CN110330617A - 一种无机纤维增强的耐久性聚氨酯塑胶跑道及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种无机纤维增强的耐久性聚氨酯塑胶跑道及制备方法，所述聚氨酯塑胶跑道是先分别由聚醚多元醇、硫酸钠、氯化镁、阻燃剂、催化剂、抗氧化剂、填充剂、颜料与水制成A料，由异氰酸酯与胶粉制成B料，由氯化钙、矿物纤维与水制成C料，再将C料加入A料后迅速与B料，混合生热铺压而制得。本发明提供的聚氨酯塑胶跑道中，通过聚氨酯发泡生热，使硫酸钠与氯化钙生成硫酸钙晶须，将矿物纤维与聚氨酯良好的连接，从而牢固附着聚氨酯，得到的塑胶跑道相较于，解决了直接添加矿物纤维的塑胶跑道容易老化粉化的问题，耐久性更佳，同时通过白炭黑与瓷粉复合，极大提高了塑胶跑道的耐磨性。
Description
技术领域
本发明涉及塑胶材料技术领域，特别是涉及一种无机纤维增强的耐久性聚氨酯塑胶跑道及制备方法。
背景技术
在现代工业和日用产品中，越来越多地采用塑胶来制造，其主要是以是被称为树脂的高分子化合物基体组成。是以高分子合成树脂为主要成份渗入各种辅助料或某些具有特定用途的添加剂，在特定温度，压力下具有可塑性和流动性，可被模塑成一定形状，且在一定条件下保持形状不变的材料。塑胶材料所具有的优越性能使它在国民经济发展中占有重要的地位。
塑胶是目前广为应用的体育设施。塑胶由主要由聚氨酯预聚体、轮胎橡胶颗粒、EPDM（三元乙丙橡胶）橡胶粒、颜料、助剂等组成。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，具有一定的抗紫外线能力和耐老化能力，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。
由于长期处于室外，目前塑胶材料的耐老化性能普遍一般在暴晒下，更易造成塑胶开裂粉化。鉴于聚氨酯成本较高，为了降低成本，增加强度，现有塑胶跑道使用了大量的矿物纤维填充材料，在强紫外线的侵蚀下，由于矿物纤维与塑胶材料连接较弱，容易导致老化速度加快，使得塑胶跑道的使用寿命缩短。因此，提升塑胶跑道耐久性极为重要。
中国发明专利申请号201611224707.6公开了一种玻璃纤维增强的聚氨酯塑胶跑道，由原料制备而成：多聚甲醛、二乙醇胺、甲苯、松香、尿素、双氧水、甲酸、磷酸、2，2-二羟甲基丁酸、玻璃纤维、环己烷、丙酮、硅烷偶联剂kh560、邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯、N，N-二（哌啶甲基）环己胺、二邻氯二苯胺甲烷、聚丙二醇、二苯基甲烷二异氰酸酯、8-10%NaOH溶液、去离子水。中国发明专利申请号201610040136.4公开了一种环保聚氨酯复合塑胶跑道材料，按照重量份数包括以下组分：聚醚多元醇42份、异氰酸酯18份、改性聚丙烯10份、9,10-菲醌7份、1,4环己二甲醇5份、聚乙烯醇3份、聚羟甲基纤维1份、硅酮粉4份、不锈钢纤维2份、乙撑双硬脂酸酰胺3份、催化剂0.5份、填料8份、防老剂0.2份、阻燃剂0.4份、颜料0.5份。
为了改善塑胶跑道的耐磨性，减缓塑胶跑道的老化，提升耐久性，有必要提出一种新型塑胶跑道，进而有效促进了塑胶跑道的发展和应用。
发明内容
针对目前聚氨酯塑胶跑道耐磨性差，而直接填充矿物纤维后容易老化粉化，相容耐久性差等缺陷，本发明提出一种无机纤维增强的耐久性聚氨酯塑胶跑道及制备方法，从而提高了添加矿物纤维塑胶跑道的耐久性和实用性。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
