CN109551656A - 一种用于塑胶跑道的弹性体材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于塑胶跑道的弹性体材料的制备方法，涉及高分子材料技术领域，包括如下操作步骤：①、按配方依次称量弹性体材料的各组分；②、搅拌步骤①中的各组分得到拌合料；③、将步骤②中的拌合物置于双螺杆挤出机中，在冷却水中边挤出物料边进行切粒；④、收集冷却水中的颗粒，干燥后进行筛分，得到弹性体材料。本发明能够在双螺杆挤出机挤出物料的同时进行切粒，提高了弹性体材料的生产效率，具有操作简便、废渣率低的优点。

Description

一种用于塑胶跑道的弹性体材料的制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，特别涉及一种用于塑胶跑道的弹性体材料的制备方法。
背景技术
塑胶跑道又称全天候田径运动跑道，具有良好的平整度和物理性能，有利于运动员速度和技术的有效发挥，降低摔伤率，由此使得塑胶跑道的普及率越来越高。
现有的用于塑胶跑道的弹性体材料在制备时将原料置于双螺杆挤出机中，挤出的物料呈条状掉落至水槽中冷却成型，随后再将冷却成型的条状物料拉伸至切割机中进行切段，再将切好的物料片段置于粉碎机中切成小颗粒，最后根据颗粒的粒径进行筛分。
上述弹性体材料在制备时，由于挤出机挤出的物料还未定型，其在拉伸过程中容易发生断开的状况，进而使得物料的废渣率较高，增加了弹性体材料的生产成本。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于塑胶跑道的弹性体材料的制备方法，其能够在双螺杆挤出机挤出物料的同时进行切粒，提高了弹性体材料的生产效率，具有操作简便、废渣率低的优点。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种用于塑胶跑道的弹性体材料的制备方法，包括如下操作步骤：
①、称量：按配方依次称量弹性体材料的各组分；
②、搅拌：将步骤①中的各组分置于搅拌机中搅拌均匀，得到拌合料；
③、造粒：将步骤②中的拌合料投入双螺杆挤出机中，其中双螺杆挤出机的机头浸于水槽内流动的冷却水中，且机头的出料口一侧设置有转动刀盘，转动刀盘旋转进而将机头挤出的物料切成颗粒，切好的颗粒分散于冷却水中；
④、收集颗粒：将步骤③分散于冷却水中的颗粒收集，干燥后进行筛分，得到弹性体材料。
使用本发明的方法制备弹性体材料，在冷却水的环境下，转动刀盘将双螺杆挤出机机头挤出的物料及时切成颗粒，其切下的颗粒分散于冷却水中，有效加快了物料从挤出头挤出后的冷却速率，使得物料在挤出的同时完成切粒操作，以此减少了弹性体材料制备工艺的步骤，提高了弹性体材料的生产效率，具有操作简便、废杂率低的特点。
进一步地，所述弹性体材料按质量份数计，包括以下组分：
本发明制备的弹性体材料的组分中，EPDM是乙烯、丙烯和非共轭二烯烃的三元共聚物，对极性溶液和化学物具有抗性，吸水率低，具有良好的耐老化和耐腐蚀性，其在引发剂和硫化剂的作用下分子结构由线性变成立体网状机构，从而增加EPDM的拉伸强度；
TPU是由二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)和大分子多元醇、扩链剂共同反应聚合而成的高分子材料，环烷油既具有芳香烃类的部分性质，又具有直链烃的部分性质，因此能够与EPDM和TPU均具有良好的相容性，从而使得TPU均匀的分散于EPDM中，增加了EPDM的耐磨性和耐候性；
贝壳粉具有良好的补强作用，其主要成分中的碳酸钙能与EPDM和TPU均能发生化学键的结合，使得贝壳粉均匀分散于树脂分子中，进而有效增强树脂的强度和耐磨性，延长了其制成的塑胶跑道的使用寿命；发泡剂能够降低树脂颗粒的堆密度，进而能有效减少材料的使用量，减少树脂颗粒的生产成本；
综上，本发明制得的弹性体材料具有优良的耐磨性、耐老化性和耐候性，有效提高了树脂的强度，延长了树脂的使用寿命。
