CN107057031A - 一种球场用合成面层材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种球场用合成面层材料，涉及塑胶材料，包括按以下重量份数计算原料：预聚体：聚醚多元醇(分子量300含纳米SiO2)10～20份、聚醚多元醇(分子量2000含纳米SiO2)80～90份、MDI(二苯基甲烷二异氰酸酯)45～55份；浆料：聚醚多元醇(分子量300含纳米SiO2)5～8份、聚醚多元醇(分子量2000含纳米SiO2)25～35份、MBDA(4，4‑双仲丁基氨基‑二苯基甲烷)2～5份、填料30～45份、颜料3～6份、抗氧剂0.5～1份、抗紫外线吸收剂0.5～1份、催化剂0.1～0.5份，其中纳米SiO2的量为聚醚多元醇量的0.5～2.5％。本方案提供一种球场用合成面层材料，硬度高、耐磨性好；耐老化；性能稳定。

Description

一种球场用合成面层材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及塑胶材料，特别涉及一种球场用合成面层材料。
背景技术
聚氨酯通常是由聚醚或聚酯大分子多元醇、多异氰酸酯及小分子多元胺或多元醇类扩链剂经加成聚合而成，其大分子链中的软硬段结构和材料的微观相分离的特征使聚氨酯具有优良的力学性能，可以制成(泡沫)塑料、弹性体、纤维、涂料和粘合剂等。其中聚氨酯弹性体是一种介于一般橡胶和塑料之间的高分子合成材料，即具有塑料的高强度、又具有橡胶的高弹性，突出的性能体现在优异的耐磨性、耐油性、耐低温、耐臭氧、耐辐射和绝热吸震的特性。因而，聚氨酯弹性体广泛应用于实心轮胎、胶带、胶辊衬里、油封、密封圈、模垫、电器元件灌封、粘合剂及涂层等领域，是建筑工业、汽车工业、航空工业等各个工业部门不可缺少的工程材料之一。随着各应用领域对材料综合性能要求的不断提高，传统聚氨酯的性能已不能满足实际应用的要求，为此人们开展了大量的研究工作改善聚氨酯弹性体的性能。
室外球场用合成面层材料一般要求有较高的硬度，良好的耐磨性和耐候性，通过在聚氨酯材料中添加纳米材料可以达到上述要求。
由于纳米填料具有小尺寸效应、表面界面效应等性质，能与聚合物基体发生强烈的界面相互作用，对聚氨酯材料的改性效果是普通填料无法比拟的。因此，纳米填料改性聚氨酯已成为一个十分活跃的研究领域。目前，无机纳米粒子改性聚氨酯材料的研究中，采用最多的方法是将纳米粒子直接加入到聚氨酯树脂中，借助外界的剪切作用强迫无机组分在聚合物体系中分散。然而，纳米粒子表面活性高，极易发生团聚现象；加上聚合物组分与无机组分的相容性差、聚合物基体具有的高粘度，很难获得纳米粒子均匀分散的体系。而且，已经分散开的纳米粒子也会慢慢自聚集，相互团聚。如何在实现无机纳米粒子在聚氨酯基体中实现均匀分散，发挥无机组分的增强效应，提高聚氨酯弹性体的耐热性、耐溶剂和机械强度，仍有待进一步研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种球场用合成面层材料，具有比普通球场面层材料更优异的耐磨性、耐候性等，综合性能优良。
本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种球场用合成面层材料，包括按以下重量份数计算的各组分原料：
预聚体：聚醚多元醇(分子量300含纳米SiO2) 10～20份
聚醚多元醇(分子量2000含纳米SiO2) 80～90份
MDI 45～55份
浆料：聚醚多元醇(分子量300含纳米SiO2) 5～8份
聚醚多元醇(分子量2000含纳米SiO2) 25～35份
MBDA(4，4-双仲丁基氨基-二苯基甲烷) 2～5份
填料 30～45份
颜料 3～6份
抗氧剂 0.5～1份
抗紫外线吸收剂 0.5～1份
催化剂 0.1～0.5份
，其中聚醚多元醇中纳米SiO2的加量为聚醚多元醇量的0.5～2.5％。