一种无机纤维增强的耐久性聚氨酯塑胶跑道的制备方法，所述聚氨酯塑胶跑道是先分别由聚醚多元醇、硫酸钠、晶型控制剂、阻燃剂、催化剂、抗氧化剂、填充剂、颜料与水制成A料，由异氰酸酯与胶粉制成B料，由氯化钙、矿物纤维与水制成C料，再将C料加入A料后迅速与B料混合铺压而制得，具体制备方法如下：
（1）将聚醚多元醇、硫酸钠、晶型控制剂、阻燃剂、催化剂、抗氧化剂、填充剂、颜料加入水中，分散均匀，得到A料；
（2）将异氰酸酯与胶粉混合，分散均匀，得到B料；
（3）将氯化钙、矿物纤维加入水中，分散均匀，得到C料；
（4）将C料加入A料，然后与B料混合均匀，将得到的混合料迅速铺压跑道，在形成泡沫聚氨酯的同时，在晶型控制剂的促进下，聚醚多元醇中分散的硫酸钠与氯化钙在生热条件下逐步形成硫酸钙晶须，密植在泡沫聚氨酯中，即得无机纤维增强的耐久性聚氨酯塑胶跑道。
优选的，所述A料中，聚醚多元醇的平均官能度为5-8，羟值为500-800mgKOH/g，晶型控制剂为氯化镁，阻燃剂为磷酸三(2-氯丙基)酯、磷酸三(2-氯乙基)酯中的一种，催化剂为二甲氨基乙氧基乙醇、三甲基羟乙基乙二胺中的一种，抗氧化剂为抗化氧剂1010，填充剂为白炭黑与纳米瓷粉按照质量比为1:0.6-0.8得到的配合物，颜料为氧化铁。
优选的，其特征在于，步骤（1）中所述A料中，水、聚醚多元醇、硫酸钠、晶型控制剂、阻燃剂、催化剂、抗氧化剂、填充剂、颜料的质量比例为100:50-70:10-20:3-5:2-3:2-3:2-3:2-3:8-15。
优选的，所述B料中，异氰酸酯为多亚甲基多苯基多异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯中的一种，胶粉为废旧轮胎回收胶粉。
优选的，步骤（2）中所述B料中，异氰酸酯、胶粉的质量比例为100:40-60。
优选的，所述C料中，矿物纤维为水镁石纤维、石棉纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、海泡石纤维、硅灰石纤维中的一种或两种以上的组合。
优选的，步骤（3）中所述C料中，水、氯化钙、矿物纤维的质量比例为100:30-40:40-50。
优选的，步骤（4）中所述混合的时间≤10min。
优选的，步骤（4）中所述混合料中，A料、B料、C料的质量比例为100:40-50:30-40。
本发明还提供一种上述的制备方法制备得到的一种无机纤维增强的耐久性聚氨酯塑胶跑道。
现有的聚氨酯塑胶跑道，填充矿物纤维后，存在容易老化粉化的缺陷，限制了其应用。鉴于此，本发明提出一种无机纤维增强的耐久性聚氨酯塑胶跑道及制备方法，将聚醚多元醇、硫酸钠、晶型控制剂、阻燃剂、催化剂、抗氧化剂、填充剂、颜料与水分散均匀，得到A料；将异氰酸酯与胶粉分散作为B料；将氯化钙、矿物纤维分散于水中作为C料；将C料加入A料，与B料混合迅速铺压跑道，得到一种无机纤维增强的耐久性聚氨酯塑胶跑道。本发明提供的聚氨酯塑胶跑道中通过聚氨酯发泡生热，使硫酸钠与氯化钙生成硫酸钙晶须，将矿物纤维与聚氨酯良好的连接，从而牢固附着聚氨酯，得到的塑胶跑道相较于，解决了直接添加矿物纤维的塑胶跑道容易老化粉化的问题，耐久性更佳，同时通过白炭黑与瓷粉复合，极大提高了塑胶跑道的耐磨性。
本发明提出一种无机纤维增强的耐久性聚氨酯塑胶跑道及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：