进一步地，所述贝壳粉由经含有碱性蛋白酶、木瓜蛋白酶和胰蛋白酶的酶液处理后的贝壳研磨而成。
通过采用上述技术方案，贝壳粉由经过酶液处理过的贝壳研磨而成，不仅保留了原有贝壳粉的性能，同时也释放出了贝壳粉中的甲壳素，而甲壳素本身就具有较强的抗菌抗霉的能力，因此使得经过酶液处理后的贝壳粉又有利于抑制霉菌等微生物在树脂颗粒中的繁殖，减缓树脂被微生物侵蚀的速度；此外，带有甲壳素的贝壳粉还具有加强粘结的作用，能够进一步保证各组分之间的粘结牢固度，使得各组分之间分散均匀，增加了弹性体材料的强度以及耐磨性。
进一步地，所述发泡剂具有核壳结构。
通过采用上述技术方案，发泡剂中含有核壳结构，当其加热到一定温度时，发泡剂的外壳软化，外壳内部的气体体积可以迅速膨胀增大到自身的几十倍，此时外壳并不会破裂，从而达到发泡的效果，当压力释放后，微球又回到原来的体积，其相对于其他类型的发泡剂无泡孔，从而避免泡孔在树脂中分布不均匀、破裂、回弹性差等缺点，保证了弹性体材料良好的拉伸强度。
进一步地，所述发泡剂的核壳结构中以PMMA作为外壳。
通过采用上述技术方案，PMMA即为聚甲基丙烯酸甲酯，其熔点高于EPDM和TPU的熔点，因而使用PMMA作为发泡剂的外壳，能较好的保护发泡剂内部物质因而使用PMMA作为发泡剂的外壳，能较好的保护发泡剂内核，防止内核直接反应发泡。同时PMMA与EPDM和TPU的相容性较强，有利于发泡剂均匀的混合在EPDM和TPU中，从而提高了泡孔分布的均匀程度。
进一步地，所述发泡剂的核壳结构中以纳米碳颗粒作为内核。
通过采用上述技术方案，纳米碳颗粒在氧化后，生成了二氧化碳，从而在EPDM中产生泡孔。二氧化碳在超临界状态下，在EPDM中的溶解度较高，在加入注塑机后，压力减小，因而二氧化碳在EPDM内的溶解度降低，多余的二氧化碳便从EPDM内析出，在注塑冷却的过程中就逐渐形成了泡孔。二氧化碳本身没有刺激性气味，因而生产出的树脂颗粒无刺激性气味，且二氧化碳稳定性强，不与EPDM内其他组分发生物理化学反应，使得成型的泡孔的孔径均匀，保证弹性体材料良好的强度。
进一步地，所述抗氧剂为抗氧剂1076、抗氧剂164、抗氧剂TNP中的一种或多种的混合物。
通过采用上述技术方案，抗氧剂1076、抗氧剂164、抗氧剂TNP均为无毒型抗氧剂，其能够有效改善弹性体材料的耐老化性，同时减少了对环境的危害，具有环保可持续发展的特点，便于被人们推广和使用。
进一步地，所述引发剂为无味DCP。
通过采用上述技术方案，无味DCP为二-(叔丁基过氧化异丙基)苯，其不易变质且在树脂颗粒生产过程中不会产生刺激性臭味，能够与硫化剂发生协同作用，有效促进EPDM的硫化反应，提高弹性体材料的拉伸强度。
进一步地，所述硫化剂为非硫型硫化剂。
通过采用上述技术方案，非硫型硫化剂主要有金属氧化物、树脂类硫化剂、过氧化物和硫化剂TMTD，其相对于硫磺能够有效避免二氧化硫等有毒气体的产生，减小对金属的腐蚀性，从而在延长用于生产树脂颗粒的设备的使用寿命，同时保障操作人员的健康。
进一步地，所述弹性体材料还包括0.2-0.4份的甘草粉。
通过采用上述技术方案，甘草具有良好的抗氧化性能和杀菌性能，其内含有甘草甜素、甘草黄酮、甘露醇等，能与TPU中的多元醇较好的相容，进而使得甘草粉均匀的分散于树脂中，有效改善弹性体材料的耐老化性和抗菌性。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过在双螺杆挤出机挤出物料的同时进行切粒，提高了弹性体材料的生产效率，具有操作简便、废渣率低的优点；
2、本发明通过EPDM与TPU共混，再结合贝壳粉和发泡剂，有效提高了弹性体材料的拉伸强度、耐磨性和耐老化性，延长了树脂的使用寿命，同时降低了生产成本；
3、本发明通过贝壳粉和甘草粉的设置，有效提高了弹性体材料的耐老化性能和抗菌性。
附图说明
图1为用于塑胶跑道的弹性体材料的制备方法；
图2为双螺杆挤出机在机头处的结构示意图；
图3为转动刀盘的结构示意图。
