CN106084166A - 一种耐高温环保型聚氨酯塑胶跑道材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐高温环保型聚氨酯塑胶跑道材料及其制备方法，由以下质量份的原料组成：甲苯二异氰酸酯40~60份，二苯基甲烷二异氰酸酯10~20份，聚醚多元醇 10~30份，苯甲酰氯 0.15~0.45份，苯甲酸二丁酯 0.2~0.64份，氯化石蜡 10~18份，淀粉10~25份，葡萄糖8~16份，亚硝酸二异丙胺0.5~0.8份，三羟甲基丙烷三酯0.5~1.6份，顺丁烯二酸酐1.5~3.5份，聚酞胺纤维 10~20份，邻苯二甲酸二辛酯0.2~0.6份，填料 1~4份，防老剂 0.5~2.5份，促进剂 1.5~3.0份，增强剂 0.3~1.3份。配方中所有组分均安全无毒，使用方便，采用天然淀粉改性作为交联剂起交联粘接作用，操作简单，施工方便，铺设的塑胶跑道无毒无害，各项指标均达到GB/ T 14833 —1993 要求，能耐100℃以上高温，耐热空气老化性能优良。

Description

一种耐高温环保型聚氨酯塑胶跑道材料及其制备方法
技术领域
本发明属于轻体地面装饰材料技术领域，具体涉及一种耐高温环保型聚氨酯塑胶跑道材料及其制备方法。
背景技术
塑胶跑道又称全天候田径运动跑道，它由聚氨酯预聚体、混合聚醚、废轮胎橡胶、EPDM橡胶粒或PU颗粒、颜料、助剂、填料组成。塑胶跑道具有平整度好、抗压强度高、硬度弹性适当、物理性能稳定的特性，有利于运动员速度和技术的发挥，有效地提高运动成绩，降低摔伤率。塑胶跑道是由聚氨酯橡胶等材料组成的，具有一定的弹性和色彩，具有一定的抗紫外线能力和耐老化力是国际上公认的最佳全天候室外运动场地坪材料。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。自第19 届奥运会之后，历届奥林匹克运动会的田径赛场主跑道与辅助区均采用塑胶铺装，塑胶跑道已被国际公认为最佳比赛跑道。
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或橡胶胶粒)、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)。塑胶跑道有采用浇注方法直接铺设常规跑道， 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。
现国内塑胶胶面大都采用双组分聚氨酯胶经场摊铺固化成型，属浇注型聚氨酯弹性体。所采用的配方为甲苯二异氰酸酯(简称TDI)和3 , 3 -二氯-4 , 4 -二氨基二苯甲烷(简称MOCA)体系。因TDI 易挥发毒性大，对现场施工人员带来较大危害，MOCA属化学致癌物质，强烈刺激人的呼吸道。近年来随着环保要求日益迫切，替代TDI -MOCA 体系的环保配方不断涌现，如采用二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)—非卤代二胺体系和耐水解性能卓越的碳化二亚胺改性MDI -非卤代二胺体系。众所周知，MDI 相对TDI 而言，低挥发性且低毒，制成的弹性体物理性能优越， 若完全由4 , 4 -MDI 制备预聚体，则由于4 位异氰酸酯活性很高，反应可控性差，且生成预聚体粘度大，流动性差，不适合现场浇注。传统的双组份聚氨酯塑胶跑道材料一般都是随用随配，保存时间不会太长，同时在混合和计量配比上会浪费不少时间和人力，还有可能发生差错导致原料的浪费，从而使跑道的施工成木增加。2015年11月，安徽、河南、江苏、上海、深圳等多地学校相继发生"毒跑道"事件。塑胶跑道的安全环保问题受到越来越多的重视，塑胶跑道一般暴露在室外露天条件下，在夏季高温季节，塑胶跑道会散发出强烈的塑胶味道，通常夏季室外地面温度高达50~60℃，因而需要提高塑胶材料的耐高温性能，减少其有毒有害成分的挥发尤为重要。
