CN107118484A - 一种全塑塑胶跑道用环保型增塑剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种全塑型塑胶跑道用环保型增塑剂。所述的环保型增塑剂为弹性层增塑剂，包含环氧大豆油、改性环氧大豆油和豆油多元醇的复合增塑剂，其中，弹性层复合增塑剂包含环氧大豆油100份、改性环氧大豆油100~300份和豆油多元醇100~300份。采用本方法制备的复合增塑剂配合UV固化不仅环保，同时可以降低环氧大豆油的迁移率，提升全塑型塑胶跑道的回弹率和使用稳定性。

Description

一种全塑塑胶跑道用环保型增塑剂及其制备方法
技术领域
本发明属于塑胶跑道领域，尤其是一种全塑塑胶跑道用环保型增塑剂及其制备方法。
背景技术
增塑剂具有优异的流变性和热稳定性，广泛应用于塑料加工。邻苯二甲酸酯类是我国塑料制品的主要增塑剂品种，约占增塑剂消费量的85%。2005年，德国埃尔根大学研究发现邻苯二甲酸二辛酯（DOP）对儿童的睾丸生长和发育不利。欧盟、美国等国对此类增塑剂进行限用，甚至禁用。尽管我国对邻苯二甲酸酯类增塑剂还没有限制，但探寻环保型增塑剂是必然的趋势。
增塑剂是塑胶跑道的主要原材料之一，不仅可以提高胶黏剂的流变性，降低塑胶跑道的加工成本，同时可以提升塑胶跑道的回弹率。毒跑道事件俨然成为了关注热点，增塑剂的环保性直接关乎塑胶跑道的安全性。目前，环保类的增塑剂主要包括环氧大豆油、柠檬酸酯、1,2环己烷二羧酸酯、聚酯类等。
与邻苯二甲酸酯相比，环保类的增塑剂分子量小，迁移率高，随时间延长会逐步迁移至跑道表面后流失。环保类增塑剂迁移虽然对人体无害，但塑胶跑道的机械性能会显著降低。因而，降低增塑剂的迁移是提升塑胶跑道稳定性的关键。
为此，有必要设计一种即环保又能够降低迁移率的增塑剂。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种全塑塑胶跑道用环保型增塑剂及其制备方法，用来克服现有环保型增塑剂迁移率较高的问题。
本发明是这样实现的，一种全塑塑胶跑道用环保型增塑剂，包括内增塑剂和外增塑剂，其中所述内增塑剂包括环氧大豆油100份和改性环氧大豆油100-300份，所述外增塑剂为豆油多元醇100-300份；其中所述改性环氧大豆油使用丙烯酸改性，所述改性环氧大豆油的丙烯酸接枝率为20-80%，所述改性环氧大豆油的环氧值为0.5-3 %；所述环氧大豆油的环氧值为4.0-7.2%；所述豆油多元醇的羟值为100-300mg KOH/g。
环氧大豆油是用大豆油经过氧化处理后制得的一种化工产品，常温下为浅黄色粘稠油状液体，是一种使用广泛的聚氯乙烯无毒增塑剂兼稳定剂：与PVC树脂相容性好，挥发性低、迁移性小。具有优良的热稳定性和光稳定性，耐水性和耐油性亦佳，可赋予制品良好的机械强度、耐候性及电性能，且无毒性，是国际认可的用于食品包装材料的化学工艺助剂。
大豆油多元醇来源于可再生资源大豆，是能源替代和环保的重要发展方向。大豆油多元醇是豆油双键经化学改性引入羟基制备获得，与传统的聚醚和聚酯多元醇相比，由大豆油制备出的多元醇结构特殊，具有很长的碳链且枝化度大，这种结构决定了大豆油型多元醇的下游产品在耐水性方面更有优势，而且溶涨性低，可长时间在水中浸泡而不变形。而且，由于大豆油多元醇官能度比较大，其玻璃化温度比传统的石油型多元醇高，反应生成的下游产品交联度比较大，热稳定性也比较好。另外，大豆油多元醇价格便宜，聚合产品还具有可生物降解性。这些优点使大豆油多元醇的制备和应用研究备受关注。