通过采用上述技术方案，含有纳米SiO2的聚醚多元醇制备的面层材料，伸长率、拉伸强度、硬度都能得到明显提高，同时达到增强增韧的效果，使其性能更加稳定。同时本发明用MBDA代替市场上常用的MOCA作为扩链剂。MOCA有致癌风险，MBDA艾姆斯实验为阴性，材料的安全环保性明显提高，并且可以改善与基层的粘着性和流动性，明显提高材料的抗冲击性能和低温性能。替换为MBDA后使面层材料更加环保、不会给健康带来危害；同时，MBDA可与预聚体反应，提高面层材料的硬度和强度。
优选的，预聚体的聚醚多元醇为聚氧化丙烯二醇、聚氧化丙烯三醇、聚环氧丙烷二醇、聚环氧丙烷三醇、聚四氢呋喃醚二醇中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，上述种类均为聚醚多元醇的常用种类，来源广，成本低。
优选的，浆料的聚醚多元醇为聚氧化丙烯二醇、聚氧化丙烯三醇、聚环氧丙烷二醇、聚环氧丙烷三醇、聚四氢呋喃醚二醇中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，上述种类均为聚醚多元醇的常用种类，来源广，成本低。
优选的，填料为300～500目的石英粉、300～500目的钛白粉、300～500目的碳酸钙、300～500目的碳酸镁、300～500目的滑石粉的一种或多种。
通过采用上述技术方案，填料是用量很大的添加剂，由于其具有较大的比表面积，能够使液体在其表面有较好的均匀分布性，加入后不仅能降低收缩率，提高弹性模量、冲击强度，增加硬度、改善耐磨性能，改善面层材料的力学性能，还可降低成本。
优选的，颜料为无机染料与有机染料的组合，无机染料选自氧化铁红、氧化铁绿、钛白粉、氧化铁黄，有机染料包括永固橙、永固红、永固黄、酞菁绿。
通过采用上述技术方案，上述均为常用颜料和常用颜色，颜料的选择根据具体使用需求而定。
优选的，抗氧剂为抗氧剂264、抗氧剂1010、抗氧剂4010NA中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，上述种类均为常用的抗氧化剂，且用量少、成本低。
优选的，抗紫外线吸收剂为抗紫外线剂UV-81、抗紫外线剂UV-9、抗紫外线剂UV-P中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，上述种类均为常用抗紫外线吸收剂，且所需用量少、成本低。
优选的，催化剂为环烷酸稀土、异辛酸稀土、脂肪酸稀土、异辛酸铋中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，稀土元素及其氧化物具有较高的催化活性，不仅本身具有催化活性，还可以作为添加剂或助催化剂，以提高催化剂的催化性能，尤其是抗老化能力和抗中毒能力。上述催化剂均为环保型的原料，提高了材料的环保性。
本发明的另一目的在于提供上述任意一项方案所述的一种球场用合成面层材料的制备方法。
本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：包括以下步骤：
a、纳米SiO2的分散：在溶剂碳酸二甲酯中加入纳米SiO2，在200r/min的转速下搅拌0.5～1h；再加入聚醚多元醇搅拌0.5～1h；升温至90～100℃，在真空下抽出碳酸二甲酯，冷凝回收，重复使用；
b、预聚体的合成：将加入SiO2的聚醚多元醇与MDI加入反应釜，升温至70～80℃，搅拌反应2.5～3.5h，得到预聚体；
c、浆料的制备：将加入纳米SiO2的聚醚多元醇、MBDA、填料、颜料、抗氧剂、紫外线吸收剂和催化剂加入反应釜，搅拌混合、研磨1～2h，升温至110～120℃，真空下脱水1～1.5h，得到浆料；
d、将预聚体与浆料分开储存，使用时预聚体与浆料按比例1:2～5现场混合，摊铺形成塑胶球场面层材料。
通过采用上述技术方案，将纳米SiO2分散在溶剂碳酸二甲酯中，再加入聚醚多元醇单体中，从而减弱纳米SiO2分子间形成氢键作用，有利于纳米SiO2的粒子均匀分散在聚合物间；保证了纳米SiO2聚醚多元醇预聚体的各种性能的稳定。由于聚醚多元醇有一定的粘度，本方法采用先将纳米材料分散在溶剂中，然后加入聚醚多元醇分散，最后将溶剂在真空下抽出回收，这样，纳米材料就能比较均匀的分散在聚醚多元醇中。
