CN107254821A - 一种热塑性聚氨酯发泡体运动场地 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及运动场地,特别涉及一种热塑性聚氨酯发泡体运动场地,属于地坪技术领域。所述运动场地为双层结构:底层和面层;所述底层厚度为9‑13mm,由热塑性聚氨酯发泡颗粒和胶粘剂混合后铺成,所述面层厚度为2.5‑4mm,由透气型浆料掺杂EPDM颗粒喷涂而成。该运动场地弹性好,吸收冲击力,具有适度的弹性及反弹力,可减少体力消耗,并适度吸收脚部冲击力,减少运动伤害,且运动场地永久变形性能好,长期使用不会变形,不会因为田径器材的重压而无法恢复弹性。
Description
技术领域
本发明涉及运动场地,特别涉及一种热塑性聚氨酯发泡体运动场地,属于地坪技术领域。
背景技术
塑胶跑道材料由聚氨酯预聚体、混合聚醚、废轮胎橡胶或PU颗粒、颜料、助剂、填料组成底层,EPDM橡胶粒作为面层。塑胶跑道具有平整度好、抗压强度高、硬度弹性适当、物理性能稳定的特性,有利于运动员速度和技术的发挥,有效地提高运动成绩,降低摔伤率。塑胶跑道是由聚氨酯橡胶等材料组成的,具有一定的弹性和色彩,具有一定的抗紫外线能力和耐老化力是国际上公认的最佳全天候室外运动场地坪材料。
随着经济的持续快速发展,人民生活水平不断提高,用塑胶改建体育运动场地面层日益普遍。许多城市将原来学校黄土裸露的运动场地用塑胶跑道覆盖起来,一方面有助于扬尘整治,另外也可以改善运动条件。但是,进来有关体育场地是否应该铺设塑胶跑道的争论却日益激烈。争论的焦点是塑胶跑道是否安全、无害。塑胶跑道释放的有毒有害物质是否已达到影响人类健康的程度。事实是,到目前为止我国还没有关于塑胶跑道释放有毒有害物质的限量标准及其毒性评价指标;在铺设过程中,也没有限制有毒有害物质或潜在有毒有害物质的使用要求。这就使得国内塑胶跑道生产和使用在安全环保方面处于无标准可循的状态。
发明内容
针对以上问题,本发明提供一种新型环保发泡材料ETPU作为塑胶运动场地的底层,得到的运动场地不仅环保而且性能优异。
为了达到上述发明目的,本发明采用以下技术方案:
一种热塑性聚氨酯发泡体运动场地,所述运动场地为双层结构:底层和面层;所述底层厚度为9-13mm,由热塑性聚氨酯发泡颗粒和胶粘剂混合后铺成,所述面层厚度为2.5-4mm,由透气型浆料掺杂EPDM颗粒喷涂而成。
在现有技术中,有将聚氨酯发泡材料作为运动场地底层的报道,但是制备的运动场地强度不够,弹性下降很快,加上发泡均匀性有限,场地的软硬性每个位置都不一样,大大限制了聚氨酯发泡材料在运动场地的应用。而本发明的ETPU泡孔均匀密度大,力学性能适宜,结合后续材料和步骤,制备的运动场地具有强度高、弹性好、耐磨损、硬度适宜、经久耐用、优良的回弹及压缩复原性等特点。
作为优选,所述胶粘剂和所述ETPU按照1:(6-9)的质量比混合。运动场地的性能受胶黏剂和颗粒的质量比决定,如果胶黏剂所占比例不足,得到的场地容易出现断裂、掉粒等现象,而胶黏剂配比太大,场地本身的力学性能会受到影响,表现为拉伸强度、断裂伸长率、压缩复原率等性能降低。
作为优选,所述ETPU由MDI型热塑性聚氨酯通过超临界二氧化碳发泡制得。虽然MDI本身具有一定的毒性,但在工厂加工过程中,有毒物质被分解了,经现场铺设后,固化了的MDI基本没有毒性,即使场地中含有少量的游离的MDI残留,经过一两场雨水的冲刷后,残留的有毒成分也会被分解。且MDI相对TDI而言,制成的弹性体物理性能更优越。
