CN109835029A - 一种表面抗污环保运动场地铺面材料及其施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种表面抗污环保运动场地铺面材料及其施工工艺，其胶液分为底胶、填料组和面胶三个部分。本发明的铺面材料不仅各项指标达到普通聚醚型聚氨酯铺面材料的性能指标，而且与普通环保聚醚型聚氨酯铺装材料相比，无毒无臭，对人体、环境无害，具有更加优异的耐候性、耐磨性、自清洁性。

Description

一种表面抗污环保运动场地铺面材料及其施工工艺

技术领域

本发明属于场地铺装材料技术领域，具体涉及一种环保的，可按客户要求设计施工的高性能的表面抗污环保运动场地铺面材料及其施工工艺。

背景技术

PU于20世纪60年代初由美国3M公司首先用于体育场地的铺装，经过多年的发展，到目前为止，PU已用于田径跑道、足球场、网球场、儿童游乐场地、体育馆地面。与传统的土质跑道相比，具有良好的弹性、防滑性、耐磨性、吸震性、场地清洁平整、易于维护管理、减震性好等特点。

几十年来，国内外相继开发了一系列PU体育场地铺面材料。从起初的TDI型改进为目前普遍使用，对人体伤害相对小很多的MDI型；又采用无机纳米材料进行改性，增加了材料的强度；另外还有成本较高的水性PU、硅PU技术、各种改性PU等等。之前使用最广泛的仍然是MDI-聚醚-MOCA-蒙脱土-氯化石蜡-滑石粉体系，成本低、性能好。

但是，近期多次爆发的毒跑道事件愈演愈烈。相应出台的环保标准也越来越严格。从之前的禁止TDI型和铅系催化剂的使用，到目前严格限制游离TDI、游离MDI、VOC、笨类、多环芳烃、可溶性重金属的含量，禁止使用MCOA扩链剂，禁止使用短链氯化石蜡、邻苯二甲酸酯类增塑剂，对气味严格要求等等。使得市场上大部分PU跑道胶都陷入不满足环保要求的境地。

另外，聚氨酯跑道由于为了增加摩擦力，都通过添加颗粒、喷涂立体花纹等造成不平滑的表面，使得灰尘、污渍等极易积存而不容易清洗去除。

本发明就是针对最新出台的严格环保要求，替换所有不合格原料，加入新原料新工艺对产品进行改性、补强，使得新配方铺面材料在满足环保要求的同时，性能可按照客户的需求及成本要求在施工时进行定制。另外，特别强化材料表面的物理性能及防水防污性能，美观、耐用且极易清洗，具有优良的市场竞争力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环保的、适用范围广、性能可调、防污性能优异的表面抗污环保运动场地铺面材料。

本发明的另一目的在于提供上述铺面材料的施工工艺。

本发明是采用如下技术解决方案来实现上述目的：一种表面抗污环保运动场地铺面材料，其胶液分为底胶、填料组分和面胶三个部分，底胶胶液包括A、B两个组分组；A、B组分组的重量比为1：5～7；其中，A组分组包括不同分子量的聚醚多元醇的混合物和改性液体MDI，两者重量比为50～80：20～50；B组分组包括聚醚多元醇10～40份、环保扩链剂1～5份、环保无味增塑剂10～40份、超细填料10～30份、颜料1～5份、气相白炭黑1～10份、纳米有机蒙脱土1～10份；面胶胶液包括A’、B’两个组分组；A’、B’组分组的重量比为1：0.5～4，其中：A’组分组包括不同分子量的聚醚多元醇的混合物、含羟基氟树脂、羟基硅油和改性液体MDI，三者重量比为50～60：0～20：20～50；B’组分组包括聚醚多元醇10～40份、环保扩链剂1～5份、环保无味增塑剂10～40份、超细填料10～30份、颜料5～10份、气相白炭黑1～10份、纳米有机蒙脱土1～10份、抗氧剂0.1～0.5份、抗紫外线剂0.1～0.5份。

所述A 组分所用聚醚多元醇为N210、N220、N330的混合物，NCO%为8%～11%；A’组分由聚醚多元醇N210、N220、N330、含羟基氟树脂、羟基硅油及改性液体MDI组成，NCO%约为9%。

