CN106117508A - 塑胶跑道用发泡聚氨酯弹性层材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于聚氨酯材料技术领域，具体涉及一种塑胶跑道用发泡聚氨酯弹性层材料及其制备方法。塑胶跑道用发泡聚氨酯弹性层材料由如下原料制成：异氰酸酯、聚醚多元醇A、有机硅改性聚醚B、固体填料、颜料、增塑剂、抗老化剂、紫外线吸收剂、催化剂、阻聚剂、乳化剂、发泡剂。本发明的材料场地弹性好、舒适度高、内部泡孔结构均匀，通过添加有机硅弹性粒子，场地耐磨性强、防滑性好，且操作简单，一次施工厚度可达8‑10mm。

Description

塑胶跑道用发泡聚氨酯弹性层材料及其制备方法
技术领域
本发明属于聚氨酯材料技术领域，具体涉及一种塑胶跑道用发泡聚氨酯弹性层材料及其制备方法。
背景技术
随着全民健身运动的逐步开展，人们对体育场地设施的需求也不断提高。塑胶跑道逐渐向高性能、高舒适度、低VOC、低气味方向发展，对跑道材料的应用提出更高的要求。
在我国聚氨酯运动地面铺装材料在塑胶跑道行业中也有着广泛的应用，目前聚氨酯塑胶跑道主要类型有：混合型、透气型两种。混合型跑道施工工序繁琐，易出错，且因含有一定的重金属及有机溶剂，对环境和人体健康造成危害，施工过程中需要添加黑色橡胶颗粒来增加场地弹性，但是黑颗粒气味重、重金属含量超标，对环境带来一定伤害，建设数量越来越少；透气型场地主要采用单组份聚氨酯粘合剂加入大量黑色橡胶颗粒铺设而成。施工简单、场地透气性好，但是场地力学性能低，使用年限短，且整个场地主要由黑色橡胶颗粒铺设而成，气味重，对环境也有一定的污染。
发明内容
本发明的目的是提供一种塑胶跑道用发泡聚氨酯弹性层材料，具有表面光滑、内部泡孔结构均匀、弹性好、耐磨性强、防滑性好、强度高、操作简单、施工方便且环保的特点；本发明同时提供了塑胶跑道用发泡聚氨酯弹性层材料的制备方法，科学合理、简单易行。
本发明所述的塑胶跑道用发泡聚氨酯弹性层材料，由如下重量百分比的原料制成：
所述的异氰酸酯是含量为50-100％的二苯基甲烷-4，4’-二异氰酸酯中的一种或几种；如烟台万华聚氨酯有限公司生产MDI-100。
所述的聚醚多元醇A为聚氧化丙烯三醇或聚氧化丙烯二醇中的一种或两种，聚醚多元醇A的数均分子量为4000-7000；优选为伯羟基含量为70-90％的环氧丙烷-环氧乙烷共聚醚三醇。
所述的聚醚多元醇A是与异氰酸酯反应且与水和异氰酸酯互溶性均较好的高活性聚醚多元醇，聚醚多元醇A的分子量(Mn)在4000-7000，平均羟值在10-30(mg KOH/g)；适合的多元醇的例子如山东东大化工集团聚醚330N，相对分子量为5000±200的聚氧化丙烯三醇。
所述的有机硅改性聚醚B的数均分子量为200-300，平均羟值在200-300mg KOH/g；如赢创工业集团旗下的TEGO品牌，ALBIDUR产品中的一种或多种。
所述的固体填料为滑石粉、白炭黑、碳酸钙或钛白粉中的一种或多种。
所述的颜料是为材料增加色彩，可以是公知的各种适宜的颜料，如氧化铁红、酞菁绿，铁黄、汉沙黄等。
所述的增塑剂为对苯二甲酸二辛酯，如南京荣基化工有限公司生产的DOTP。
所述的抗老化剂为1010(四[β－(3，5-二叔丁基－4－羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)或2，6－二叔丁基对甲苯酚(BHT)中的一种或两种。
所述的紫外线吸收剂为2－羟基－4－甲基二苯甲酮(UV－9)或2－羟基－4－正辛氧基二苯甲酮(UV531)。
所述的催化剂为N-甲基吗啉或N-乙基吗啉中的一种或两种。
所述的阻聚剂为磷酸或苯甲酰氯。
所述的乳化剂为辛基酚聚氧乙烯醚乳化剂OP-4或OP-10中一种或两种。
所述的发泡剂为去离子水或软化水。
本发明所述的塑胶跑道用发泡聚氨酯弹性层材料的制备方法，步骤如下：