发明内容
为了克服目前塑胶跑道高温下易挥发，以及目前塑胶跑道材料不安全环保的问题，本发明提供一种耐高温环保型聚氨酯塑胶跑道材料及其制备方法，配方中所有组分均安全无毒，使用方便，采用天然淀粉改性作为交联剂起交联粘接作用，操作简单，施工方便，铺设的塑胶跑道无毒无害，各项指标均达到GB/ T 14833 —1993 要求，能耐100℃以上高温，耐热空气老化性能优良。
为了实现上述目的，本发明采用的技术手段为：
一种耐高温环保型聚氨酯塑胶跑道材料，由以下质量份的原料组成：甲苯二异氰酸酯40~60份，二苯基甲烷二异氰酸酯10~20份，聚醚多元醇 10~30份，苯甲酰氯 0.15~0.45份，苯甲酸二丁酯 0.2~0.64份，氯化石蜡 10~18份，淀粉10~25份，葡萄糖8~16份，亚硝酸二异丙胺0.5~0.8份，三羟甲基丙烷三酯0.5~1.6份，顺丁烯二酸酐1.5~3.5份，聚酞胺纤维 10~20份，邻苯二甲酸二辛酯0.2~0.6份，填料 1~4份，防老剂 0.5~2.5份，促进剂 1.5~3.0份，增强剂 0.3~1.3份。
所述填料为高岭土或者蒙脱土。
所述防老剂为防老剂D或者防老剂RD。
所述促进剂为促进剂M或者促进剂DM。
所述聚醚多元醇为聚醚二元醇或者聚醚三元醇。
所述增强剂为酚醛纤维或者玻璃纤维。
所述一种耐高温环保型聚氨酯塑胶跑道材料，优选由以下质量份的原料组成：甲苯二异氰酸酯45~55份，二苯基甲烷二异氰酸酯14~18份，聚醚多元醇 18~24份，苯甲酰氯0.2~0.35份，苯甲酸二丁酯 0.35~0.46份，氯化石蜡 12~15份，淀粉15~20份，葡萄糖10~13份，亚硝酸二异丙胺0.6~0.7份，三羟甲基丙烷三酯0.8~1.2份，顺丁烯二酸酐2.6~3.1份，聚酞胺纤维 14~17份，邻苯二甲酸二辛酯0.3~0.5份，填料 2~3份，防老剂 0.8~1.6份，促进剂2.1~2.6份，增强剂 0.6~1.1份。
所述一种耐高温环保型聚氨酯塑胶跑道材料，优选由以下质量份的原料组成：甲苯二异氰酸酯50份，二苯基甲烷二异氰酸酯16份，聚醚多元醇 21份，苯甲酰氯 0.27份，苯甲酸二丁酯 0.39份，氯化石蜡 13.5份，淀粉18份，葡萄糖12份，亚硝酸二异丙胺0.65份，三羟甲基丙烷三酯1份，顺丁烯二酸酐2.8份，聚酞胺纤维 15份，邻苯二甲酸二辛酯0.4份，填料 2.5份，防老剂 1.2份，促进剂 2.4份，增强剂 0.8份。
所述耐高温环保型聚氨酯塑胶跑道材料的制备方法，包括如下步骤：
1）将聚醚多元醇、甲苯二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯加入到反应器中，搅拌，升温至120~140℃，抽真空脱水至水质量分数小于1*10-3，降温至60~80℃备用；
2）向步骤1）的反应器中加入苯甲酰氯、苯甲酸二丁酯 、氯化石蜡、亚硝酸二异丙胺、三羟甲基丙烷三酯、顺丁烯二酸酐和聚酞胺纤维升温至100~110℃，反应1~3h后降温至60~80℃；
3）将剩余组分混合均匀，加入到步骤2）的反应器中，60~80℃条件下搅拌混合2~5h，降温至室温，得到耐高温环保型聚氨酯塑胶跑道材料。
步骤1）中升温至130℃。
步骤2）中升温至105℃，反应2h后降温至75℃。