氟改性PU弹性体能够在保持PU的原有特性的同时，更具有含氟高聚物的耐UV光、耐候、耐腐蚀、耐化学品、耐溶剂、拒油拒水、自清洁等优良性能。氟改性PU弹性体目前应用最广泛、最简单的方法是使用含氟聚醚多元醇制备含氟PU弹性体，而侧链含氟聚醚多元醇虽然在铺面材料所需求的耐化学品、耐油污等性能上不如主链含氟聚醚，但其成本却大大降低，少量使用在面胶层中对整体成本影响不大，却能带来足够的效果。因此本发明面胶A’组分中添加的含羟基氟树脂为一种侧链含氟聚醚多元醇F-Polyol。本发明所述F-Polyol是一种由溴代环氧丙烷与四氟乙醇或四氟丙醇反应产物开环聚合而来，分子结构如下：

其中，R_F=C_nF_2n+1，n=1～2。

所述底胶、面胶胶液中，底胶扩链系数为0.8～1.2，面胶扩链系数0.4～0.8。

所述B组分中的环保扩链剂为DMTDA、TDMA、MDBA等环保空间位阻二胺类扩链剂中的一种或两种的组合。环保空间位阻二胺类扩链剂与禁用的MOCA有着相似的结构，制成的产品有着类似的物理性能，同时无毒不致癌。扩链反应的速度与空间位阻的基团有关，空间位阻大则扩链速度慢。

进一步，底胶B组分中所述环保扩链剂优选DMTDA与TDMA的组合，其质量比为1:2～3，添加量为A组分质量的0.8%～2%。扩链剂DMTDA无毒无害，扩链速度比MOCA稍快，制成的聚氨酯产品与MOCA产品有相似的理化性能，特别是增强了产品的弹性和伸长率，满足环保铺面材料的要求，但是由于DMTDA含有甲硫基，制成的产品带有臭鸡蛋气味，虽然无毒，却也影响人的感官，用户一般不乐意采用。扩链剂TDMA空间位阻为亚甲基双苯,不含硫，无毒无味，扩链速度与MOCA基本相同，制成的产品环保无味，成本更低，强度、硬度更好，但弹性、伸长率相对降低。于是本发明使用TDMA与少量DMTDA复配，保证优异的拉伸强度、弹性等物理性能的同时减少异味，保证稳定性。在施工时使用反应注射成型作业时，也可采用DETDA与TDMA的组合，加快扩链反应速度，提升效率。

所述面胶B’组分中的环保扩链剂同样选择与MOCA性能近似的环保空间位阻二胺类扩链剂。不同的是面胶摊涂厚度较薄，催干剂比例高，物理性能中对强度、耐磨性、气味要求高，对弹性、伸长率等要求低，因此特选TDMA、DETDA的组合，二者质量比为2～5:1，添加量为A’组分的1%～3%。

所述环保无味增塑剂为环保长链氯化石蜡、合成植物酯、氯化植物酯、BENZOFLEX9-88、DINCH中的一种或多种的组合。更优选为16碳-全合成氯化长链石蜡、氯代合成植物酯，其比重限定为1.16~1.22，常温粘度不高于800cp。

进一步，所述氯化植物酯为氯化棕榈油甲酯经过加氢反应所得的饱和氯化脂肪酸甲酯，常温比重调节为1.2左右，常温粘度调节为600cp左右。此增塑剂由植物油反应制成，不含短链，无毒无味，增塑性能良好，同时又具有很高的阻燃性。粘度、比重调节合适后既具有较好的流动性和可操作性，又具有较好的相容性和承载力，保证B组分中固体填料与液体混合均匀，长时间放置不分层。

BENZOFLEX9-88和DINCH对聚氨酯材料具有非常优异的相容性，增塑性能突出，同时能有效降低体系的玻璃化转变温度，提高低温可操作性。

所述纳米有机改性蒙脱土是一种含羟基有机胺改性的高纯度有机蒙脱土，改性方法为原位聚合法。

所述的填料组分包括超细无机粉末、复合中空微球、ETPU和植物纤维中的一种或两种的组合。

本发明还保护所述的铺面材料的施工工艺。

当填料组分C为ETPU时，其施工工艺为：

A、基础底胶铺设：以A 组分与B组分质量比为1:5～7的比例混合，并添加总胶质量0.2%～0.4%的催化剂，搅拌混合均匀后在预定场地铺设3～5mm底胶并扫泡；

B、ETPU填料层的铺设：在底胶层刚完成铺设，还能流动时，用直径为3～5mm的ETPU颗粒混合少量的胶黏剂，在底胶上平铺一层ETPU填料并用工具抹平；待ETPU在底胶上粘附牢固，并且下层底胶基本固化后，再按照A步骤，在ETPU之上铺设一层底胶，保证覆盖住ETPU，扫泡并等待其成胶固化；

