚乙烯醇3~8份、聚羟甲基纤维1~6份、硅酮粉4~8份、不锈钢纤维2~5份、乙撑双硬脂酸酰胺3~9份、催化剂0.5~3份、填料8~15份、防老剂0.2~1.4份、阻燃剂0.4~1份、颜料0.5~2份；
其中，所述聚醚多元醇的官能度为2~4；
所述异氰酸酯的官能度为2~4；
所述改性聚丙烯的制备方法为：将硅酸钙粉与丝氨酸加入到搅拌罐中，加热至95℃，混合搅拌，然后加入硅烷偶联剂，继续搅拌45min；待搅拌罐降温至50℃后，加入聚丙烯树脂，搅拌1小时，即得改性聚丙烯，其中，所述硅酸钙粉、丝氨酸、硅烷偶联剂和聚丙烯树脂的质量比为1:0.2:0.5:78。
2.根据权利要求1所述的环保聚氨酯复合塑胶跑道材料，其特征在于，所述催化剂为双吗啉基二乙基醚或蓖麻油酸亚锡。
3.根据权利要求1所述的环保聚氨酯复合塑胶跑道材料，其特征在于，所述填料为质量比为2.4:1.7:1:4的方解石粉、纳米碳酸钙、滑石粉和活性白土；所述颜料为质量比为2:1:3氧化铁红、炭黑和钛白粉的混合物。
4.根据权利要求1所述的环保聚氨酯复合塑胶跑道材料，其特征在于，所述防老剂为防老剂4010或防老剂MB；所述阻燃剂为碳酸钙镁石、硼酸锌、氢氧化铝中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的环保聚氨酯复合塑胶跑道材料，其特征在于，所述聚醚多元醇为官能度为2，羟值为150~500mgKOH/g。
6.根据权利要求1所述的环保聚氨酯复合塑胶跑道材料，其特征在于，所述异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯或甲苯异氰酸酯。
7.根据权利要求1至6任一项所述的环保聚氨酯复合塑胶跑道材料，其特征在于，按照重量份数包括以下组分：聚醚多元醇49份、异氰酸酯23份、改性聚丙烯14份、9,10-菲醌11份、1,4环己二甲醇7份、聚乙烯醇4份、聚羟甲基纤维2份、硅酮粉6份、不锈钢纤维3份、乙撑双硬脂酸酰胺5份、催化剂0.8份、填料9份、防老剂0.6份、阻燃剂0.8份、颜料1.2份。
8.如权利要求1~7任一项所述的环保聚氨酯复合塑胶跑道材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将聚醚多元醇、异氰酸酯、改性聚丙烯在80℃下干燥10小时；
2）将经干燥后的聚醚多元醇、异氰酸酯、催化剂、改性聚丙烯加入到搅拌罐中，升温至98~110℃，搅拌反应2~5小时；
3）将填料、9,10-菲醌、1,4环己二甲醇、乙撑双硬脂酸酰胺和硅酮粉加入搅拌罐中，控制温度为60~90℃，搅拌1~2小时；
4）待搅拌罐温度降至45℃时，加入余下原料，搅拌50分钟，得到预混料；
5）将预混料加入到双螺杆挤出机中，挤出造粒，即得复合塑胶跑道材料，其中挤出温度为200~250℃，螺杆转速为140~250r/min。
9.根据权利要求8所述的环保聚氨酯复合塑胶跑道材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中升温至106℃，搅拌反应4小时；所述步骤3）中控制温度为65℃，搅拌1小时。
10.根据权利要求8所述的环保聚氨酯复合塑胶跑道材料的制备方法，其特征在于，所述步骤5）中挤出温度为220℃，螺杆转速为170r/min。
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