有益效果：本发明提供的耐高温环保型聚氨酯塑胶跑道材料，配方中采用安全无毒组分制备得到，使用方便，采用天然淀粉改性作为交联剂起交联粘接作用，操作简单，施工方便，铺设的塑胶跑道无毒无害，各项指标均达到GB/ T 14833 —1993 要求，能耐100℃以上高温，耐热空气老化性能优良。
具体实施方式
聚醚二元醇 N240和聚醚三元醇N330均为工业级，二苯基甲烷二异氰酸酯为4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯，其他组分均可从商业途径购买得到。
实施例1
一种耐高温环保型聚氨酯塑胶跑道材料，由以下质量份的原料组成：甲苯二异氰酸酯40份，二苯基甲烷二异氰酸酯10份，聚醚二元醇 N24010份，苯甲酰氯 0.15份，苯甲酸二丁酯 0.2份，氯化石蜡 10份，淀粉10份，葡萄糖8份，亚硝酸二异丙胺0.5份，三羟甲基丙烷三酯0.5份，顺丁烯二酸酐1.5份，聚酞胺纤维 10份，邻苯二甲酸二辛酯0.2份，填料蒙脱土1份，防老剂D 0.5份，促进剂 DM 1.5份，增强剂 酚醛纤维0.3份。
制备方法，包括如下步骤：
1）将聚醚多元醇、甲苯二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯加入到反应器中，搅拌，升温至130℃，抽真空脱水至水质量分数小于1*10-3，降温至70℃备用；
2）向步骤1）的反应器中加入苯甲酰氯、苯甲酸二丁酯 、氯化石蜡、亚硝酸二异丙胺、三羟甲基丙烷三酯、顺丁烯二酸酐和聚酞胺纤维升温至105℃，反应2h后降温至75℃；
3）将剩余组分混合均匀，加入到步骤2）的反应器中，70℃条件下搅拌混合4h，降温至室温，得到耐高温环保型聚氨酯塑胶跑道材料。
实施例2
一种耐高温环保型聚氨酯塑胶跑道材料，由以下质量份的原料组成：甲苯二异氰酸酯60份，二苯基甲烷二异氰酸酯20份，聚醚二元醇 N24030份，苯甲酰氯 0.45份，苯甲酸二丁酯0.64份，氯化石蜡 18份，淀粉25份，葡萄糖16份，亚硝酸二异丙胺0.8份，三羟甲基丙烷三酯1.6份，顺丁烯二酸酐3.5份，聚酞胺纤维 20份，邻苯二甲酸二辛酯0.6份，填料蒙脱土 4份，防老剂D 2.5份，促进剂 DM 3.0份，增强剂 酚醛纤维1.3份。
制备方法，包括如下步骤：
1）将聚醚多元醇、甲苯二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯加入到反应器中，搅拌，升温至130℃，抽真空脱水至水质量分数小于1*10-3，降温至70℃备用；
2）向步骤1）的反应器中加入苯甲酰氯、苯甲酸二丁酯 、氯化石蜡、亚硝酸二异丙胺、三羟甲基丙烷三酯、顺丁烯二酸酐和聚酞胺纤维升温至105℃，反应2h后降温至75℃；
3）将剩余组分混合均匀，加入到步骤2）的反应器中，70℃条件下搅拌混合4h，降温至室温（25℃），得到耐高温环保型聚氨酯塑胶跑道材料。
实施例3
一种耐高温环保型聚氨酯塑胶跑道材料，由以下质量份的原料组成：甲苯二异氰酸酯45份，二苯基甲烷二异氰酸酯14份，聚醚三元醇N330 18份，苯甲酰氯 0.2份，苯甲酸二丁酯0.35份，氯化石蜡 12份，淀粉15份，葡萄糖10份，亚硝酸二异丙胺0.6份，三羟甲基丙烷三酯0.8份，顺丁烯二酸酐2.6份，聚酞胺纤维 14份，邻苯二甲酸二辛酯0.3份，填料高岭土 2份，防老剂RD 0.8份，促进剂 M 2.1份，增强剂 玻璃纤维 0.6份。
制备方法，包括如下步骤：
1）将聚醚多元醇、甲苯二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯加入到反应器中，搅拌，升温至130℃，抽真空脱水至水质量分数小于1*10-3，降温至70℃备用；
