CN106977679B - 一种基于有机稀土材料为主的复合催化剂以及塑胶跑道用胶粘剂 - Google Patents

一种基于有机稀土材料为主的复合催化剂以及塑胶跑道用胶粘剂 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于有机稀土材料为主的复合催化剂以及塑胶跑道用胶粘剂，其技术方案要点是包括如下重量份的组分：异辛酸稀土10~15份、异辛酸锌5~8份、异辛酸铋3~5份、气相白炭黑10~15份、聚醚多元醇57~72份；本申请将上述异辛酸稀土、异辛酸锌、异辛酸铋、气相白炭黑与聚醚多元醇进行混合，制备的复合催化剂是一种新型环保塑胶跑道用催化剂，是现有技术中的环保型的催化剂的替代产品，具有优异的安全、环保的使用性。

Description

一种基于有机稀土材料为主的复合催化剂以及塑胶跑道用胶 粘剂
技术领域
本发明涉及催化剂，特别涉及一种基于有机稀土材料为主的复合催化剂以及塑胶跑道用胶粘剂。
背景技术
自第19届奥林匹克运动会时国际奥委会决定正式采用聚氨酯塑胶跑道作为国际赛事的设施，自此打开了聚氨酯塑胶跑道的新局面，聚氨酯塑胶运动场在全世界得到了空前的普及。特别是近十年来，随着我国全民健身运动的开展以及人民生活水平的提高，越来越多的各级学校和公共运动场所铺设或正在铺设聚氨酯跑道，聚氨酯塑胶跑道正呈蓬勃发展之势。
最近，不乏从媒体上能够看到一些塑胶跑道的负面报道。报道称，某地多所学校出现“毒塑胶跑道”导致学生出现流鼻血、头晕、皮肤过敏等症状的消息持续发酵，相关部门对出现事故学校的塑胶跑道也做了大量的质检。结果表明，塑胶跑道经过空气的暴晒、雨水的冲刷会向空气中散发挥发性物质，学生吸入大量挥发性物质导致了流鼻血、头晕、皮肤过敏等现象，这引起了社会的广泛关注。
毒塑胶跑道中通常采用含铅、汞的有害重金属的材料作为催化剂，并且一般催化剂中含有50％以上的芳烃溶剂，而申请公布号为CN106433547A的中国专利公开了一种改性聚氨酯胶黏剂及其制备方法，该胶黏剂中不含有上述重金属催化剂，制备了具有安全、环保特性的塑胶跑道用的胶黏剂，这种环保催化剂正逐渐走进大众的视野，引起了国内外学者的广泛研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于有机稀土材料为主的复合催化剂，该催化剂是一种新型的环保催化剂，有助于制备环保型的塑胶跑道。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种基于有机稀土材料为主的复合催化剂，包括如下重量份的组分：
Figure GDA0002733346870000011
Figure GDA0002733346870000021
本发明进一步设置为：所述聚醚多元醇的分子量为4000～4200。
本发明进一步设置为：所述气相白炭黑的比表面积为400～430m2/g。
通过采用上述技术方案，异辛酸稀土是以铈为主的轻稀土与异辛酸合成的羧酸盐，异辛酸稀土的催化性能好，色泽浅、气味小、流动性佳等优点，在制备胶黏剂时，其中的稀土与功能性基团进行配位，提高了产物的稳定性，当与多个有机物配位时，起到团聚作用，使得水相与有机相分离度提高，促进干燥；聚醚多元醇是主链含有醚键，端基或侧基含有两个以上羟基的低聚物；聚醚多元醇通常以多羟基、含伯胺基化合物或醇胺为起始剂，以氧化丙烯、氧化乙烯等环氧化合物为聚合单体，开环均聚或共聚而成。作为胶黏剂用的聚醚树脂中不含有聚合时残留的碱性催化剂，防止碱性催化剂催化异氰酸酯二聚，减小对胶黏剂质量的影响；在聚醚多元醇分子中，醚键内聚能较低，并易于旋转，所制备的产物低温柔顺性能好，耐水解性能优良，体系粘度较低，易与异氰酸酯、助剂等组分互溶，加工性能优良；