综上，本发明所述的一种球场用合成面层材料，具有如下优点：硬度高、耐磨性好；伸长率、拉伸强度、耐候性能好，同时达到增强增韧的效果；耐油、耐老化；性能稳定，使用寿命长。
附图说明
图1为球场用合成面层材料的生产工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1
如图1所示，一种球场用合成面层材料的制备方法，按照如下质量配比制备：
纳米SiO2的分散：在溶剂碳酸二甲酯中加入纳米SiO2，在200r/min的转速下搅拌1h；再加入聚醚多元醇搅拌1h；升温至100℃，在真空下抽出碳酸二甲酯，冷凝回收，重复使用。以下聚醚多元醇中纳米SiO2的加量均为聚醚多元醇量的1.5％。
预聚体：聚氧化丙烯二醇(分子量300含纳米SiO2) 10kg
聚四氢呋喃醚二醇(分子量2000含纳米SiO2) 80kg
MDI 45kg
预聚体的合成：将加入SiO2的聚醚多元醇与MDI加入反应釜，升温至70℃，搅拌反应3h，得到预聚体。
浆料：聚氧化丙烯二醇(分子量300含纳米SiO2) 5kg
聚四氢呋喃醚二醇(分子量2000含纳米SiO2) 25kg
MBDA 2kg
400目轻质碳酸钙 30kg
氧化铁红 3kg
抗氧剂264 0.5kg
抗紫外线吸收剂UV81 0.5kg
环烷酸稀土 0.1kg
异辛酸铋催化剂 0.1kg
将加入纳米SiO2的聚醚多元醇、MBDA、填料、颜料、抗氧剂、紫外线吸收剂和催化剂加入反应釜，搅拌混合、研磨2h，升温至110℃，真空下脱水1.5h，得到浆料。
将预聚体与浆料分开储存，使用时预聚体与浆料按比例1:3现场混合，摊铺形成塑胶球场面层材料，厚度为10mm。
实施例2
预聚体：聚氧化丙烯二醇(分子量300含纳米SiO2) 12kg
聚四氢呋喃醚二醇(分子量2000含纳米SiO2) 82kg
MDI 47kg
浆料：聚氧化丙烯二醇(分子量300含纳米SiO2) 6kg
聚四氢呋喃醚二醇(分子量2000含纳米SiO2) 27kg
MBDA 3kg
400目轻质碳酸钙 33kg
氧化铁红 4kg
抗氧剂264 0.6kg
抗紫外线吸收剂UV-81 0.6kg
环烷酸稀土 0.2kg
异辛酸铋催化剂 0.1kg。
实施例3
预聚体：聚氧化丙烯二醇(分子量300含纳米SiO2) 14kg
聚四氢呋喃醚二醇(分子量2000含纳米SiO2) 84kg
MDI 49kg
浆料：聚氧化丙烯二醇(分子量300含纳米SiO2) 7kg
聚四氢呋喃醚二醇(分子量2000含纳米SiO2) 29kg
MBDA 4kg
400目轻质碳酸钙 36kg
氧化铁红 5kg
抗氧剂264 0.7kg
抗紫外线吸收剂UV-81 0.7kg
环烷酸稀土 0.1kg
异辛酸铋催化剂 0.2kg。
实施例4
预聚体：聚氧化丙烯二醇(分子量300含纳米SiO2) 16kg
聚四氢呋喃醚二醇(分子量2000含纳米SiO2) 86kg
MDI 51kg
浆料：聚氧化丙烯二醇(分子量300含纳米SiO2) 7kg
聚四氢呋喃醚二醇(分子量2000含纳米SiO2) 31kg
MBDA 4kg
400目轻质碳酸钙 39kg
氧化铁红 5kg
抗氧剂264 0.8kg
抗紫外线吸收剂UV-81 0.8kg
环烷酸稀土 0.2kg
异辛酸铋催化剂 0.2kg。
实施例5
预聚体：聚氧化丙烯二醇(分子量300含纳米SiO2) 18kg
聚四氢呋喃醚二醇(分子量2000含纳米SiO2) 88kg
MDI 53kg
浆料：聚氧化丙烯二醇(分子量300含纳米SiO2) 8kg
聚四氢呋喃醚二醇(分子量2000含纳米SiO2) 33kg
MBDA 5kg
400目轻质碳酸钙 42kg
氧化铁红 6kg
抗氧剂264 0.9kg
抗紫外线吸收剂UV-81 0.9kg
环烷酸稀土 0.3kg
异辛酸铋催化剂 0.2kg。
实施例6
预聚体：聚氧化丙烯二醇(分子量300含纳米SiO2) 20kg
聚四氢呋喃醚二醇(分子量2000含纳米SiO2) 90kg
