CN109265977A - 一种运动场地面层材料及制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种运动场地面层材料，涉及塑胶材料技术领域，包括A组分、B组分、C组分和复配型催化剂，本发明在配方中加入纳米蒙脱土，蒙脱土是天然的纳米结构，纳米蒙脱土颗粒均匀地分散在聚合物之中，因此制备的材料力学性能具有显著提升，伸长率、拉伸强度、硬度都能得到提高，同时具有增强增韧的作用，使得材料性能更稳定。

Description

一种运动场地面层材料及制备工艺
技术领域
本发明涉及塑胶材料技术领域，特别是涉及一种运动场地面层材料及制备工艺。
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
为了解决以上技术问题，本发明提供一种运动场地面层材料，包括A组分、B组分、C组分和复配型催化剂，
A组分包括按重量份数计的如下组分：聚醚多元醇(分子量2000)100份～120份、纯MDI45份～55份、液化MDI 5份～10份、氯化石蜡3份～5份；
B组分包括按重量份数计的如下组分：聚醚多元醇(分子量300)10份～15份、聚醚多元醇(分子量2000)35份～45份、植物油增塑剂5份～10份、氯化石蜡65份～80份、扩链剂10份～15份、滑石粉85份～100份、纳米蒙脱土3份～5份、气相白炭黑3份～5份、复配光稳定剂4份～6份、颜料10份～15份；
C组分包括按重量份数计的如下组分：纳米二氧化硅50份～60份、硅烷偶联剂4份～6份、醇水15份～20份、四氢呋喃50份～65份。
技术效果：本发明在配方中加入纳米蒙脱土，蒙脱土是天然的纳米结构，纳米蒙脱土颗粒均匀地分散在聚合物之中，因此制备的材料力学性能具有显著提升，伸长率、拉伸强度、硬度都能得到提高，同时具有增强增韧的作用，使得材料性能更稳定。
本发明进一步限定的技术方案是：
前所述的一种运动场地面层材料，植物油增塑剂为环氧大豆油、氯代棕榈油甲酯、环氧乙酰亚麻油酸甲酯中的一种或多种。
前所述的一种运动场地面层材料，扩链剂包括乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的一种或多种。
前所述的一种运动场地面层材料，复配光稳定剂包括质量比为3:2:2的UV-329、UV-622和Chinox1010。
前所述的一种运动场地面层材料，醇水包括体积比为4:1的乙醇与水。
前所述的一种运动场地面层材料，复配型催化剂包括质量比为2:1:0.5的异辛酸稀土、异辛酸锌和有机羧酸铅。
前所述的一种运动场地面层材料，A组分的制备方法如下：将聚醚多元醇(分子量2000)在100℃～110℃真空环境下脱气1h，冷却至40℃～50℃，然后加入纯MDI、液化MDI及氯化石蜡，在75℃～80℃条件下反应2h，得到预聚体，待用。
前所述的一种运动场地面层材料，B组分的制备方法如下：聚醚多元醇(分子量300)、聚醚多元醇(分子量2000)和扩链剂混合均匀，在真空环境中加热至100℃～110℃脱气1h，脱气完成后降至80℃，加入植物油增塑剂、氯化石蜡、滑石粉、纳米蒙脱土、气相白炭黑、复配光稳定剂和颜料搅拌均匀，然后通过胶体磨把胶体的细度研磨至40μm以下，最后在真空环境中脱气0.5h，封存待用。
本发明的另一目的在于提供一种运动场地面层材料的制备工艺，包括以下步骤：
S1、将A组分、B组分与复配型催化剂按1:2:0.5的比例混合均匀，室温固化后得到聚氨酯弹性体；
S2、将C组分中的醇水溶解硅烷偶联剂混合均匀，用醋酸将溶液的PH值调为2～4左右，搅拌1.5～2.0h，然后加入氨水调节溶液的PH值为9～10左右；
S3、加入纳米二氧化硅搅拌均匀，将制备的溶液放入100℃烘箱中烘干，得到分散处理过的纳米二氧化硅，然后将纳米二氧化硅研磨20min；