C、面层的铺设：待底胶完全成胶后，以A’：B’质量比为1:0.5～4的比例混合胶液，添加总胶质量0.3%～0.5%的催化剂，添加一定量的EPDM橡胶颗粒，搅拌均匀后用喷涂机喷涂在胶面之上，待其自然固化。

ETPU填料俗称爆米花，是一种以端环氧基聚氨酯为原料，采用物理发泡的非交联TPU发泡珠粒材料，一直用在高端鞋底材料中。其质地柔软强度却超高，具有超强的弹性和冲击吸收能力，除了耐磨性能比之普通TPU稍差，物理性能优越。之前由于只有进口产品，价格较高，但现在已经实现国产化，成本大大降低。同时，ETPU与本发明的底胶同属聚氨酯材料，有着比一般橡胶颗粒、无机颗粒更好的相容性，因此完全可以用在体育场地铺面材料中。使用ETPU填料的聚氨酯铺面场地是在一般TPU材料中间夹杂一层ETPU颗粒，在保证铺面材料的耐磨性、耐污性、耐UV、耐形变的同时，大大增强了材料的弹性、冲击吸收能力。本专利面胶为高强度不发泡氟、硅改性TPU，具有更优异的耐磨性、耐污性和机械强度，表面硬度也较一般体育场地材料高，使用ETPU颗粒填料能够使材料在高强度高硬度的条件下依然能通过冲击吸收的国家标准，使得材料的可调范围、适应性大大增加。ETPU颗粒特选3～5mm直径的，太小会导致弹性不够，太大则会在本身仅有15mm左右的铺面材料中分散不均，导致局部强度不够和面层的不平滑。鉴于此填料高回弹、成本稍高的特点，一般运用于专业跑道、室内跑道、幼儿运动场地等。

当填料组分C为超细无机粉末或者复合中空微球、植物纤维时，其施工工艺为：

A、基础底胶铺设：以A 组分与B组分质量比为1:5～7的比例混合，按性能及成本要求添加填料超细无机粉末或者复合中空微球、植物纤维，以及总胶质量0.2%～0.4%的催化剂，搅拌混合均匀后在预定场地铺设3～5mm底胶并扫泡；

B、面层的铺设：待底胶完全成胶后，以A’：B’质量比为1:0.5～4的比例混合胶液，添加总胶质量0.3%～0.5%的催化剂，添加一定量的EPDM橡胶颗粒，搅拌均匀后用喷涂机喷涂在胶面之上，待其自然固化。

超细无机粉末是一般环保聚氨酯铺面材料普遍添加的填料，有着成本低、强度高的优点，但是添加量过大会导致材料硬度过高、回弹性差、容易破碎的缺点。此填料在严格限制成本、对回弹性要求不高的场合应用，比如普通运动场地跑道、球场、健步道等。

复合中空微球是一种国外技术的新型填料，由内部中空塑料微球和外部包裹的无机浆料组成，有着比重低、与胶液主题结合牢固、强度和弹性适中等特点。添加此填料能有效增加材料的强度、回弹性同时成本比值纯胶并不会增加。此填料一般用在对性能限制较多的专业性跑道中。

植物纤维填料是一种由秸秆、玉米杆等加工而来的5～10mm纤维。少量添加该填料能有效增加体育场地的韧性及拉伸强度、拉断伸长率，同时超低的成本能有效降低整体工程的造价。一般与其他填料混用在低成本运动场地中。

所述的施工工艺，其所用催化剂为高浓度无溶剂有机锌铋复合催干剂及Cucat-PDM的混合物。Cucat-PDM为有机稀土金属复合而成的不发泡催干剂，能阻止NCO基团与水的反应，使得胶液在生产时脱水要求可以降低，减少了成本。同时，施工时对气候的要求同样降低，不必强求地面的空气的湿度，减少了施工的难度，也防止了因地面湿气而容易发生的场地鼓包等现象。但由于此商品本身添加了一定量的溶剂，会使得TVOC指标升高，因此使用无溶剂有机锌铋复合催干剂与之混合使用，降低单位面积施工所添加的TVOC含量。

