CN106189194A - 一种hpu塑胶的制法和hpu场地的施工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种HPU塑胶的制法和HPU场地的施工工艺，其由包含异氰酸酯组分A和聚醚组分B的原料混合反应得到，所述的异氰酸酯组分A的原料组成及重量百分比为：二苯基甲烷二异氰酸酯20～30％，异佛二酮二异氰酸酯5～15％，聚醚多元醇α60～75％，所述的聚醚组分B的原料组成及重量百分比为：混合聚醚多元醇5‑30％，石蜡10‑30％，扩链剂2‑6％，抗老化剂0.02‑0.1％，填料30‑60％，颜料1‑5％，空心微球0.1‑1％。本发明的HPU塑胶材料不仅具有良好的力学性能而且压缩复原率高达99％以上，回弹率高达45％以上，具有良好的弹性。

Description

一种HPU塑胶的制法和HPU场地的施工工艺
技术领域
本发明涉及一种HPU塑胶的制法和HPU场地的施工工艺，主要用于聚氨酯塑胶运动场地(含跑道和球场)。
背景技术
聚氨酯塑胶跑道属于浇注型聚氨酯弹性体的一种，广泛用于铺设各类体育运动场地，是目前国际上公认的运动场地的铺装材料。
聚氨酯塑胶跑道通常由异氰酸酯组分(常称为甲组分)和聚醚组分(常称为乙组分)混合搅拌得到，甲组分通常选用TDI和/或MDI与聚醚多元醇通过预聚反应得到，乙组分通常含有聚醚、扩链剂、增塑剂、填料、颜料、紫外吸收剂、抗氧剂、吸水剂，乙组分的配方与生产工艺直接影响跑道的颜色及其物理性能。现场使用时是将甲组分和乙组分按照一定的比例混合搅拌均匀即可摊铺塑胶跑道，这种传统生产跑道胶的过程不但加工工艺复杂加工周期长，成本相对也高，所使用的高毒性的TDI，生产安全要求较高，聚合反应过程也存在爆聚风险。
中国公开专利CN103387652公开了一种跑道用环保型聚氨酯塑胶的制备方法，采用MDI与聚醚多元醇制备聚氨酯预聚体，解决了传统跑道采用TDI材料毒性大，对人体和环境产生危害的问题，并且其邵A硬度为55，拉伸强度4.0MPa,撕裂强度25kN·m-1；伸长率450％，回弹率42％，其中，该产品的回弹率较低，且通过实验验证其压缩复原率较差，仅能达到95％，而且其选用的聚醚多元醇与MDI反应速率低，增加了施工时的时间。
中国公开专利CN103554406公开了一种环保型聚氨酯塑胶跑道复合物，采用酸性树脂对聚醚进行改性得到改性聚醚再与MDI混合得到，由于直接使用MDI作为催干剂，不添加TDI和重金属催化剂，安全环保，简化了生产工艺，但其制备的塑胶跑道的回弹率最高为40％，压缩复原率最高98.3％，扯断伸长率最高350％，拉伸强度2.75MPa，可见其产品的力学性能较差。
中国专利CN1295288公开了一种由纳米蒙脱土/聚氨酯塑胶制备的体育场地铺装材料，由于聚醚多元醇中加入了纳米蒙脱土进行改性，提高了弹性体的力学性能，使用寿命得到了延长，并降低了生产成本，但其回弹率最高仅达33％，压缩复原率最高99％，扯断伸长率最高305％，抗拉强度最高3.5MPa，其回弹及力学性能还有待于提高。
目前，针对已有的技术如何兼顾提高聚氨酯塑胶材料的力学性能及压缩复原率、回弹率等弹性性能是亟待解决的问题。
发明内容
为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种HPU塑胶，其不仅具有良好的力学性能而且压缩复原率高达99％以上，回弹率高达45％以上，具有良好的弹性。
本发明的另一目的在于提供上述HPU塑胶的制备方法。
本发明的再一目的在于提供上述HPU塑胶的用途。
为了达到以上目的，本发明的技术方案如下：
一种HPU塑胶，其由包含异氰酸酯组分A和聚醚组分B的原料混合反应得到，所述的异氰酸酯组分A的原料组成及重量百分比为：
二苯基甲烷二异氰酸酯 20～30％
异佛二酮二异氰酸酯 5～15％
聚醚多元醇a 60～75％
所述的聚醚组分B的原料组成及重量百分比为：
其中，所述的混合聚醚多元醇是由20-100wt％的聚醚多元醇b1和0-80wt％的聚醚多元醇b2构成，其中聚醚多元醇b1数均分子量为2000-4000，且平均官能度为2-3；聚醚多元醇b2的数均分子量4000-6000，且平均官能度为2-3；