异辛酸锌能使产物彻底干燥，从而具有较好的硬度，并且具有酸值及分子量稳定、优良的贮存稳定性，色泽浅、气味小、含量高等特点；
异辛酸铋具有安全、环保特性，有良好的耐水解稳定性，降低与水反应的选择性，在水系聚氨酯分散液中，减少水与异氰酸酯基的副反应，减少CO2的生成；本申请的异辛酸铋与异辛酸锌复配使用时，能够产生协同作用，以提高催化效率，固化效果好，塑胶跑道固化后气味更小，无有害重金属残留；
气相白炭黑是在氢氧燃烧火焰中高温水解制得的一种无定形二氧化硅，比表面积一般为50～400m2/g，具有优异的补强、增稠和触变性能和粒子的纳米效应；
本申请将上述异辛酸稀土、异辛酸锌、异辛酸铋、气相白炭黑与聚醚多元醇进行混合，制备的复合催化剂是一种新型环保塑胶跑道用催化剂，是现有技术中的环保型的催化剂的替代产品，具有良好的安全、环保的使用性。
本发明进一步设置为：还包括异辛酸锆6～10份。
通过采用上述技术方案，异辛酸锆是一种黄绿色液体，具有优良的化学稳定性，色泽浅，具有良好的漂浮稳定性及亮度，异辛酸锆有助于增加体系的柔韧性，在体系中，能够辅助异辛酸锌作用于异辛酸铋，并有效抑制异辛酸锌快速干燥的特性，从而改善该催化剂配方。
本发明进一步设置为：还包括石蜡油和环烷油的混合物3～5份，其中石蜡油和环烷油的混合物中石蜡油的重量百分比为30～40％。
通过采用上述技术方案，石蜡油与环烷油能够减小大分子间的作用力，有助于增大聚醚多元醇的活动空间，从而提高抗蠕变性，增大体系的柔软性与流动性，有助于对气相白炭黑的吸附，提高体系的弹性，还能降低成本，其中石蜡油与环烷油均较为环保，提高体系的流动性、耐屈挠性和光稳定性，气相白炭黑填充在体系内，体系内的硬度增加，石蜡油与环烷油填充后，有助于平衡体系的硬度，体系的可塑性增加，使得链段的运动范围增大，拉伸时链段能够充分伸展，分子链柔顺性增加。
本发明进一步设置为：还包括羟基硅油1～3份。
通过采用上述技术方案，羟基硅油是端基为羟基的线性聚二甲基硅氧烷，油状液体，是优良的结构控制剂与防粘处理剂，将羟基硅油填充在本申请的体系内，有助于促进气相白炭黑更加均匀的填充在体系内。
本发明进一步设置为：还包括羧甲基纤维素钠或者羟乙基纤维素7～12份。
通过采用上述技术方案，羧甲基纤维素钠是一种水溶性纤维素醚，溶于水形成水溶液粘度可在几厘泊到几千厘泊之间，通过配制不同浓度的水溶液可获得不同粘度的羧甲基纤维素钠，羧甲基纤维素钠是性能优异的纤维素类粘合剂、分散剂、稳定剂和成膜剂；羟乙基纤维素同属于可溶性纤维素醚类，具有良好的增稠、分散、粘合和成膜性能，溶于水后形成水基纤维素类粘合剂填充到复合体系内，可增加填料与填料之间或者填料与基体之间的相互作用力，进而提高各种组分之间的粘结力。
本发明的另一目的在于公开了一种塑胶跑道用胶粘剂，包括上述任意一项的一种基于有机稀土材料为主的复合催化剂。