与现有技术相比，本发明使用环保扩链剂及环保增塑剂，毒性大大降低的同时，气味有明显的改善。面胶中特别添加氟树脂，增加了跑道胶表面的耐磨性和防水抗污性能。本发明的性能可定制的表面抗污环保纳米塑胶运动场地铺面材料及其施工工艺，不仅各项指标达到普通聚醚型聚氨酯铺面材料的性能指标，而且与普通环保聚醚型聚氨酯铺装材料相比，无毒无臭，对人体、环境无害，具有更加优异的耐候性、耐磨性、自清洁性，同时，能够使用同一种胶液，针对不同的客户要求进行复配组合，定制不同的铺面材料。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：

实施例1

底胶A组分：混合聚醚多元醇620g，改性液体MDI 380g；

底胶B组分：混合聚醚多元醇650g，加氢氯化棕榈油1100g、改性有机纳米蒙脱土150g，BENZOFLEX9-88 500g，氧化铁红颜料90g， DMTDA 20g，TDMA 80g，气相白炭黑110g，超细滑石粉1100g；

面胶A’组分：普通无改性混合聚醚多元醇500g，羟基硅油20g，含氟聚醚100g，改性液体MDI380g；

面胶B’组分：混合聚醚多元醇650g，加氢氯化棕榈油800g、改性有机纳米蒙脱土150g，BENZOFLEX9-88 500g，DINCH 200g，氧化铁红颜料150g， DETDA 20g，TDMA 80g,钛白粉150g，气相白炭黑100g，超细滑石粉990g，抗紫外线剂5g，抗氧剂5g。

1、基础底胶铺设：以A 组分与B组分质量比为1:7的比例混合，并添加底胶质量0.2%Cucat-PDM催干剂、0.1%锌铋复合催干剂，搅拌混合均匀后在预定场地铺设3～5mm底胶并扫泡。

2、ETPU填料层的铺设：在底胶层刚完成铺设，还能流动时，用约为底胶质量5%的直径为3～5mm的ETPU颗粒混合微量的A组分搅拌均匀，在底胶上平铺一层ETPU填料并用工具抹平；待ETPU在底胶上粘附牢固，并且下层底胶基本固化后，再按照1步骤，在ETPU之上铺设一层底胶，保证覆盖住ETPU，扫泡并等待其成胶固化。ETPU填料层8～10mm。

3、面层的铺设：待底胶完全成胶后，以A’：B’质量比为2:1的比例混合胶液，添加面胶质量0.2%Cucat-PDM催干剂、0.3%锌铋复合催干剂，添加面胶质量15%EPDM橡胶颗粒，搅拌均匀后用喷涂机喷涂在胶面之上，待其自然固化。面层铺设厚度3mm左右。

实施例2

底胶、面胶胶液组成与实施例1相同，采用复合中空微球填料铺设。

1、基础底胶铺设：以A 组分与B组分质量比为1:6的比例混合，并添加底胶质量2%的复合中空微球填料，0.2%Cucat-PDM催干剂、0.1%锌铋复合催干剂，搅拌混合均匀后在预定场地铺设10mm以上底胶并扫泡。

2、面层的铺设：待底胶完全成胶后，以A’：B’质量比为1:2的比例混合胶液，添加面胶质量0.2%Cucat-PDM催干剂、0.2%锌铋复合催干剂，添加面胶质量20%EPDM橡胶颗粒，搅拌均匀后用喷涂机喷涂在胶面之上，待其自然固化。面层铺设厚度3mm左右。

实施例1，2所制备的样块按照国标要求，老化14天后进行性能测试，结果如下：

表1 力学性能测试结果

表2 有害物质检测结果

可见，本发明制备得到的铺面材料完全符合环保的要求，且力学性能优异，适合行业内普遍推广使用。

上面结合实施例对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述实施例的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种表面抗污环保运动场地铺面材料，其特征在于：其胶液分为底胶、填料组分和面胶三个部分，底胶胶液包括A、B两个组分组；A、B组分组的重量比为1：5～7；其中，A组分组包括不同分子量的聚醚多元醇的混合物和改性液体MDI，两者重量比为50～80：20～50；B组分组包括聚醚多元醇10～40份、环保扩链剂1～5份、环保无味增塑剂10～40份、超细填料10～30份、颜料1～5份、气相白炭黑1～10份、纳米有机蒙脱土1～10份；面胶胶液包括A’、B’两个组分组；A’、B’组分组的重量比为1：0.5～4，其中：A’组分组包括不同分子量的聚醚多元醇的混合物、含羟基氟树脂、羟基硅油和改性液体MDI，三者重量比为50～60：0～20：20～50；B’组分组包括聚醚多元醇10～40份、环保扩链剂1～5份、环保无味增塑剂10～40份、超细填料10～30份、颜料5～10份、气相白炭黑1～10份、纳米有机蒙脱土1～10份、抗氧剂0.1～0.5份、抗紫外线剂0.1～0.5份。