1、本发明通过预配原料后混合铺压跑道，通过聚氨酯发泡生热，使硫酸钠与氯化钙生成硫酸钙晶须，通过氯化镁逐步形成硫酸钙晶须，该过程将矿物纤维与聚氨酯良好的连接，从而牢固附着聚氨酯，得到的塑胶跑道相较于直接添加矿物纤维，解决了容易老化粉化的问题，耐久性更佳。
2、本发明制得的塑胶跑道，通过白炭黑与瓷粉复合，极大提高了塑胶跑道的耐磨性。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
实施例1
（1）将聚醚多元醇、硫酸钠、晶型控制剂、阻燃剂、催化剂、抗氧化剂、填充剂、颜料加入水中，分散均匀，得到A料；聚醚多元醇的平均官能度为6，羟值为600mgKOH/g；晶型控制剂为氯化镁；阻燃剂为为磷酸三(2-氯丙基)酯；催化剂为二甲氨基乙氧基乙醇；抗氧化剂为抗化氧剂1010；填充剂为白炭黑与纳米瓷粉按照质量比为1:0.7得到的配合物；颜料为氧化铁；A料中，水、聚醚多元醇、硫酸钠、晶型控制剂、阻燃剂、催化剂、抗氧化剂、填充剂、颜料的质量比例为100:60:15:4:2.5: 2.5: 2.5: 2.5:12；
（2）将异氰酸酯与胶粉混合，分散均匀，得到B料；异氰酸酯为多亚甲基多苯基多异氰酸酯；胶粉为废旧轮胎回收胶粉； B料中，异氰酸酯、胶粉的质量比例为100:50；
（3）将氯化钙、矿物纤维加入水中，分散均匀，得到C料；矿物纤维为水镁石纤维；C料中，水、氯化钙、矿物纤维的质量比例为100:35:45；
（4）将C料加入A料，然后与B料混合均匀，将得到的混合料迅速铺压跑道，在形成泡沫聚氨酯的同时，在氯化镁促进下，聚醚多元醇中分散的硫酸钠与氯化钙在生热条件下逐步形成硫酸钙晶须，密植在泡沫聚氨酯中，即得无机纤维增强的耐久性聚氨酯塑胶跑道；混合的时间为7min；混合料中，A料、B料、C料的质量比例为100:45:35。
测试方法：
本实施例物料在模具中反应制样,自然固化7天,然后进行性能测试。参考GB/T10654测试拉伸强度和断裂伸长率；并在老化温度为80℃，相对湿度为80%，通过氙气灯照射3d、5d，测试拉伸强度和断裂伸长率变化，以衡量耐老化性能。得到结果如表1所示。
实施例2
（1）将聚醚多元醇、硫酸钠、晶型控制剂、阻燃剂、催化剂、抗氧化剂、填充剂、颜料加入水中，分散均匀，得到A料；聚醚多元醇的平均官能度为5，羟值为500mgKOH/g；晶型控制剂为氯化镁；阻燃剂为为磷酸三(2-氯乙基)酯；催化剂为三甲基羟乙基乙二胺；抗氧化剂为抗化氧剂1010；填充剂为白炭黑与纳米瓷粉按照质量比为1:0.6得到的配合物；颜料为氧化铁；A料中，水、聚醚多元醇、硫酸钠、晶型控制剂、阻燃剂、催化剂、抗氧化剂、填充剂、颜料的质量比例为100:50:10:3:2:2:2:2:8；
（2）将异氰酸酯与胶粉混合，分散均匀，得到B料；异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯；胶粉为废旧轮胎回收胶粉； B料中，异氰酸酯、胶粉的质量比例为100:40；
（3）将氯化钙、矿物纤维加入水中，分散均匀，得到C料；矿物纤维为石棉纤维；C料中，水、氯化钙、矿物纤维的质量比例为100:30:40；
（4）将C料加入A料，然后与B料混合均匀，将得到的混合料迅速铺压跑道，在形成泡沫聚氨酯的同时，在氯化镁促进下，聚醚多元醇中分散的硫酸钠与氯化钙在生热条件下逐步形成硫酸钙晶须，密植在泡沫聚氨酯中，即得无机纤维增强的耐久性聚氨酯塑胶跑道；混合的时间为6min；混合料中，A料、B料、C料的质量比例为100:40:30。