通过采用上述技术方案，使用上述一种基于有机稀土材料为主的复合催化剂制备的塑胶跑道用胶粘剂，无有害溶剂、低VOC、无有害重金属残留，环保、可靠，并且保证材料有适中的流动时间，便于摊铺操作，固化效果更加完全，固化后气味更小。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、本发明制备了一种基于有机稀土材料为主的复合催化剂，具有优良的环保特性，适用于塑胶跑道的胶粘剂制备中，加入该复合催化剂后，材料的流动时间控制在0.5～1h，便于摊铺操作，固化效果更加完全，固化后气味较小；
2、本发明是以异辛酸稀土为基体，异辛酸锌与异辛酸铋复配使用时会产生协同作用，有利于提高催化效率，进而实现快速固化；
3、异辛酸锆有助于增加体系的柔韧性，在体系中，能够辅助异辛酸锌作用于异辛酸铋，并有效抑制异辛酸锌快速干燥的特性，从而进一步增加体系的柔韧性；
4、羧甲基纤维素钠是性能优异的纤维素类粘合剂、分散剂、稳定剂和成膜剂，在本申请中填充在聚醚多元醇中，有助于聚醚多元醇的增稠，同时有利于异辛酸锌、异辛酸铋的共混。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例一：
将60份聚醚多元醇加入搅拌罐中，然后加入12份异辛酸稀土、6份异辛酸锌、4份异辛酸铋，并调节搅拌罐的转速为120r/min，搅拌30min，继续加入12份气相白炭黑，待搅拌均匀。
实施例二：
将63份聚醚多元醇加入搅拌罐中，然后加入10份异辛酸稀土、5份异辛酸锌、4份异辛酸铋，并调节搅拌罐的转速为120r/min，搅拌30min；继续加入1份羟基硅油与12份气相白炭黑，搅拌20min；然后加入6份异辛酸锆、1份石蜡油与2份环烷油，搅拌20min；最后加入8份羟甲基纤维素钠，搅拌20min。
实施例三：
将60份聚醚多元醇加入搅拌罐中，然后加入15份异辛酸稀土、6份异辛酸锌、5份异辛酸铋，并调节搅拌罐的转速为120r/min，搅拌30min；继续加入2份羟基硅油与13份气相白炭黑，搅拌20min；然后加入8份异辛酸锆、1份石蜡油与2份环烷油，搅拌20min；最后加入10份羟甲基纤维素钠，搅拌20min。
实施例四：
将70份聚醚多元醇加入搅拌罐中，然后加入15份异辛酸稀土、8份异辛酸锌、4份异辛酸铋，并调节搅拌罐的转速为120r/min，搅拌30min；继续加入1份羟基硅油与15份气相白炭黑，搅拌20min；然后加入10份异辛酸锆、1份石蜡油与2份环烷油，搅拌20min；最后加入12份羟乙基纤维素，搅拌20min。
实施例五：
将150份环氧丙烷聚醚三元醇和50份聚四氢呋喃醚二醇、4份气相白炭黑加入到500ml三口瓶中快速搅拌，在-0.1MPa，100℃的条件下进行脱水处理2小时，待温度降低至45℃左右时，加入45份二苯基甲烷二异氰酸酯，自然反应30min，再缓慢升温到80℃继续反应1小时后，加入0.1份实施例一继续反应1h，制得端异氰酸酯基的聚氨酯预聚体。
实施例六：
将150份环氧丙烷聚醚三元醇和50份聚四氢呋喃醚二醇、4份气相白炭黑加入到500ml三口瓶中快速搅拌，在-0.1MPa，100℃的条件下进行脱水处理2小时，待温度降低至45℃左右时，加入45份二苯基甲烷二异氰酸酯，自然反应30min，再缓慢升温到75℃继续反应1小时后，加入0.1份实施例二继续反应1h，制得端异氰酸酯基的聚氨酯预聚体。
实施例七：
将150份环氧丙烷聚醚三元醇和50份聚四氢呋喃醚二醇、4份气相白炭黑加入到500ml三口瓶中快速搅拌，在-0.1MPa，100℃的条件下进行脱水处理2小时，待温度降低至45℃左右时，加入45份二苯基甲烷二异氰酸酯，自然反应30min，再缓慢升温到75℃继续反应1小时后，加入0.1份实施例三继续反应1h，制得端异氰酸酯基的聚氨酯预聚体。