图中，1、双螺杆挤出机；11、机头；111、出料口；2、转动刀盘；3、驱动电机；4、传动齿轮箱；41、第一转轴；42、第二转轴；5、支架；6、水槽。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
1、原料
本发明中原料除贝壳粉均购自市售产品。
其中，环烷油在本发明中优选为环烷油4006；发泡剂优选为具有核壳结构的发泡剂，且该发泡剂的核壳结构中以PMMA作为外壳、以纳米碳颗粒作为内核；抗氧剂在本发明中优选为抗氧剂1076、抗氧剂164、抗氧剂TNP中的一种或多种的混合物；防老剂在本发明中优选为防老剂AW、防老剂RD中的一种或两中的混合物；引发剂在本发明中优选为无味DCP；硫化剂在本发明中优选为非硫型硫化剂。
另外，贝壳粉的制备过程为：
配置pH为8.0、浓度为0.3mol/L的亚硫酸钠缓冲溶液，用少量曲拉通作为表面活性剂，分别使用碱性蛋白酶、木瓜蛋白酶和胰蛋白酶等酶的组合酶液作催化，将贝壳浸泡于其中，控制恒温摇床温度为40℃，转速300r/min的条件下水解小时24h；取出贝壳沥干表面酶液，用市售的贝壳磨粉机研磨成粉，过6000目筛网后待用。
2、实施例
2.1、实施例1
一种用于塑胶跑道的弹性体材料的制备方法，参见图1，包括如下步骤：
①、称量：按配方依次称量弹性体材料的各组分，其配方具体为25kg EPDM、5kg TPU、35kg贝壳粉、15kg环烷油4006、5kg发泡剂、0.5kg着色剂、0.1kg抗氧剂1076、0.2kg防老剂AW、0.1kg无味DCP和0.1kg氧化镁。
②、搅拌：将步骤①中的各组分置于搅拌机中，在300-320r/min搅拌均匀，得到拌合料。
③、造粒：将步骤②中的拌合料投入双螺杆挤出机中，控制双螺杆挤出机的工作温度为200-220℃，螺杆的转速为40r/min，挤出造粒。
其中，本发明使用的双螺杆挤出机1参见图2，其机头11浸于水槽6内流动的冷却水中，且机头11的出料口111朝向设置。机头11在出料口111一侧设置有转动刀盘2，结合图3，转动刀盘2包括盘体21和安装于盘体21朝向出料口111的一侧的十字型的刀头22。转动刀盘2的一侧设置有一个驱动电机3和一个传动齿轮箱4，驱动电机3安装于水槽6的上方，传动齿轮箱4为封闭式，其通过支架5安装于水槽6中，传动齿轮箱4的顶部穿出有与驱动电机3连接的第一转轴41以及与转动刀盘2连接的第二转轴42，驱动电机3启动，通过传动齿轮箱4带动转动刀盘2旋转，进而将机头11挤出的物料切成颗粒，使得切好的颗粒分散于冷却水中；
④、收集颗粒：将步骤③分散于冷却水中的颗粒收集，干燥后按0.5-1.0mm、1.0-3.0mm和3.0-5.0mm的粒径进行筛分，分别得到不同粒径的弹性体材料。
2.2、实施例2-实施例10
实施例2-实施例10均在实施例1的方法基础上对各组分及其质量做出调整，其调整情况以及实施例1中的组分和组分质量见下表，单位为kg。
3、对比例
3.1、对比例1
与实施例1的不同住处在于，本对比例按照常规方法制备弹性体材料。
3.2、对比例2
本对比例购自京东店铺名为宝沾运动专营店货号为MGD塑胶颗粒。
3.3、对比例3
本对比例购自灵寿县佳豪矿物粉体厂型号为JH336的橡胶颗粒。
4、性能检测试验
4.1、检测项目及方法
将上述实施例1至实施例12以及对比例1和对比例3的颗粒进行如下性能检测：
拉伸强度：按GB/T 14833-2011的标准进行测定；
拉断伸长率：按GB/T 14833-2011的标准进行测定；
耐磨性：将颗粒制成10cm×10cm的样品，使用RCA耐磨仪进行检测，其具体参数为175g力连续300圈，观察样品表面磨损的情况。
耐老化性：按GB/T 14833-2011的标准进行测定；
抗菌性：按GB/T 2591-2003的标准进行测定。
4.2、检测结果
检测结果见下表
参见上表，将实施例1与对比例1的检测结果进行比较，可以得到，采用本发明比采用现有技术其制备所得的弹性体材料具有更好的拉伸强度、耐磨性、耐老化性和抗菌性；此外，本发明的制备步骤更少、操作更为简便，能够有效提高弹性体材料的生产效率。