2）向步骤1）的反应器中加入苯甲酰氯、苯甲酸二丁酯 、氯化石蜡、亚硝酸二异丙胺、三羟甲基丙烷三酯、顺丁烯二酸酐和聚酞胺纤维升温至105℃，反应2h后降温至75℃；
3）将剩余组分混合均匀，加入到步骤2）的反应器中，70℃条件下搅拌混合4h，降温至室温（25℃），得到耐高温环保型聚氨酯塑胶跑道材料。
实施例4
一种耐高温环保型聚氨酯塑胶跑道材料，由以下质量份的原料组成：甲苯二异氰酸酯55份，二苯基甲烷二异氰酸酯18份，聚醚三元醇N330 24份，苯甲酰氯 0.35份，苯甲酸二丁酯 0.46份，氯化石蜡 15份，淀粉20份，葡萄糖13份，亚硝酸二异丙胺0.7份，三羟甲基丙烷三酯1.2份，顺丁烯二酸酐3.1份，聚酞胺纤维 17份，邻苯二甲酸二辛酯0.5份，填料高岭土3份，防老剂RD 1.6份，促进剂 M 2.6份，增强剂 玻璃纤维 1.1份。
制备方法，包括如下步骤：
1）将聚醚多元醇、甲苯二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯加入到反应器中，搅拌，升温至130℃，抽真空脱水至水质量分数小于1*10-3，降温至70℃备用；
2）向步骤1）的反应器中加入苯甲酰氯、苯甲酸二丁酯 、氯化石蜡、亚硝酸二异丙胺、三羟甲基丙烷三酯、顺丁烯二酸酐和聚酞胺纤维升温至105℃，反应2h后降温至75℃；
3）将剩余组分混合均匀，加入到步骤2）的反应器中，70℃条件下搅拌混合4h，降温至室温（25℃），得到耐高温环保型聚氨酯塑胶跑道材料。
实施例5
一种耐高温环保型聚氨酯塑胶跑道材料，由以下质量份的原料组成：甲苯二异氰酸酯50份，二苯基甲烷二异氰酸酯16份，聚醚二元醇 N240 21份，苯甲酰氯 0.27份，苯甲酸二丁酯 0.39份，氯化石蜡 13.5份，淀粉18份，葡萄糖12份，亚硝酸二异丙胺0.65份，三羟甲基丙烷三酯1份，顺丁烯二酸酐2.8份，聚酞胺纤维 15份，邻苯二甲酸二辛酯0.4份，填料 高岭土2.5份，防老剂 RD 1.2份，促进剂 DM 2.4份，增强剂 酚醛纤维 0.8份。
制备方法，包括如下步骤：
1）将聚醚多元醇、甲苯二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯加入到反应器中，搅拌，升温至130℃，抽真空脱水至水质量分数小于1*10-3，降温至70℃备用；
2）向步骤1）的反应器中加入苯甲酰氯、苯甲酸二丁酯 、氯化石蜡、亚硝酸二异丙胺、三羟甲基丙烷三酯、顺丁烯二酸酐和聚酞胺纤维升温至105℃，反应2h后降温至75℃；
3）将剩余组分混合均匀，加入到步骤2）的反应器中，70℃条件下搅拌混合4h，降温至室温，得到耐高温环保型聚氨酯塑胶跑道材料。
性能测试：
(1)物理性能：邵尔A 型硬度按GB/T 531—1999 测定；拉伸强度和拉断伸长率按GB/T528—1998 测定，结果见表1。
表1：
性能指标 国标 实例1 实例2 实例3 实例4 实例5
拉伸强度/MPa ≥0.7 0.96 0.89 1.52 1.45 2.34
拉断伸长率/% ≥90 122 126 149 156 285
邵尔A 型硬度/度 ≥45~60 51 53 60 64 81
冲击弹性/% ≥20 28 27 39 36 59
压缩复原率/% ≥95 95 96 98 98 99
（2）热空气老化试验，将实施例5的试样裁成5组放入100 ℃热空气老化箱中经过不同老化时间后取出， 测定其物理性能。测试结果见表2。
表2：