(1)聚醚多元醇A、有机硅改性聚醚B、增塑剂与填料常温下加入反应釜，升温至100-120℃下搅拌，抽真空，真空度不小于0.095Mpa，脱水脱气1-2小时，水分达到0.03wt％以下；
(2)降温至50℃以下，加入异氰酸酯在反应釜中，70-90℃条件下反应1-2小时，加入原料总质量20ppm的催化剂，继续反应1小时后，测定NCO％含量达到设定值(根据配方设计指数计算)后，加入阻聚剂、乳化剂、颜料、抗老剂、紫外线吸收剂与乳化剂搅拌，降温至50℃以下，加入剩余催化剂，搅拌20-30min后装桶，整个过程反应釜需要用氮气密封。
本发明使用时根据环境温度和湿度，添加发泡剂水，充分搅拌均匀后施工；施工时需注意，加入发泡剂搅拌均匀的料，必须在30min内施工完毕，否则影响发泡效果和外观。施工时直接将料倒入已经处理好的水泥基础上，摊铺平整，本发泡层一次施工完毕，每层厚度约8-10mm。
本发明材料通过加入高性能有机硅改性聚醚大大提高发泡层的力学性能，材料施工简单，以水做发泡剂和催化剂，无需添加重金属催化剂、稀释剂、黑颗粒，一次性浇注成型，场地舒适度高、环保气味低，对环境及人体健康不会造成危害。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明的材料场地弹性好、舒适度高、内部泡孔结构均匀，通过添加有机硅弹性粒子，场地耐磨性强、防滑性好，且操作简单，一次施工厚度可达8-10mm。
本发明与双组分聚氨酯传统浆料相比，使用方便，不用调配，与底部基础粘接力较强，而且不受环境水分影响，用本体系制作的跑道各项指标均优于国标，特别适用于中小学及室内运动场地的铺设。由本发明制备的场地各项性能与国标对比见表1。
表1本发明制备的场地各项性能与国标对比
项目 国标 本发明材料
冲击吸收/％ 35-50 38-46
垂直变形/mm 0.6-2.5 1.2-1.7
拉伸强度(MPa) ≥0.7 ≥2.7
扯断伸长率(％) ≥90 ≥290
撕裂强度(KN/m) ≥9 ≥15
回弹率(％) ≥20 ≥30
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
在500ml装有温度计、回流冷凝管、搅拌的三口烧瓶中，将聚醚多元醇A(Mn＝6000，以丁二醇为起始剂的聚氧化丙烯二醇)96克，有机硅改性聚醚B(Mn＝244，有机硅含量40％)4克，DOTP：20克，800目滑石粉80g常温下加入三口瓶中，升温至100-120℃下搅拌，抽真空，真空度不小于0.095Mpa，脱水脱气2小时，测试水分为0.028wt％，降温至50℃，加入32克MDI-50，50分钟升温至75℃，保温75-85℃条件下反应1小时，加入催化剂N-甲基吗啉：0.002克，继续反应1小时后，测定NCO％含量为3.1，合格。加入阻聚剂磷酸：0.005克、乳化剂OP-10：8克、氧化铁红1.6克、抗老剂BHT0.4克、紫外线吸收剂UV531：0.4克，搅拌状态下降温至50℃，加入剩余催化剂0.0015克，搅拌30min后装桶，整个过程反应釜用氮气密封。测试结果的各项性能见表2。
实施例2
在500ml装有温度计、回流冷凝管、搅拌的三口烧瓶中，将聚醚多元醇A(Mn＝6000，以丁二醇为起始剂的聚氧化丙烯二醇)94克，有机硅改性聚醚B(Mn＝244，有机硅含量40％)6克，DOTP：30克，800目高岭土90g常温下加入三口瓶中，升温至100-120℃下搅拌，抽真空，真空度不小于0.095Mpa，脱水脱气2小时，测试水分为0.028wt％，降温至50℃，加入33克MDI-100，50分钟升温至75℃，保温75-85℃条件下反应1小时，加入催化剂N-乙基吗啉：0.003克，继续反应1小时后，测定NCO％含量为2.79，合格。加入阻聚剂磷酸：0.006克、乳化剂OP-10：12克、氧化铁红3.6克、抗老剂BHT：3克、紫外线吸收剂UV531：3克，搅拌状态下降温至50℃，加入剩余催化剂0.15克，搅拌30min后装桶，整个过程反应釜用氮气密封。测试结果的各项性能见表2。