S4、将步骤S1得到的聚氨酯弹性体与四氢呋喃混合均匀，加入研磨后的纳米二氧化硅溶解，室温下搅拌10h；
S5、最后超声1h，在真空中将四氢呋喃去除。
本发明的有益效果是：
(1)本发明中植物油增塑剂与传统石油基增塑剂相比，具有原料可再生、生产成本低、低碳环保等众多优势；
(2)本发明中使用乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺作为扩链剂，使得材料更加安全环保，MDI体系满足了运动场地面层材料的性能指标，也更符合环保要求；
(3)本发明中采用复配光稳定剂，UV-329是紫外线吸收剂，UV-622是受阻胺光稳定剂，Chinox是抗氧剂，复配使用，效果远远优于单一光稳定剂的效果；此外，三种材料均是高分子材料，具有大分子长链结构，不会出现无机光稳定剂加入时造成产品不均匀的问题，且环保无毒、不易挥发；
(4)本发明中纳米二氧化硅改性聚氨酯弹性体进一步改善了材料的力学性能且效果十分显著；同时，纳米二氧化硅的加入还使得面层材料具有抗污染性；
(5)本发明中采用复配型催化剂，异辛酸锌和异辛酸稀土搭配，既能保证表干时间和里干时间均较短，加入有机羧酸铅又能获得最佳固化效果。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的一种运动场地面层材料，包括A组分、B组分、C组分和复配型催化剂。复配型催化剂包括质量比为2:1:0.5的异辛酸稀土、异辛酸锌和有机羧酸铅。
A组分包括按重量份数计的如下组分：聚醚多元醇(分子量2000)100份、纯MDI 45份、液化MDI 5份、氯化石蜡3份。
A组分的制备方法如下：将聚醚多元醇(分子量2000)在100℃真空环境下脱气1h，冷却至40℃，然后加入纯MDI、液化MDI及氯化石蜡，在75℃条件下反应2h，得到预聚体，待用。
B组分包括按重量份数计的如下组分：聚醚多元醇(分子量300)10份、聚醚多元醇(分子量2000)35份、环氧大豆油5份、氯化石蜡65份、乙醇胺10份、滑石粉85份、纳米蒙脱土3份、气相白炭黑3份、复配光稳定剂4份、颜料10份份。其中，复配光稳定剂包括质量比为3:2:2的UV-329、UV-622和Chinox1010。
B组分的制备方法如下：聚醚多元醇(分子量300)、聚醚多元醇(分子量2000)和扩链剂混合均匀，在真空环境中加热至100℃脱气1h，脱气完成后降至80℃，加入植物油增塑剂、氯化石蜡、滑石粉、纳米蒙脱土、气相白炭黑、复配光稳定剂和颜料搅拌均匀，然后通过胶体磨把胶体的细度研磨至40μm以下，最后在真空环境中脱气0.5h，封存待用。
C组分包括按重量份数计的如下组分：纳米二氧化硅50份、硅烷偶联剂4份、醇水15份、四氢呋喃50份。醇水包括体积比为4:1的乙醇与水。
上述运动场地面层材料的制备工艺，包括以下步骤：
S1、将A组分、B组分与复配型催化剂按1:2:0.5的比例混合均匀，室温固化后得到聚氨酯弹性体；
S2、将C组分中的醇水溶解硅烷偶联剂混合均匀，用醋酸将溶液的PH值调为2左右，搅拌1.5，然后加入氨水调节溶液的PH值为9左右；
S3、加入纳米二氧化硅搅拌均匀，将制备的溶液放入100℃烘箱中烘干，得到分散处理过的纳米二氧化硅，然后将纳米二氧化硅研磨20min；
S4、将步骤S1得到的聚氨酯弹性体与四氢呋喃混合均匀，加入研磨后的纳米二氧化硅溶解，室温下搅拌10h；
S5、最后超声1h，在真空中将四氢呋喃去除。
实施例2
本实施例提供的一种运动场地面层材料，包括A组分、B组分、C组分和复配型催化剂。复配型催化剂包括质量比为2:1:0.5的异辛酸稀土、异辛酸锌和有机羧酸铅。
A组分包括按重量份数计的如下组分：聚醚多元醇(分子量2000)110份、纯MDI 50份、液化MDI 8份、氯化石蜡4份。
A组分的制备方法如下：将聚醚多元醇(分子量2000)在105℃真空环境下脱气1h，冷却至45℃，然后加入纯MDI、液化MDI及氯化石蜡，在77℃条件下反应2h，得到预聚体，待用。