采用实施例1的方法进行测试，测试结果如表1所示。
实施例3
（1）将聚醚多元醇、硫酸钠、晶型控制剂、阻燃剂、催化剂、抗氧化剂、填充剂、颜料加入水中，分散均匀，得到A料；聚醚多元醇的平均官能度为8，羟值为800mgKOH/g；晶型控制剂为氯化镁；阻燃剂为为磷酸三(2-氯丙基)酯；催化剂为三甲基羟乙基乙二胺；抗氧化剂为抗化氧剂1010；填充剂为白炭黑与纳米瓷粉按照质量比为1:0.8得到的配合物；颜料为氧化铁；A料中，水、聚醚多元醇、硫酸钠、晶型控制剂、阻燃剂、催化剂、抗氧化剂、填充剂、颜料的质量比例为100:70: 20:5: 3: 3: 3: 3: 15；
（2）将异氰酸酯与胶粉混合，分散均匀，得到B料；异氰酸酯为多亚甲基多苯基多异氰酸酯；胶粉为废旧轮胎回收胶粉； B料中，异氰酸酯、胶粉的质量比例为100:60；
（3）将氯化钙、矿物纤维加入水中，分散均匀，得到C料；矿物纤维为玻璃纤维；C料中，水、氯化钙、矿物纤维的质量比例为100: 40: 50；
（4）将C料加入A料，然后与B料混合均匀，将得到的混合料迅速铺压跑道，在形成泡沫聚氨酯的同时，在氯化镁促进下，聚醚多元醇中分散的硫酸钠与氯化钙在生热条件下逐步形成硫酸钙晶须，密植在泡沫聚氨酯中，即得无机纤维增强的耐久性聚氨酯塑胶跑道；混合的时间为10min；混合料中，A料、B料、C料的质量比例为100: 50:40。
采用实施例1的方法进行测试，测试结果如表1所示。
实施例4
（1）将聚醚多元醇、硫酸钠、晶型控制剂、阻燃剂、催化剂、抗氧化剂、填充剂、颜料加入水中，分散均匀，得到A料；聚醚多元醇的平均官能度为7，羟值为700mgKOH/g；晶型控制剂为氯化镁；阻燃剂为为磷酸三(2-氯乙基)酯；催化剂为二甲氨基乙氧基乙醇；抗氧化剂为抗化氧剂1010；填充剂为白炭黑与纳米瓷粉按照质量比为1:0.7得到的配合物；颜料为氧化铁；A料中，水、聚醚多元醇、硫酸钠、晶型控制剂、阻燃剂、催化剂、抗氧化剂、填充剂、颜料的质量比例为100:58:16:5:2: 3:2:3:8；
（2）将异氰酸酯与胶粉混合，分散均匀，得到B料；异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯；胶粉为废旧轮胎回收胶粉； B料中，异氰酸酯、胶粉的质量比例为100:48；
（3）将氯化钙、矿物纤维加入水中，分散均匀，得到C料；矿物纤维为水镁石纤维、石棉纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、海泡石纤维、硅灰石纤维；C料中，水、氯化钙、矿物纤维的质量比例为100:36:46；
（4）将C料加入A料，然后与B料混合均匀，将得到的混合料迅速铺压跑道，在形成泡沫聚氨酯的同时，在氯化镁促进下，聚醚多元醇中分散的硫酸钠与氯化钙在生热条件下逐步形成硫酸钙晶须，密植在泡沫聚氨酯中，即得无机纤维增强的耐久性聚氨酯塑胶跑道；混合的时间为8min；混合料中，A料、B料、C料的质量比例为100:44:34。
采用实施例1的方法进行测试，测试结果如表1所示。
对比例1
对比例1与实施例1相比，未添加硫酸钠和氯化钙，制得的聚氨酯塑胶跑道采用实施例1的方法进行测试，测试结果如表1所示。
表1：
通过制样测试，本发明在聚氨酯发泡生热中，使硫酸钠与氯化钙生成硫酸钙晶须，通过氯化镁逐步形成硫酸钙晶须，该过程由于聚氨酯与晶须纤维同时形成，因此纤维与聚氨酯良好的连接，从而牢固附着聚氨酯，得到的塑胶跑道相较于直接添加矿物纤维，不但强度提升而且耐久性好，有效防止老化粉化的问题。