作为优选,所述MDI型热塑性聚氨酯以2,4-MDI与4,4-MDI按照1:(1-1.5)质量比形成的混合物为原料制备。若MDI型热塑性聚氨酯完全由4,4-MDI制备,则由于4位异氰酸酯活性高,生成的热塑性聚氨酯粘度大,流动性差。在4,4-MDI中添加适量的2,4-MDI,因2,4-MDI的加入产生的位阻效应降低了异氰酸酯活性,制备的热塑性聚氨酯常温下呈现液态,提供较好的流动性。且随着2,4-MDI含量的增加,硬段间的氢键结合化程度降低,硬段趋向于均匀分散在连续相软段区中,两相相容性增加,热塑性聚氨酯的柔韧性提高。
超临界二氧化碳发泡过程包括:将热塑性聚氨酯材料放入高压釜中,通入CO2,使高压釜中压力为10-40Mpa,温度为35-55℃,进行保压渗透,泄压后放入发泡设备,加热发泡,制得发泡颗粒。
发泡过程中的保压渗透时间为2-4h。超临界CO2渗透进入基体是一个缓慢的过程,保压渗透时间太短,超临界CO2还没有完全渗入弹性体;保压渗透时间太长,发泡形成的泡孔过大。
加热发泡温度为100-150℃,时间为1-10min。若发泡处理的温度过高或者时间太长,则会导致材料泡孔过大而爆裂,温度过低或者时间不够则发泡的倍率小。
由上述方法制备的发泡颗粒,其泡孔均匀、泡孔密度大,所呈现的力学性能远远优于普通发泡方法制备的聚氨酯发泡颗粒。
作为优选,从超临界二氧化碳制备过程的发泡颗粒中选择密度为0.15-0.30g/cm3,回弹率为20-60%,50度压缩永久变形小于30%的ETPU。ETPU的性能决定着场地的整体力学性能,实验表明,本发明选择的ETPU制备的场地回弹性和压缩复原率等性能优异。
作为优选,所述胶黏剂为聚氨酯胶粘剂。进一步优选,所述聚氨酯胶黏剂中聚氨酯原料与ETPU的聚氨酯原料相同,表现为发泡颗粒与胶黏剂具有更强的粘合性。如ETPU的聚氨酯由MDI和聚醚型二醇组成,则聚氨酯胶黏剂的聚氨酯也由MDI和聚醚型二醇组成。
作为优选,所述透气型浆料和EPDM颗粒质量比为1:(0.9-1.2)。EPDM颗粒的主要性能是具有一定的弹性作用和防滑性能,如果EPDM所占比例太小,就会堵塞塑胶场地的气孔,失去场地的透气的性能和价值;而EPDM比例太多,就会出现面层掉粒的现象。
作为优选,所述透气型浆料为MDI型聚氨酯浆料。
作为优选,所述EPDM颗粒尺寸为1-3mm。EPDM颗粒大小要尽量均匀,使得面层平整,承力点所受的压力均匀。EPDM颗粒也可以有色EPDM颗粒,赋予运动场地鲜艳的颜色,满足不用用户的需求。
作为优选,所述喷涂过程为:使用喷涂机,喷枪倾斜至60度进行同向喷涂,待喷涂完毕保养12-24小时,相反方向再进行一次喷涂。
本发明对于现有技术的优点为:
(1)材料到运动场地的整个制备方法简单,生产过程环保无危害。
(2)运动场地弹性好,吸收冲击力,具有适度的弹性及反弹力,可减少体力消耗,并适度吸收脚部冲击力,减少运动伤害,且运动场地永久变形性能好,长期使用不会变形,不会因为田径器材的重压而无法恢复弹性。
附图说明
图1为实施例2制备的运动场地地坪剖视简图。
其中,1为ETPU,2为聚氨酯胶水,3为EPDM。
具体实施方式
下面通过具体实施例以及附图对本发明的技术方案作进一步描述说明,但本发明并不限于这些实施例。
图1中,1和2形成运动场地的底层,3与透气型浆料形成运动场地的面层。
实施例1
将4,4-MDI制备的MDI型热塑性聚氨酯放入高压反应釜中,通入二氧化碳并加压,使压强达到13Mpa,温度40℃,此时二氧化碳处于超临界状态,在此状态下保压渗透3h,快速泄压后迅速放入加热到100℃的发泡设备中,发泡5min,得ETPU。此时的ETPU密度为0.18g/cm3,回弹率为30%,50度压缩永久变形为20%。将ETPU和MDI型聚氨酯胶黏剂以6:1质量比混合,搅拌均匀后倒入摊铺机,铺设厚度为10mm,固化保养24小时。用MDI型聚氨酯浆料与等量粒径为1-3mm的EPDM颗粒搅拌均匀,倒入喷涂机,喷枪倾斜至60度进行同向喷涂,待喷涂完毕保养24小时,相反方向再进行一次喷涂,喷涂成所述2.5mm厚度的面层,保养48小时使用。