B组分包括按重量份数计的如下组分：聚醚多元醇(分子量300)13份、聚醚多元醇(分子量2000)40份、环氧大豆油8份、氯化石蜡73份、乙醇胺14份、滑石粉94份、纳米蒙脱土4份、气相白炭黑4份、复配光稳定剂5份、颜料13份。其中，复配光稳定剂包括质量比为3:2:2的UV-329、UV-622和Chinox1010。
B组分的制备方法如下：聚醚多元醇(分子量300)、聚醚多元醇(分子量2000)和扩链剂混合均匀，在真空环境中加热至105℃脱气1h，脱气完成后降至80℃，加入植物油增塑剂、氯化石蜡、滑石粉、纳米蒙脱土、气相白炭黑、复配光稳定剂和颜料搅拌均匀，然后通过胶体磨把胶体的细度研磨至40μm以下，最后在真空环境中脱气0.5h，封存待用。
C组分包括按重量份数计的如下组分：纳米二氧化硅55份、硅烷偶联剂5份、醇水17份、四氢呋喃62份。醇水包括体积比为4:1的乙醇与水。
上述运动场地面层材料的制备工艺，包括以下步骤：
S1、将A组分、B组分与复配型催化剂按1:2:0.5的比例混合均匀，室温固化后得到聚氨酯弹性体；
S2、将C组分中的醇水溶解硅烷偶联剂混合均匀，用醋酸将溶液的PH值调为3左右，搅拌1.8h，然后加入氨水调节溶液的PH值为9左右；
S3、加入纳米二氧化硅搅拌均匀，将制备的溶液放入100℃烘箱中烘干，得到分散处理过的纳米二氧化硅，然后将纳米二氧化硅研磨20min；
S4、将步骤S1得到的聚氨酯弹性体与四氢呋喃混合均匀，加入研磨后的纳米二氧化硅溶解，室温下搅拌10h；
S5、最后超声1h，在真空中将四氢呋喃去除。
实施例3
本实施例提供的一种运动场地面层材料，包括A组分、B组分、C组分和复配型催化剂。复配型催化剂包括质量比为2:1:0.5的异辛酸稀土、异辛酸锌和有机羧酸铅。
A组分包括按重量份数计的如下组分：聚醚多元醇(分子量2000)120份、纯MDI 55份、液化MDI 10份、氯化石蜡5份。
A组分的制备方法如下：将聚醚多元醇(分子量2000)在110℃真空环境下脱气1h，冷却至50℃，然后加入纯MDI、液化MDI及氯化石蜡，在80℃条件下反应2h，得到预聚体，待用。
B组分包括按重量份数计的如下组分：聚醚多元醇(分子量300)15份、聚醚多元醇(分子量2000)45份、环氧大豆油10份、氯化石蜡80份、乙醇胺15份、滑石粉100份、纳米蒙脱土5份、气相白炭黑5份、复配光稳定剂6份、颜料15份。其中，复配光稳定剂包括质量比为3:2:2的UV-329、UV-622和Chinox1010。
B组分的制备方法如下：聚醚多元醇(分子量300)、聚醚多元醇(分子量2000)和扩链剂混合均匀，在真空环境中加热至110℃脱气1h，脱气完成后降至80℃，加入植物油增塑剂、氯化石蜡、滑石粉、纳米蒙脱土、气相白炭黑、复配光稳定剂和颜料搅拌均匀，然后通过胶体磨把胶体的细度研磨至40μm以下，最后在真空环境中脱气0.5h，封存待用。
C组分包括按重量份数计的如下组分：纳米二氧化硅60份、硅烷偶联剂6份、醇水20份、四氢呋喃65份。醇水包括体积比为4:1的乙醇与水。
上述运动场地面层材料的制备工艺，包括以下步骤：
S1、将A组分、B组分与复配型催化剂按1:2:0.5的比例混合均匀，室温固化后得到聚氨酯弹性体；
S2、将C组分中的醇水溶解硅烷偶联剂混合均匀，用醋酸将溶液的PH值调为4左右，搅拌2.0h，然后加入氨水调节溶液的PH值为10左右；
S3、加入纳米二氧化硅搅拌均匀，将制备的溶液放入100℃烘箱中烘干，得到分散处理过的纳米二氧化硅，然后将纳米二氧化硅研磨20min；
S4、将步骤S1得到的聚氨酯弹性体与四氢呋喃混合均匀，加入研磨后的纳米二氧化硅溶解，室温下搅拌10h；
S5、最后超声1h，在真空中将四氢呋喃去除。
将实施例1～实施例3制备的面层材料制成样片并进行性能测试，结果如下表：