Claims (10)
1.一种无机纤维增强的耐久性聚氨酯塑胶跑道的制备方法，其特征在于，具体制备方法如下：
（1）将聚醚多元醇、硫酸钠、晶型控制剂、阻燃剂、催化剂、抗氧化剂、填充剂、颜料加入水中，分散均匀，得到A料；
（2）将异氰酸酯与胶粉混合，分散均匀，得到B料；
（3）将氯化钙、矿物纤维加入水中，分散均匀，得到C料；
（4）将C料加入A料，然后与B料混合均匀，将得到的混合料迅速铺压跑道，在形成泡沫聚氨酯的同时，在晶型控制剂的促进下，聚醚多元醇中分散的硫酸钠与氯化钙在生热条件下逐步形成硫酸钙晶须，密植在泡沫聚氨酯中，即得无机纤维增强的耐久性聚氨酯塑胶跑道。
2.根据权利要求1所述的一种无机纤维增强的耐久性聚氨酯塑胶跑道的制备方法，其特征在于，所述A料中，聚醚多元醇的平均官能度为5-8，羟值为500-800mgKOH/g，晶型控制剂为氯化镁，阻燃剂为磷酸三(2-氯丙基)酯、磷酸三(2-氯乙基)酯中的一种，催化剂为二甲氨基乙氧基乙醇、三甲基羟乙基乙二胺中的一种，抗氧化剂为抗化氧剂1010，填充剂为白炭黑与纳米瓷粉按照质量比为1:0.6-0.8得到的配合物，颜料为氧化铁。
3.根据权利要求1所述的一种无机纤维增强的耐久性聚氨酯塑胶跑道的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述A料中，水、聚醚多元醇、硫酸钠、晶型控制剂、阻燃剂、催化剂、抗氧化剂、填充剂、颜料的质量比例为100:50-70:10-20:3-5:2-3:2-3:2-3:2-3:8-15。
4.根据权利要求1所述的一种无机纤维增强的耐久性聚氨酯塑胶跑道的制备方法，其特征在于，所述B料中，异氰酸酯为多亚甲基多苯基多异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯中的一种，胶粉为废旧轮胎回收胶粉。
5.根据权利要求1所述的一种无机纤维增强的耐久性聚氨酯塑胶跑道的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述B料中，异氰酸酯、胶粉的质量比例为100:40-60。
6.根据权利要求1所述的一种无机纤维增强的耐久性聚氨酯塑胶跑道的制备方法，其特征在于，所述C料中，矿物纤维为水镁石纤维、石棉纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、海泡石纤维、硅灰石纤维中的一种或两种以上的组合。
7.根据权利要求1所述的一种无机纤维增强的耐久性聚氨酯塑胶跑道的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述C料中，水、氯化钙、矿物纤维的质量比例为100:30-40:40-50。
8.根据权利要求1所述的一种无机纤维增强的耐久性聚氨酯塑胶跑道的制备方法，其特征在于，步骤（4）中所述混合的时间≤10min。
9.根据权利要求1所述的一种无机纤维增强的耐久性聚氨酯塑胶跑道的制备方法，其特征在于，步骤（4）中所述混合料中，A料、B料、C料的质量比例为100:40-50:30-40。
10.如权利要求1-9任一权项所述的制备方法制备得到的一种无机纤维增强的耐久性聚氨酯塑胶跑道。
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