MDI 55kg
浆料：聚氧化丙烯二醇(分子量300含纳米SiO2) 8kg
聚四氢呋喃醚二醇(分子量2000含纳米SiO2) 35kg
MBDA 5kg
400目轻质碳酸钙 45kg
氧化铁红 6kg
抗氧剂264 1kg
抗紫外线吸收剂UV-81 1kg
环烷酸稀土 0.2kg
异辛酸铋催化剂 0.3kg。
对比例：广州市盛邦康体场地材料有限公司的球场面层材料，摊铺厚度同样为10mm。
表1各实施例和对比例的性能参数
表1中的国标为《合成材料跑道面层》GB/T 14833-2011。由表1可知，本发明所制备的球场用合成面层材料，不论在冲击吸收、拉伸强度、拉断伸长率、抗滑值方面，还是在垂直变形方面，性能都远远优于市售普通球场用面层材料，而阻燃性也都能满足国家标准要求。
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 (9)

1.一种球场用合成面层材料，包括按以下重量份数计算的各组分原料：
预聚体：聚醚多元醇(分子量300含纳米SiO2) 10～20份
聚醚多元醇(分子量2000含纳米SiO2) 80～90份
MDI 45～55份
，
其中聚醚多元醇中纳米SiO2的加量为聚醚多元醇量的0.5～2.5％。
2.根据权利要求1所述的一种球场用合成面层材料，其特征在于：所述预聚体的聚醚多元醇为聚氧化丙烯二醇、聚氧化丙烯三醇、聚环氧丙烷二醇、聚环氧丙烷三醇、聚四氢呋喃醚二醇中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种球场用合成面层材料，其特征在于：所述浆料的聚醚多元醇为聚氧化丙烯二醇、聚氧化丙烯三醇、聚环氧丙烷二醇、聚环氧丙烷三醇、聚四氢呋喃醚二醇中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种球场用合成面层材料，其特征在于：所述填料为300～500目的石英粉、300～500目的钛白粉、300～500目的碳酸钙、300～500目的碳酸镁、300～500目的滑石粉的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种球场用合成面层材料，其特征在于：所述颜料为无机染料或有机染料，无机染料选自氧化铁红、氧化铁绿、钛白粉、氧化铁黄，有机染料包括永固橙、永固红、永固黄、酞菁绿。
6.根据权利要求1所述的一种球场用合成面层材料，其特征在于：所述抗氧剂为抗氧剂264、抗氧剂1010、抗氧剂4010NA中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种球场用合成面层材料，其特征在于：所述抗紫外线吸收剂为抗紫外线剂UV-81、抗紫外线剂UV-9、抗紫外线剂UV-P中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种球场用合成面层材料，其特征在于：所述催化剂为环烷酸稀土、异辛酸稀土、脂肪酸稀土、异辛酸铋中的一种或多种。
9.一种球场用合成面层材料的制备方法，用于制备权利要求1～8任意一项所述的球场用合成面层材料，包括以下步骤：
a、纳米SiO2的分散：在溶剂碳酸二甲酯中加入纳米SiO2，在200r/min的转速下搅拌0.5～1h；再加入聚醚多元醇搅拌0.5～1h；升温至90～100℃，在真空下抽出碳酸二甲酯，冷凝回收，重复使用；
b、预聚体的合成：将加入SiO2的聚醚多元醇与MDI加入反应釜，升温至70～75℃，搅拌反应2.5～3.5h，得到预聚体；
c、浆料的制备：将加入纳米SiO2的聚醚多元醇、MBDA、填料、颜料、抗氧剂、紫外线吸收剂和催化剂加入反应釜，升温至110～120℃，搅拌混合、研磨1～2h，真空下脱水1～1.5h，得到浆料；
d、将预聚体与浆料分开储存，使用时预聚体与浆料按比例1:2～5现场混合，摊铺形成塑胶球场面层材料。
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