本发明在配方中加入纳米蒙脱土，蒙脱土是天然的纳米结构，纳米蒙脱土颗粒均匀地分散在聚合物之中，因此制备的材料力学性能具有显著提升，伸长率、拉伸强度、硬度都能得到提高，同时具有增强增韧的作用，使得材料性能更稳定。纳米二氧化硅改性聚氨酯弹性体进一步改善了材料的力学性能且效果十分显著；同时，纳米二氧化硅的加入还使得面层材料具有抗污染性。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种运动场地面层材料，其特征在于：包括A组分、B组分、C组分和复配型催化剂，
所述A组分包括按重量份数计的如下组分：聚醚多元醇（分子量2000）100份～120份、纯MDI 45份～55份、液化MDI 5份～10份、氯化石蜡3份～5份；
所述B组分包括按重量份数计的如下组分：聚醚多元醇（分子量300）10份～15份、聚醚多元醇（分子量2000）35份～45份、植物油增塑剂5份～10份、氯化石蜡65份～80份、扩链剂10份～15份、滑石粉85份～100份、纳米蒙脱土3份～5份、气相白炭黑3份～5份、复配光稳定剂4份～6份、颜料10份～15份；
所述C组分包括按重量份数计的如下组分：纳米二氧化硅50份～60份、硅烷偶联剂4份～6份、醇水15份～20份、四氢呋喃50份～65份。
2.根据权利要求1所述的一种运动场地面层材料，其特征在于：所述植物油增塑剂为环氧大豆油、氯代棕榈油甲酯、环氧乙酰亚麻油酸甲酯中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的一种运动场地面层材料，其特征在于：所述扩链剂包括乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的一种运动场地面层材料，其特征在于：所述复配光稳定剂包括质量比为3:2:2的UV-329、UV-622和Chinox1010。
5.根据权利要求4所述的一种运动场地面层材料，其特征在于：所述醇水包括体积比为4:1的乙醇与水。
6.根据权利要求5所述的一种运动场地面层材料，其特征在于：所述复配型催化剂包括质量比为2:1:0.5的异辛酸稀土、异辛酸锌和有机羧酸铅。
7.根据权利要求1所述的一种运动场地面层材料，其特征在于：所述A组分的制备方法如下：将聚醚多元醇（分子量2000）在100℃～110℃真空环境下脱气1h，冷却至40℃～50℃，然后加入纯MDI、液化MDI及氯化石蜡，在75℃～80℃条件下反应2h，得到预聚体，待用。
8.根据权利要求7所述的一种运动场地面层材料，其特征在于：所述B组分的制备方法如下：聚醚多元醇（分子量300）、聚醚多元醇（分子量2000）和扩链剂混合均匀，在真空环境中加热至100℃～110℃脱气1h，脱气完成后降至80℃，加入植物油增塑剂、氯化石蜡、滑石粉、纳米蒙脱土、气相白炭黑、复配光稳定剂和颜料搅拌均匀，然后通过胶体磨把胶体的细度研磨至40μm以下，最后在真空环境中脱气0.5h，封存待用。
9.一种运动场地面层材料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将A组分、B组分与复配型催化剂按1:2:0.5的比例混合均匀，室温固化后得到聚氨酯弹性体；
S2、将C组分中的醇水溶解硅烷偶联剂混合均匀，用醋酸将溶液的PH值调为2～4左右，搅拌1.5～2.0h，然后加入氨水调节溶液的PH值为9～10左右；
S3、加入纳米二氧化硅搅拌均匀，将制备的溶液放入100℃烘箱中烘干，得到分散处理过的纳米二氧化硅，然后将纳米二氧化硅研磨20min；
S4、将步骤S1得到的聚氨酯弹性体与四氢呋喃混合均匀，加入研磨后的纳米二氧化硅溶解，室温下搅拌10h；
S5、最后超声1h，在真空中将四氢呋喃去除。
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