2.根据权利要求1所述的铺面材料，其特征在于，所述A 组分所用聚醚多元醇为N210、N220、N330的混合物， NCO%为8%～11%；A’组分由聚醚多元醇N210、N220、N330、含羟基氟树脂、羟基硅油及改性液体MDI组成，NCO%约为9%；底胶扩链系数为0.8～1.2；面胶扩链系数0.4～0.8。

3.根据权利要求1所述的铺面材料，其特征在于，面胶中A’组分所述含羟基氟树脂为一种侧链含氟聚醚多元醇F-Polyol。

4.根据权利要求1所述的铺面材料，其特征在于，所述的B组分中所述环保扩链剂为环保空间位阻二胺类扩链剂中的一种或两种的组合；优选DMTDA、TDMA、MDBA中的一种或几种；更优选为DMTDA和TDMA的组合，其添加量为A组分质量的0.8%～2%，二者质量比为1:2～3。

5.根据权利要求1所述的铺面材料，其特征在于，所述的B’组分中的环保扩链剂选自环保空间位阻二胺类扩链剂中的一种或两种的组合；优选TDMA和DETDA的组合，二者质量比为2～5:1，添加量为A’组分的1%～3%。

6.根据权利要求1所述的铺面材料，其特征在于，所述环保无味增塑剂为环保长链氯化石蜡、合成植物酯、氯化植物酯、BENZOFLEX9-88、DINCH中的一种或多种的组合；更优选为16碳-全合成氯化长链石蜡、氯代合成植物酯，其比重限定为1.16~1.22，常温粘度不高于800cp。

7.根据权利要求1所述的铺面材料，其特征在于，所述的填料组分包括超细无机粉末、复合中空微球、ETPU和植物纤维中的一种或两种的组合；所述纳米有机改性蒙脱土是一种含羟基有机胺改性的高纯度有机蒙脱土，改性方法为原位聚合法。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的铺面材料的施工工艺，其特征在于，

当填料组分C为ETPU时，其施工工艺为：

A、基础底胶铺设：以A 组分与B组分质量比为1:5～7的比例混合，并添加总胶质量0.2%～0.4%的催化剂，搅拌混合均匀后在预定场地铺设3～5mm底胶并扫泡；

B、ETPU填料层的铺设：在底胶层刚完成铺设，还能流动时，用直径为3～5mm的ETPU颗粒混合少量的胶黏剂，在底胶上平铺一层ETPU填料并用工具抹平；待ETPU在底胶上粘附牢固，并且下层底胶基本固化后，再按照A步骤，在ETPU之上铺设一层底胶，保证覆盖住ETPU，扫泡并等待其成胶固化；

C、面层的铺设：待底胶完全成胶后，以A’：B’质量比为1:0.5～4的比例混合胶液，添加总胶质量0.3%～0.5%的催化剂，添加一定量的EPDM橡胶颗粒，搅拌均匀后用喷涂机喷涂在胶面之上，待其自然固化；

当填料组分C为超细无机粉末或者复合中空微球、植物纤维时，其施工工艺为：

A、基础底胶铺设：以A 组分与B组分质量比为1:5～7的比例混合，按性能及成本要求添加填料超细无机粉末或者复合中空微球、植物纤维，以及总胶质量0.2%～0.4%的催化剂，搅拌混合均匀后在预定场地铺设3～5mm底胶并扫泡；

B、面层的铺设：待底胶完全成胶后，以A’：B’质量比为1:0.5～4的比例混合胶液，添加总胶质量0.3%～0.5%的催化剂，添加一定量的EPDM橡胶颗粒，搅拌均匀后用喷涂机喷涂在胶面之上，待其自然固化。

9.根据权利要求8所述的施工工艺，其特征在于，所述的催化剂为高浓度无溶剂有机锌铋复合催干剂及cucat-PDM的混合物。