所述的聚醚多元醇a是由起始剂为乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、四氢呋喃及甘油中的一种或多种与环氧丙烷或环氧乙烷开环聚合得到，官能度为2～3，羟值22～42mgKOH/g，数均分子量为3000～5000。
作为一种优选的技术方案，所述的混合聚醚多元醇是由25-80wt％的聚醚多元醇b1和20-75wt％的聚醚多元醇b2构成，其中聚醚多元醇b1数均分子量为3000-3500，且平均官能度为2-3；聚醚多元醇b2的数均分子量4500-5000，且平均官能度为2-3。
本发明中，所述的空心微球为无机/聚合物杂化微球，优选SiO2/MPS杂化微球或SiO2/PDVB杂化微球或SiO2/PEGDMA杂化微球。所述的空心微球的制备可参考文献博士学位论文《亲水性聚合物微球、无机/聚合物杂化微球和空心微球的合成研究》南开大学，刘广宇。
本发明中，所述的抗老化剂为季戊四醇酯(商品牌号是：抗氧剂1010)和二苯甲酮(商品牌号UV-9)。
本发明中，所述扩链剂是二元胺类，优选3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯基甲烷。
本发明中，所述填料是滑石粉。
本发明中，所述颜料为氧化铁系列。
所述的HPU塑胶的制备方法，包括如下步骤：
(1)、异氰酸酯组分A的制备：按照以上原料配比将聚醚多元醇a加入反应釜中，在85～120℃下搅拌，抽真空脱水脱气，冷却至40～50℃，加入二苯基甲烷二异氰酸酯和异佛二酮二异氰酸酯，在70～80℃下反应1-3h，冷却至室温；
(2)、聚醚组分B的制备：按照权利要求1的原料配比将混合聚醚多元醇、石蜡、扩链剂，占抗老化剂总量50％的抗老化剂混合，搅拌均匀，升温至90-100℃；加入填料，颜料，剩余量的抗老化剂搅拌均匀；开启胶体磨对上述物料进行研磨至粒径300～400目以下；继续加温在90-100℃，减压至0.095Mpa以下脱水2-3小时；降温到25～60℃，加入空心微球，混合搅拌1-2小时；
(3)、HPU塑胶的制备：将异氰酸酯组分A和聚醚组分B按照重量比1：2.5～5.5混合均匀后加入占异氰酸酯组分A和聚醚组分B总量0.01～0.1％的有机聚氨酯催化剂，搅拌聚合固化得到微孔聚氨酯塑胶材料；所述的有机聚氨酯催化剂选自胺类催化剂或有机金属催化剂。
本发明的制备方法中，所述的有机金属催化剂选自铅、锡、锌、铋或锆的C2-C20脂肪族有机一元酸盐、铅、锡、锌、铋或锆的芳香族有机化合物中的一种或多种，优选铅、锡、锌、铋或锆的芳香族有机化合物。
本发明的制备方法中，所述胺类催化剂可选自N,N-二甲基环己胺、三亚乙基二胺、三乙胺、N,N-二甲基乙醇胺、三乙醇胺和三亚乙基二胺盐中的一种或多种，优选是三亚乙基二胺。
所述的微孔聚氨酯塑胶材料用于铺设聚氨酯塑胶运动场地(例如：跑道和球场)的用途。
本发明中HPU塑胶为“微孔聚氨酯塑胶”的俗名。
本发明的积极效果在于：1)本发明的聚醚多元醇的选择可以加快反应速率且增加成膜的硬度，在一定程度上可以缩短施工时间；通过选择合适的异氰酸酯组分及聚醚组分的配合使得制备的塑胶材料铺设后使用时间长，不会出现脱粒，破损等问题，具有较好的弹性。
2)本发明以空心微球作为添加，其具有重量轻，密度低，环保型，容易添加和处理的特点，可减少聚氨酯塑胶的使用量，增大塑胶的体积，提高塑胶的压缩复原率和回弹率，更有效保护运动者，免收运动的伤害，而且通过添加空心微球可以增加产品组成物中的固体分的容积，进一步减少溶剂的浓度，使塑胶在生产、施工过程中的VOC的排放量减少，更加符合环保塑胶的趋势。通过添加空心微球可代替原来塑胶铺设中添加黑色胶粒降低成本的目的，且可增加更高的弹性。
3)本发明的产品实现在常温常压下塑胶铺设，塑胶厚度10mm可以一次刮涂，且固化速度及产品质量不受影响。
具体实施方式
下面结合实施例进一步详细说明本发明，但本发明并不因此而受到任何限制。