经检测,本实施例的运动场地中汞、镉、游离TDI未检出,铅含量为17ppm、六价铬含量为8ppm。
实施例2
将2,4-MDI与4,4-MDI按照1:1质量比形成的混合物为原料制备的MDI型热塑性聚氨酯放入高压反应釜中,通入二氧化碳并加压,使压强达到13Mpa,温度40℃,此时二氧化碳处于超临界状态,在此状态下保压渗透3h,快速泄压后迅速放入加热到100℃的发泡设备中,发泡5min,得ETPU。此时的ETPU密度为0.18g/cm3,回弹率为30%,50度压缩永久变形为20%。将ETPU和MDI型聚氨酯胶黏剂以6:1质量比混合,搅拌均匀后倒入摊铺机,铺设厚度为10mm,固化保养24小时。用MDI型聚氨酯浆料与等量粒径为1-3mm的EPDM颗粒搅拌均匀,倒入喷涂机,喷枪倾斜至60度进行同向喷涂,待喷涂完毕保养24小时,相反方向再进行一次喷涂,喷涂成所述2.5mm厚度的面层,保养48小时使用。
经检测,本实施例的运动场地中汞、镉、游离TDI未检出,铅含量为12ppm、六价铬含量为6ppm。
实施例3
将2,4-MDI与4,4-MDI按照1:1.5质量比形成的混合物为原料制备的MDI型热塑性聚氨酯放入高压反应釜中,通入二氧化碳并加压,使压强达到13Mpa,温度40℃,此时二氧化碳处于超临界状态,在此状态下保压渗透3h,快速泄压后迅速放入加热到100℃的发泡设备中,发泡5min,得ETPU。此时的ETPU密度为0.18g/cm3,回弹率为30%,50度压缩永久变形为20%。将ETPU和MDI型聚氨酯胶黏剂以6:1质量比混合,搅拌均匀后倒入摊铺机,铺设厚度为10mm,固化保养24小时。用MDI型聚氨酯浆料与等量粒径为1-3mm的EPDM颗粒搅拌均匀,倒入喷涂机,喷枪倾斜至60度进行同向喷涂,待喷涂完毕保养24小时,相反方向再进行一次喷涂,喷涂成所述2.5mm厚度的面层,保养48小时使用。
经检测,本实施例的运动场地中汞、镉、游离TDI未检出,铅含量为14ppm、六价铬含量为4ppm。
实施例4
将2,4-MDI与4,4-MDI按照1:1.5质量比形成的混合物为原料制备的MDI型热塑性聚氨酯放入高压反应釜中,通入二氧化碳并加压,使压强达到15Mpa,温度45℃,此时二氧化碳处于超临界状态,在此状态下保压渗透4h,快速泄压后迅速放入加热到120℃的发泡设备中,发泡3min,得ETPU。此时的ETPU密度为0.20g/cm3,回弹率为35%,50度压缩永久变形为22%。将ETPU和MDI型聚氨酯胶黏剂以7:1质量比混合,搅拌均匀后倒入摊铺机,铺设厚度为12mm,固化保养24小时。用MDI型聚氨酯浆料和粒径为1-3mm的EPDM颗粒以质量比1:0.9搅拌均匀,倒入喷涂机,喷枪倾斜至60度进行同向喷涂,待喷涂完毕保养24小时,相反方向再进行一次喷涂,喷涂成所述3mm厚度的面层,保养48小时使用。
经检测,本实施例的运动场地中汞、镉、游离TDI未检出,铅含量为15ppm、六价铬含量为5ppm。
实施例5
将2,4-MDI与4,4-MDI按照1:1.2质量比形成的混合物为原料制备的MDI型热塑性聚氨酯放入高压反应釜中,通入二氧化碳并加压,使压强达到20Mpa,温度55℃,此时二氧化碳处于超临界状态,在此状态下保压渗透2.5h,快速泄压后迅速放入加热到110℃的发泡设备中,发泡5min,得ETPU。此时的ETPU密度为0.22g/cm3,回弹率为28%,50度压缩永久变形为18%。将ETPU和MDI型聚氨酯胶黏剂以9:1质量比混合,搅拌均匀后倒入摊铺机,铺设厚度为11mm,固化保养24小时。用MDI型聚氨酯浆料和粒径为1-3mm的EPDM颗粒以质量比1:1.1搅拌均匀,倒入喷涂机,喷枪倾斜至60度进行同向喷涂,待喷涂完毕保养24小时,相反方向再进行一次喷涂,喷涂成所述4mm厚度的面层,保养48小时使用。