本发明的进一步技术方案是：所述改性环氧大豆油的丙烯酸接枝率为40-60%。该配比可以获得更好的产品。
本发明的进一步技术方案是：所述环氧大豆油的环氧值为5-6 %。该配比可以获得更好的产品。
本发明的进一步技术方案是：所述改性环氧大豆油的环氧值为0.5-1 %。该配比可以获得更好的产品。
本发明的进一步技术方案是：所述豆油多元醇的羟值为150-250 mg KOH/g。该配比可以获得更好的产品。
本发明的进一步技术方案是：所述全塑塑胶跑道用环保型增塑剂包括环氧大豆油100份、改性环氧大豆油100-200份、豆油多元醇100-200份。该配比可以获得更好的产品。
本发明的另一目的在于提供一种全塑塑胶跑道用环保型增塑剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤A：内增塑剂配制步骤，所述内增塑剂配制步骤系将环氧大豆油与改性环氧大豆油按照比例共混；
步骤B：乳化步骤，所述乳化步骤系向步骤A的产物中加入1 wt%的乳化剂，所述乳化剂的HLB值为5-30；
步骤C：外增塑剂复合步骤，所述外增塑剂复合步骤系向步骤B产物中加入豆油多元醇；
步骤D：固化步骤，所述固化步骤系通过UV辐射使得步骤C中产物固化，其中辐射时间为0.5-2 h。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤C中需要逐滴加入豆油多元醇并形成水包油型乳液。
本发明的进一步技术方案是：步骤B中所述乳化剂的HLB值为15-30。
本发明的进一步技术方案是：步骤D中辐射时间为0.5-1 h。
本发明的有益效果是：本方案提供的全塑塑胶跑道用环保型增塑剂及其制备方法通过向环保型增塑剂引入活性基团，通过紫外等辅助固化手段，将环保型增塑剂束缚在树脂体系中，控制活性基团的比例和增塑剂间的物理交联作用，实现降低增塑剂的迁移率。
与传统的增塑剂相比，本发明具有以下优点：
（1）本发明的增塑剂包含内增塑剂和外增塑剂，利用内增塑剂豆油多元醇的氢键和物理缠结的作用，降低了外增塑剂的迁移率。
（2）本发明引入了丙烯酸官能团，可利用UV固化，提升增塑剂的交联性，提升增塑剂的稳定性，延长塑胶跑道的使用寿命。
（3）本发明的无机填料为复配体系，单一填料无法达到上述优点。
具体实施方式
本发明提供一种全塑塑胶跑道用环保型增塑剂及其制备方法。以下结合实施例对本发明进行详细说明。
一种全塑塑胶跑道用环保型增塑剂，包括内增塑剂和外增塑剂，其中所述内增塑剂包括环氧大豆油100份和改性环氧大豆油100-300份，所述外增塑剂为豆油多元醇100-300份；其中所述改性环氧大豆油使用丙烯酸改性，所述改性环氧大豆油的丙烯酸接枝率为20-80%，所述改性环氧大豆油的环氧值为0.5-3 %；所述环氧大豆油的环氧值为4.0-7.2%；所述豆油多元醇的羟值为100-300mg KOH/g。
环氧大豆油是用大豆油经过氧化处理后制得的一种化工产品，常温下为浅黄色粘稠油状液体，是一种使用广泛的聚氯乙烯无毒增塑剂兼稳定剂：与PVC树脂相容性好，挥发性低、迁移性小。具有优良的热稳定性和光稳定性，耐水性和耐油性亦佳，可赋予制品良好的机械强度、耐候性及电性能，且无毒性，是国际认可的用于食品包装材料的化学工艺助剂。