本发明实施例中空心微球为SiO2/PEGDMA杂化微球，购自东莞市国丰致嘉塑胶原料有限公司。
所述的份均为重量份。
实施例1
(1)、异氰酸酯组分A的制备：将60份起始剂为乙二醇与环氧丙烷开环聚合得到的羟值为24，分子量为4675的聚醚多元醇加入反应釜中，在85℃下搅拌，抽真空脱水脱气，冷却至40℃，加入20份二苯基甲烷二异氰酸酯和5份异佛二酮二异氰酸酯，在70℃下反应2h，冷却至室温；
(2)、聚醚组分B的制备：将5份混合聚醚多元醇(由占混合聚醚多元醇总量的20％的聚醚多元醇b1和占总量80％的聚醚多元醇b2构成，其中，b1为丙三醇起始，环氧丙烷的均聚聚醚多元醇，分子量3500，官能度3，羟值48.1mgKOH/g，b2为二丙二醇起始，环氧丙烷的均聚聚醚多元醇，分子量4000，官能度2，羟值28.1mgKOH/g)、10份石蜡、2份3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯基甲烷，0.01份抗氧剂1010，搅拌均匀，升温至90℃；加入30份滑石粉，1份颜料，0.01份UV-9搅拌均匀；开启胶体磨对上述物料进行研磨至粒径300～400目以下；继续加温在90℃，减压至0.095Mpa以下脱水2小时；降温到25℃，加入0.1份空心微球，混合搅拌1小时；
(3)、微孔聚氨酯塑胶材料的制备：将异氰酸酯组分A和聚醚组分B按照重量比1：2.5混合均匀后加入占异氰酸酯组分A和聚醚组分B总量0.01％的有机聚氨酯催化剂，搅搅拌均匀后，喷涂或刮涂在聚氨酯跑道底层上即可。所述的有机聚氨酯催化剂为三亚乙基二胺。
实施例2
(1)、异氰酸酯组分A的制备：将75份起始剂为甘油与环氧丙烷开环聚合得到的羟值30，数均分子量为5610的聚醚多元醇加入反应釜中，在100℃下搅拌，抽真空脱水脱气，冷却至45℃，加入30份二苯基甲烷二异氰酸酯和15份异佛二酮二异氰酸酯，在80℃下反应3h，冷却至室温；
(2)、聚醚组分B的制备：将30份混合聚醚多元醇(由占混合聚醚多元醇总量的80％的聚醚多元醇b1和占总量20％的聚醚多元醇b2构成，其中，b1为丙三醇起始，环氧丙烷的均聚聚醚多元醇，分子量3500，官能度3，羟值48.1mgKOH/g，b2为二丙二醇起始，环氧丙烷的均聚聚醚多元醇，分子量5000，官能度2，羟值22.4mgKOH/g)、30份石蜡、6份3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯基甲烷，0.05份抗氧剂1010，搅拌均匀，升温至100℃；加入60份滑石粉，5份颜料，0.05份UV-9搅拌均匀；开启胶体磨对上述物料进行研磨至粒径300～400目以下；继续加温在100℃，减压至0.095Mpa以下脱水3小时；降温到45℃，加入1份空心微球，混合搅拌2小时；
(3)、微孔聚氨酯塑胶材料的制备：将异氰酸酯组分A和聚醚组分B按照重量比1：3混合均匀后加入占异氰酸酯组分A和聚醚组分B总量0.1％的有机聚氨酯催化剂，搅搅拌均匀后，喷涂或刮涂在聚氨酯跑道底层上即可。所述的有机聚氨酯催化剂为异辛酸铋。
实施例3
(1)、异氰酸酯组分A的制备：将68份起始剂为1，2-丙二醇与环氧丙烷开环聚合得到的羟值40，数均分子量为2800的聚醚多元醇加入反应釜中，在100℃下搅拌，抽真空脱水脱气，冷却至45℃，加入25份二苯基甲烷二异氰酸酯和10份异佛二酮二异氰酸酯，在70℃下反应2h，冷却至室温；
(2)、聚醚组分B的制备：将18份混合聚醚多元醇(由占混合聚醚多元醇总量的60％的聚醚多元醇b1和占总量40％的聚醚多元醇b2构成，其中，b1为丙三醇起始，环氧丙烷的均聚聚醚多元醇，分子量3000，官能度3，羟值56.1mgKOH/g，b2为二丙二醇起始，环氧丙烷的均聚聚醚多元醇，分子量5500，官能度2，羟值20.4mgKOH/g)、20份石蜡、4份3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯基甲烷，0.03份抗氧剂1010，搅拌均匀，升温至100℃；加入45份滑石粉，3份颜料，0.03份UV-9搅拌均匀；开启胶体磨对上述物料进行研磨至粒径300～400目以下；继续加温在100℃，减压至0.095Mpa以下脱水3小时；降温到45℃，加入0.5份空心微球，混合搅拌1.5小时；