经检测,本实施例的运动场地中汞、镉、游离TDI未检出,铅含量为12ppm、六价铬含量为6ppm。
对比例1
对比例1与实施例2的区别为TDI型热塑性聚氨酯代替MDI型热塑性聚氨酯,其它与实施例2相同,不在此赘述。
经检测,对比例1的运动场地中汞含量为2ppm,镉含量为5ppm,游离TDI含量为1000ppm,铅含量为13ppm、六价铬含量为7ppm。
对比例2
将2,4-MDI与4,4-MDI按照1:1质量比形成的混合物为原料制备的MDI型热塑性聚氨酯放入高压反应釜中,通入二氧化碳未达到超临界状态,后续步骤与实施例2相同。
经检测,对比例2的运动场地中汞含量为2ppm,镉含量为4ppm,游离TDI未检出,铅含量为18ppm、六价铬含量为7ppm。
对比例3
对比例3与实施例2的区别为超临界二氧化碳发泡制备的ETPU密度为0.14g/cm3,回弹率为15%,50度压缩永久变形为35%,其它与实施例2相同。
经检测,对比例3的运动场地中汞含量为3ppm,镉含量为6ppm,游离TDI未检出,铅含量为20ppm、六价铬含量为7ppm。
对比例4
对比例4与实施例2的区别为ETPU和MDI型聚氨酯胶黏剂的质量比为5:1,其它与实施例2相同。
经检测,对比例4的运动场地中汞含量为4ppm,镉含量为4ppm,游离TDI未检出,铅含量为16ppm、六价铬含量为6ppm。
对实施例1-5以及对比例1-4的运动场地进行力学性能测试,测试结果见表1。
表1
另外,本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案,同样都在本发明要求保护的范围内;同时本发明方案所有列举或者未列举的实施例中,在同一实施例中的各个参数仅仅表示其技术方案的一个实例(即一种可行性方案)。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代,但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (9)
1.一种热塑性聚氨酯发泡体运动场地,其特征在于,所述运动场地为双层结构:底层和面层;所述底层厚度为9-13mm,由热塑性聚氨酯发泡颗粒和胶粘剂混合后铺成,所述面层厚度为2.5-4mm,由透气型浆料掺杂EPDM颗粒喷涂而成。
2.根据权利要求1所述的一种热塑性聚氨酯发泡体运动场地,其特征在于,所述胶粘剂和所述热塑性聚氨酯发泡颗粒质量比为1:(6-9)。
3.根据权利要求1或2所述的一种热塑性聚氨酯发泡体运动场地,其特征在于,所述热塑性聚氨酯发泡颗粒由MDI型热塑性聚氨酯通过超临界二氧化碳发泡制得。
4.根据权利要求3所述的一种热塑性聚氨酯发泡体运动场地,其特征在于,所述MDI型热塑性聚氨酯以2,4-MDI与4,4-MDI按照1:(1-1.5)质量比形成的混合物为原料制备。
5.根据权利要求3所述的一种热塑性聚氨酯发泡体运动场地,其特征在于,所述热塑性聚氨酯发泡颗粒密度为0.15-0.30g/cm3,回弹率为20-60%,50度压缩永久变形小于30%。
6.根据权利要求1所述的一种热塑性聚氨酯发泡体运动场地,其特征在于,所述胶黏剂为聚氨酯胶粘剂。
7.根据权利要求1所述的一种热塑性聚氨酯发泡体运动场地,其特征在于,透气型浆料和EPDM颗粒质量比为1:(0.9-1.2)。
8.根据权利要求1或7所述的一种热塑性聚氨酯发泡体运动场地,其特征在于,所述透气型浆料为MDI型聚氨酯浆料。
9.根据权利要求1或7所述的一种热塑性聚氨酯发泡体运动场地,其特征在于,所述EPDM颗粒尺寸为1-3mm。
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