性能指标 0d 1d 2d 3d 4d 5d
拉伸强度/MPa 2.34 2.31 2.29 2.18 2.07 1.93
拉断伸长率/% 285 267 206 182 155 137
邵尔A 型硬度/度 81 79 73 70 65 60
冲击弹性/% 59 54 52 47 40 36
压缩复原率/% 99 98 98 96 94 92

Claims (10)

1.一种耐高温环保型聚氨酯塑胶跑道材料，其特征在于，由以下质量份的原料组成：甲苯二异氰酸酯40~60份，二苯基甲烷二异氰酸酯10~20份，聚醚多元醇 10~30份，苯甲酰氯0.15~0.45份，苯甲酸二丁酯 0.2~0.64份，氯化石蜡 10~18份，淀粉10~25份，葡萄糖8~16份，亚硝酸二异丙胺0.5~0.8份，三羟甲基丙烷三酯0.5~1.6份，顺丁烯二酸酐1.5~3.5份，聚酞胺纤维 10~20份，邻苯二甲酸二辛酯0.2~0.6份，填料 1~4份，防老剂 0.5~2.5份，促进剂1.5~3.0份，增强剂 0.3~1.3份。
2.根据权利要求1所述一种耐高温环保型聚氨酯塑胶跑道材料，其特征在于，所述填料为高岭土或者蒙脱土。
3.根据权利要求1所述一种耐高温环保型聚氨酯塑胶跑道材料，其特征在于，所述防老剂为防老剂D或者防老剂RD。
4.根据权利要求1所述一种耐高温环保型聚氨酯塑胶跑道材料，其特征在于，所述促进剂为促进剂M或者促进剂DM。
5.根据权利要求1所述一种耐高温环保型聚氨酯塑胶跑道材料，其特征在于，所述聚醚多元醇为聚醚二元醇或者聚醚三元醇。
6.根据权利要求1所述一种耐高温环保型聚氨酯塑胶跑道材料，其特征在于，所述增强剂为酚醛纤维或者玻璃纤维。
7.根据权利要求1所述一种耐高温环保型聚氨酯塑胶跑道材料，其特征在于，由以下质量份的原料组成：甲苯二异氰酸酯45~55份，二苯基甲烷二异氰酸酯14~18份，聚醚多元醇18~24份，苯甲酰氯 0.2~0.35份，苯甲酸二丁酯 0.35~0.46份，氯化石蜡 12~15份，淀粉15~20份，葡萄糖10~13份，亚硝酸二异丙胺0.6~0.7份，三羟甲基丙烷三酯0.8~1.2份，顺丁烯二酸酐2.6~3.1份，聚酞胺纤维 14~17份，邻苯二甲酸二辛酯0.3~0.5份，填料 2~3份，防老剂0.8~1.6份，促进剂 2.1~2.6份，增强剂 0.6~1.1份。
8.权利要求1至7中任意一项所述耐高温环保型聚氨酯塑胶跑道材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）将聚醚多元醇、甲苯二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯加入到反应器中，搅拌，升温至120~140℃，抽真空脱水至水质量分数小于1*10-3，降温至60~80℃备用；
2）向步骤1）的反应器中加入苯甲酰氯、苯甲酸二丁酯 、氯化石蜡、亚硝酸二异丙胺、三羟甲基丙烷三酯、顺丁烯二酸酐和聚酞胺纤维升温至100~110℃，反应1~3h后降温至60~80℃；
3）将剩余组分混合均匀，加入到步骤2）的反应器中，60~80℃条件下搅拌混合2~5h，降温至室温，得到耐高温环保型聚氨酯塑胶跑道材料。
9.根据权利要求8所述的耐高温环保型聚氨酯塑胶跑道材料的制备方法，其特征在于，步骤1）中升温至130℃。
10.根据权利要求8所述的耐高温环保型聚氨酯塑胶跑道材料的制备方法，其特征在于，步骤2）中升温至105℃，反应2h后降温至75℃。
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