实施例八：
将150份环氧丙烷聚醚三元醇和50份聚四氢呋喃醚二醇、4份气相白炭黑加入到500ml三口瓶中快速搅拌，在-0.1MPa，100℃的条件下进行脱水处理2小时，待温度降低至45℃左右时，加入45份二苯基甲烷二异氰酸酯，自然反应30min，再缓慢升温到75℃继续反应1小时后，加入0.1份实施例四继续反应1h，制得端异氰酸酯基的聚氨酯预聚体。
对比例:
将150份环氧丙烷聚醚三元醇和50份聚四氢呋喃醚二醇、4份气相白炭黑加入到500ml三口瓶中快速搅拌，在-0.1MPa，100℃的条件下进行脱水处理2小时，待温度降低至45℃左右时，加入45份二苯基甲烷二异氰酸酯，自然反应30min，再缓慢升温到75℃继续反应1小时后，加入0.1份有机锡继续反应1h，制得端异氰酸酯基的聚氨酯预聚体。
将实施例中所制备的产物倒入预先涂有脱模剂的模具中进行室温固化，形成弹性样片，熟化7天后进行性能测试。
检测指标：
(1)T/31010100-C003-2016《学校运动场地塑胶面层有害物质限量》液体部分。
(2)冲击吸收：采用冲击吸收测试仪检测场地冲击吸收的能力。将质量为20公斤的重物自由下落到一个铁砧上，铁砧通过弹簧将力传向测力台底部，测力台通过球形底盘安装在地面。测力台由力量传感器组成，并能在冲击过程中记录下冲击返回力的最大值。将该最大值与在坚固地面上(如混凝土)所测得的数据进行比较，同时计算出合成表面冲击返回作用力的百分比。
(3)垂直形变：采用垂直变形测试仪检测场地的垂直变形。将质量为20公斤的重物下落到弹簧上，通过弹簧将负荷传递到放置在被检测物表面的测力台，测力台内包含一力量传感器，传感器可以在冲击过程中记录下力量的增量，通过测力台两侧的变形摄取器的平均数来测量出被检测物表面的变形量。
(4)拉伸强度与断裂伸长率：用GB/T1.654规定的方法测定，按照规定中附录D中D3.1制备试样，控制拉伸速度为100±10mm/min。
检测结果如下表所示：
Figure GDA0002733346870000061
Figure GDA0002733346870000071
通过上表可知，相比于现有技术的有机锡催化剂，本申请的复合催化剂具有良好的环保特性，同时有助于制备拉伸强度高、断裂伸长率大的塑胶跑道，具有良好的使用性。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (3)

1.一种基于有机稀土材料为主的复合催化剂，其特征在于包括如下重量份的组分：
异辛酸稀土 15份
异辛酸锌 6份
异辛酸铋 5份
气相白炭黑 10~15份；
聚醚多元醇 57~72份；所述聚醚多元醇的分子量为4000~4200；
异辛酸锆 6~10份；
石蜡油和环烷油的混合物 3~5份，其中石蜡油和环烷油的混合物中石蜡油的重量百分比为30~40%；
羟基硅油 1~3份；
羧甲基纤维素钠或者羟乙基纤维素 7~12份。
2.根据权利要求1所述的一种基于有机稀土材料为主的复合催化剂，其特征在于：所述气相白炭黑的比表面积为400~430m2/g。
3.一种塑胶跑道用胶粘剂，其特征在于：包括如权利要求1~2任意一项所述的一种基于有机稀土材料为主的复合催化剂。
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