大豆油多元醇来源于可再生资源大豆，是能源替代和环保的重要发展方向。大豆油多元醇是豆油双键经化学改性引入羟基制备获得，与传统的聚醚和聚酯多元醇相比，由大豆油制备出的多元醇结构特殊，具有很长的碳链且枝化度大，这种结构决定了大豆油型多元醇的下游产品在耐水性方面更有优势，而且溶涨性低，可长时间在水中浸泡而不变形。而且，由于大豆油多元醇官能度比较大，其玻璃化温度比传统的石油型多元醇高，反应生成的下游产品交联度比较大，热稳定性也比较好。另外，大豆油多元醇价格便宜，聚合产品还具有可生物降解性。这些优点使大豆油多元醇的制备和应用研究备受关注。
进一步的，所述改性环氧大豆油的丙烯酸接枝率为40-60%。该配比可以获得更好的产品。
进一步的，所述环氧大豆油的环氧值为5-6 %。该配比可以获得更好的产品。
进一步的，所述改性环氧大豆油的环氧值为0.5-1 %。该配比可以获得更好的产品。
进一步的，所述豆油多元醇的羟值为150-250 mg KOH/g。该配比可以获得更好的产品。
进一步的，所述全塑塑胶跑道用环保型增塑剂包括环氧大豆油100份、改性环氧大豆油100-200份、豆油多元醇100-200份。该配比可以获得更好的产品。
本发明的另一目的在于提供一种全塑塑胶跑道用环保型增塑剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤A：内增塑剂配制步骤，所述内增塑剂配制步骤系将环氧大豆油与改性环氧大豆油按照比例共混；
步骤B：乳化步骤，所述乳化步骤系向步骤A的产物中加入1 wt%的乳化剂，所述乳化剂的HLB值为5-30；
步骤C：外增塑剂复合步骤，所述外增塑剂复合步骤系向步骤B产物中加入豆油多元醇；
步骤D：固化步骤，所述固化步骤系通过UV辐射使得步骤C中产物固化，其中辐射时间为0.5-2 h。
进一步的，所述步骤C中需要逐滴加入豆油多元醇并形成水包油型乳液。
进一步的，步骤B中所述乳化剂的HLB值为15-30。
本发明的进一步技术方案是：步骤D中辐射时间为0.5-1 h。
本方案提供的全塑塑胶跑道用环保型增塑剂及其制备方法通过向环保型增塑剂引入活性基团，通过紫外等辅助固化手段，将环保型增塑剂束缚在树脂体系中，控制活性基团的比例和增塑剂间的物理交联作用，实现降低增塑剂的迁移率。
下面给出具体实施例和对比例来进一步说明本方案增塑剂的使用效果。
实施例1：将100份的弹性层增塑剂加入至200份单组分的聚氨酯发泡材料，加入200份填料，混合均匀后加入模具中，UV辐照1h后，静置发泡24h。其中，增塑剂含有100份环氧大豆油、100份改性环氧大豆油，豆油多元醇100份。50℃温水和乙醇浸泡24h后，称重测量增塑剂的抽出率分别为0.10%和0.53%。参照GB/T14833-2011测试其冲击吸收率和拉伸断裂伸长率。
实施例2：将100份的弹性层增塑剂加入至200份单组分的聚氨酯发泡材料，加入200份填料，混合均匀后加入模具中，UV辐照1h后，静置发泡24h。其中，增塑剂含有100份环氧大豆油、150份改性环氧大豆油，豆油多元醇150份。50℃温水和乙醇浸泡24h后，称重测量增塑剂的抽出率分别为0.05%和0.45%。参照GB/T14833-2011测试其冲击吸收率和拉伸断裂伸长率。
实施例3：将100份的弹性层增塑剂加入至200份单组分的聚氨酯发泡材料，加入200份填料，混合均匀后加入模具中，UV辐照1h后，静置发泡24h。其中，增塑剂含有20份环氧大豆油、300份改性环氧大豆油，豆油多元醇300份。50℃温水和乙醇浸泡24h后，称重测量增塑剂的抽出率分别为0.03%和0.15%。参照GB/T14833-2011测试其冲击吸收率和拉伸断裂伸长率。