(3)、微孔聚氨酯塑胶材料的制备：将异氰酸酯组分A和聚醚组分B按照重量比1：4混合均匀后加入占异氰酸酯组分A和聚醚组分B总量0.05％的有机聚氨酯催化剂，搅拌均匀后，喷涂或刮涂在聚氨酯跑道底层上即可。所述的有机聚氨酯催化剂为异辛酸铋。
将实施例1-3中制备的微孔聚氨酯塑胶材料进行性能测试，测试结果如下表1所示：
测试说明：将实施例中A、B组分及有机聚氨酯催化剂按照上述比例混合均匀，倒入预先装有脱模剂的模具中，室温固化，熟化1周后制得样品，进行性能测试。
表1:

Claims (8)

1.一种HPU塑胶，其由包含异氰酸酯组分A和聚醚组分B的原料混合反应得到，其特征在于，所述的异氰酸酯组分A的原料组成及重量百分比为：
二苯基甲烷二异氰酸酯 20～30％
异佛二酮二异氰酸酯 5～15％
聚醚多元醇a 60～75％
所述的聚醚组分B的原料组成及重量百分比为：
其中，所述的混合聚醚多元醇是由20-100wt％的聚醚多元醇b1和0-80wt％的聚醚多元醇b2构成，其中聚醚多元醇b1数均分子量为2000-4000，且平均官能度为2-3；聚醚多元醇b2的数均分子量4000-6000，且平均官能度为2-3；
所述的聚醚多元醇a是由起始剂为乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、四氢呋喃及甘油中的一种或多种与环氧丙烷或环氧乙烷开环聚合得到，官能度为2～3，羟值22～42mgKOH/g，数均分子量为3000～5000。
2.根据权利要求1所述的HPU塑胶，其特征在于，所述的混合聚醚多元醇是由25-80wt％的聚醚多元醇b1和20-75wt％的聚醚多元醇b2构成，其中聚醚多元醇b1数均分子量为3000-3500，且平均官能度为2-3；聚醚多元醇b2的数均分子量4500-5000，且平均官能度为2-3。
3.根据权利要求1所述的HPU塑胶，其特征在于，所述的空心微球为无机/聚合物杂化微球，优选SiO2/MPS杂化微球或SiO2/PDVB杂化微球或SiO2/PEGDMA杂化微球。
4.根据权利要求1所述的HPU塑胶，其特征在于，所述的抗老化剂为季戊四醇酯和二苯甲酮。
5.根据权利要求1所述的HPU塑胶，其特征在于，所述扩链剂是二元胺类，优选3,3′-二氯-4,4′-二氨基二苯基甲烷。
6.根据权利要求1所述的HPU塑胶，其特征在于，所述填料是滑石粉。
7.权利要求1-6中任一项所述的HPU塑胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)、异氰酸酯组分A的制备：按照权利要求1的原料配比将聚醚多元醇a加入反应釜中，在85～120℃下搅拌，抽真空脱水脱气，冷却至40～50℃，加入二苯基甲烷二异氰酸酯和异佛二酮二异氰酸酯，在70～80℃下反应1-3h，冷却至室温；
(2)、聚醚组分B的制备：按照权利要求1的原料配比将混合聚醚多元醇、石蜡、扩链剂，占抗老化剂总量50％的抗老化剂混合，搅拌均匀，升温至90-100℃；加入填料，颜料，剩余量的抗老化剂搅拌均匀；开启胶体磨对上述物料进行研磨至粒径300～400目以下；继续加温在90-100℃，减压至0.095Mpa以下脱水2-3小时；降温到25～60℃，加入空心微球，混合搅拌1-2小时；
(3)、HPU塑胶的制法的制备：将异氰酸酯组分A和聚醚组分B按照重量比1：2.5～5.5混合均匀后加入占异氰酸酯组分A和聚醚组分B总量0.01～0.1％的有机聚氨酯催化剂，搅拌聚合固化得到HPU塑胶的制法；所述的有机聚氨酯催化剂选自胺类催化剂或有机金属催化剂。
8.权利要求1-6中任一项所述的HPU塑胶及由权利要求7方法制备的HPU塑胶用于铺设聚氨酯塑胶运动场地的用途。
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