将实施例1至实施例12分别与对比例2和对比例3的检测结果进行比较，可以得到，采用本发明制得的弹性体材料具有突出的拉伸强度、拉断伸长率、耐磨性、耐老化性以及抗菌性，
将实施例1与实施例6的检测结果进行比较，可以得到，使用核壳发泡剂相对于AC发泡剂具有更好的拉伸强度、拉断伸长率、耐磨性以及耐老化性。
将实施例1与实施例7的检测结果进行比较，可以得到，使用抗氧剂1076、抗氧剂164、抗氧剂TNP与使用抗氧剂1010的效果差异较小，进而选用无毒的抗氧剂1076、抗氧剂164、抗氧剂TNP来替代有毒的抗氧剂1010能够有效减少其对人体和环境的危害。
将实施例1与实施例8的检测结果进行比较，可以得到，使用无味DCP能够更好的提高弹性体材料的拉伸强度、拉断伸长率、耐磨性、耐老化性。
将实施例1与实施例9的检测结果进行比较，可以得到，使用非硫型硫化剂比硫磺制得的弹性体材料具有更好的拉伸强度、拉断伸长率、耐磨性和耐老化性。
将实施例1分别与实施例10-实施例12的检测结果进行比较，可以得到，添加甘草粉能够有效改善弹性体材料的耐老化性和抗菌性。
综上，采用本发明制备弹性体材料提高了弹性体材料的生产效率，具有操作简便、废渣率低的优点，此外，其所制备的弹性体材料具有更为优异的拉伸强度、耐磨性、耐老化性以及抗菌性。
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 (10)

1.一种用于塑胶跑道的弹性体材料的制备方法，其特征在于，包括如下操作步骤：
①、称量：按配方依次称量弹性体材料的各组分；
②、搅拌：将步骤①中的各组分置于搅拌机中搅拌均匀，得到拌合料；
③、造粒：将步骤②中的拌合料投入双螺杆挤出机(1)中，其中双螺杆挤出机(1)的机头(11)浸于水槽(6)内流动的冷却水中，且机头(11)的出料口(111)一侧设置有转动刀盘(2)，转动刀盘(2)旋转进而将机头(11)挤出的物料切成颗粒，切好的颗粒分散于冷却水中；
④、收集颗粒：将步骤③分散于冷却水中的颗粒收集，干燥后进行筛分，得到弹性体材料。
2.根据权利要求1所述的一种用于塑胶跑道的弹性体材料的制备方法，其特征在于，所述弹性体材料按质量份数计，包括以下组分：
EPDM 25-35份；
TPU 5-15份；
贝壳粉 35-45份；
环烷油 15-25份；
发泡剂 5-10份；
着色剂 0.5-2份；
抗氧剂 0.1-0.4份；
防老剂 0.1-0.4份；
引发剂 0.1-0.4份；
硫化剂 0.1-0.4份。
3.根据权利要求2所述的一种用于塑胶跑道的弹性体材料的制备方法，其特征在于，所述贝壳粉由经含有碱性蛋白酶、木瓜蛋白酶和胰蛋白酶的酶液处理后的贝壳研磨而成。
4.根据权利要求2所述的一种用于塑胶跑道的弹性体材料的制备方法，其特征在于，所述发泡剂具有核壳结构。
5.根据权利要求4所述的一种用于塑胶跑道的弹性体材料的制备方法，其特征在于，所述发泡剂的核壳结构中以PMMA作为外壳。
6.根据权利要求4所述的一种用于塑胶跑道的弹性体材料的制备方法，其特征在于，所述发泡剂的核壳结构中以纳米碳颗粒作为内核。
7.根据权利要求2所述的一种用于塑胶跑道的弹性体材料的制备方法，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1076、抗氧剂164、抗氧剂TNP中的一种或多种的混合物。
8.根据权利要求2所述的一种用于塑胶跑道的弹性体材料的制备方法，其特征在于，所述引发剂为无味DCP。
9.根据权利要求2所述的一种用于塑胶跑道的弹性体材料的制备方法，其特征在于，所述硫化剂为非硫型硫化剂。
10.根据权利要求2所述的一种用于塑胶跑道的弹性体材料的制备方法，其特征在于，所述弹性体材料还包括0.2-0.4份的甘草粉。
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