对比实施例1：将100份的弹性层增塑剂加入至200份单组分的聚氨酯发泡材料，加入200份填料，混合均匀后加入模具中，UV辐照1h后，静置发泡24h。其中，增塑剂含有100份环氧大豆油。50℃温水和乙醇浸泡24h后，称重测量增塑剂的抽出率分别为0.5%和1.0%。参照GB/T14833-2011测试其冲击吸收率和拉伸断裂伸长率。
测试结果表明：添加本发明的增塑剂可以显著降低增塑剂的迁移率，同时塑胶跑道的回弹率和吸能率均有小幅提升。
表1 不同来源的样品性能
样品来源 冲击吸收率（%） 拉伸断裂伸长率（%）
实施例1 38% 150
实施例2 40% 170
实施例3 35% 146
对比实施例 36% 140
与传统的增塑剂相比，本发明具有以下优点：
（1）本发明的增塑剂包含内增塑剂和外增塑剂，利用内增塑剂豆油多元醇的氢键和物理缠结的作用，降低了外增塑剂的迁移率。
（2）本发明引入了丙烯酸官能团，可利用UV固化，提升增塑剂的交联性，提升增塑剂的稳定性，延长塑胶跑道的使用寿命。
（3）本发明的无机填料为复配体系，单一填料无法达到上述优点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种全塑塑胶跑道用环保型增塑剂，其特征在于：包括内增塑剂和外增塑剂，其中所述内增塑剂包括环氧大豆油100份和改性环氧大豆油100-300份，所述外增塑剂为豆油多元醇100-300份；其中所述改性环氧大豆油使用丙烯酸改性，所述改性环氧大豆油的丙烯酸接枝率为20-80%，所述改性环氧大豆油的环氧值为0.5-3 %；所述环氧大豆油的环氧值为4.0-7.2%；所述豆油多元醇的羟值为100-300mg KOH/g。
2.根据权利要求1所述的全塑塑胶跑道用环保型增塑剂，其特征在于：所述改性环氧大豆油的丙烯酸接枝率为40-60%。
3.根据权利要求1所述的全塑塑胶跑道用环保型增塑剂，其特征在于：所述环氧大豆油的环氧值为5-6 %。
4.根据权利要求1所述的全塑塑胶跑道用环保型增塑剂，其特征在于：所述改性环氧大豆油的环氧值为0.5-1 %。
5.根据权利要求1所述的全塑塑胶跑道用环保型增塑剂，其特征在于：所述豆油多元醇的羟值为150-250 mg KOH/g。
6.根据权利要求1-5中任一所述的全塑塑胶跑道用环保型增塑剂，其特征在于：所述全塑塑胶跑道用环保型增塑剂包括环氧大豆油100份、改性环氧大豆油100-200份、豆油多元醇100-200份。
7.一种全塑塑胶跑道用环保型增塑剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：内增塑剂配制步骤，所述内增塑剂配制步骤系将环氧大豆油与改性环氧大豆油按照比例共混；
步骤B：乳化步骤，所述乳化步骤系向步骤A的产物中加入1 wt%的乳化剂，所述乳化剂的HLB值为5-30；
步骤C：外增塑剂复合步骤，所述外增塑剂复合步骤系向步骤B产物中加入豆油多元醇；
步骤D：固化步骤，所述固化步骤系通过UV辐射使得步骤C中产物固化，其中辐射时间为0.5-2 h。
8.根据权利要求7所述的全塑塑胶跑道用环保型增塑剂的制备方法，其特征在于：所述步骤C中需要逐滴加入豆油多元醇并形成水包油型乳液。
9.根据权利要求7或8所述的全塑塑胶跑道用环保型增塑剂的制备方法，其特征在于：步骤B中所述乳化剂的HLB值为15-30。
10.根据权利要求7或8所述的全塑塑胶跑道用环保型增塑剂的制备方法，其特征在于：步骤D中辐射时间为0.5-1 h。
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