实施例3
在500ml装有温度计、回流冷凝管、搅拌的三口烧瓶中，将聚醚多元醇A(Mn＝6000，以丁二醇为起始剂的聚氧化丙烯二醇)90克，有机硅改性聚醚B(Mn＝244，有机硅含量40％)10克，DOTP：50克，800目高岭土132g常温下加入三口瓶中，升温至100-120℃下搅拌，抽真空，真空度不小于0.095Mpa，脱水脱气2小时，测试水分为0.028wt％，降温至50℃，加入50克MDI-100，50分钟升温至75℃，保温75-85℃条件下反应1小时，加入催化剂N-乙基吗啉：0.004克，继续反应1小时后，测定NCO％含量为2.39，合格。加入阻聚剂磷酸：0.006克、乳化剂OP-10：16克、氧化铁红6.6克、抗老剂BHT：6克、紫外线吸收剂UV531：6克，搅拌状态下降温至50℃，加入剩余催化剂0.33克，搅拌30min后装桶，整个过程反应釜用氮气密封。测试结果的各项性能见表2。
表2实施例1-3中测试结果的各项性能
由表2可以看出，本发明的塑胶浆料，完全可以满足聚氨酯球场各项性能指标要求。

Claims (10)

1.一种塑胶跑道用发泡聚氨酯弹性层材料，其特征在于由如下重量百分比的原料制成：
2.根据权利要求1所述的塑胶跑道用发泡聚氨酯弹性层材料，其特征在于所述的异氰酸酯是含量为50-100％的二苯基甲烷-4，4’-二异氰酸酯中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的塑胶跑道用发泡聚氨酯弹性层材料，其特征在于所述的聚醚多元醇A为聚氧化丙烯三醇或聚氧化丙烯二醇中的一种或两种，聚醚多元醇A的数均分子量为4000-7000。
4.根据权利要求1所述的塑胶跑道用发泡聚氨酯弹性层材料，其特征在于所述的有机硅改性聚醚B的数均分子量为200-300，平均羟值在200-300mg KOH/g。
5.根据权利要求1所述的塑胶跑道用发泡聚氨酯弹性层材料，其特征在于所述的固体填料为滑石粉、白炭黑、碳酸钙或钛白粉中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的塑胶跑道用发泡聚氨酯弹性层材料，其特征在于所述的增塑剂为对苯二甲酸二辛酯。
7.根据权利要求1所述的塑胶跑道用发泡聚氨酯弹性层材料，其特征在于所述的抗老化剂为1010或2，6－二叔丁基对甲苯酚中的一种或两种；紫外线吸收剂为2－羟基－4－甲基二苯甲酮或2－羟基－4－正辛氧基二苯甲酮。
8.根据权利要求1所述的塑胶跑道用发泡聚氨酯弹性层材料，其特征在于所述的催化剂为N-甲基吗啉或N-乙基吗啉中的一种或两种，阻聚剂为磷酸或苯甲酰氯。
9.根据权利要求1所述的塑胶跑道用发泡聚氨酯弹性层材料，其特征在于所述的乳化剂为辛基酚聚氧乙烯醚乳化剂OP-4或OP-10中一种或两种，发泡剂为去离子水或软化水。
10.一种权利要求1-9任一所述的塑胶跑道用发泡聚氨酯弹性层材料的制备方法，其特征在于步骤如下：
(1)聚醚多元醇A、有机硅改性聚醚B、增塑剂与填料常温下加入反应釜，升温至100-120℃下搅拌，抽真空，真空度不小于0.095Mpa，脱水脱气1-2小时，水分达到0.03wt％以下；
(2)降温至50℃以下，加入异氰酸酯在反应釜中，70-90℃条件下反应1-2小时，加入原料总质量20ppm的催化剂，继续反应1小时后，测定NCO％含量达到设定值后，加入阻聚剂、乳化剂、颜料、抗老剂、紫外线吸收剂与乳化剂搅拌，降温至50℃以下，加入剩余催化剂，搅拌20-30min后装桶，整个过程反应釜需要用氮气密封。
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