CN110527476A - 一种人造草坪胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

为克服现有草坪胶存在的溶剂挥发造成空气污染、严重损害使用者的身心健康，在户外长期使用时粘接易失效、耐水解性和耐久性差的问题，本发明提供了一种人造草坪胶，包括以下质量组分：改性硅酮聚合物100份、稀释剂20～100份、填料80～400份、触变剂2～8份、光稳定剂1～2份、自由基捕捉剂1～2份、脱水剂1～4份、粘附促进剂2～5份和催化剂1～3份；所述改性硅酮聚合物包括二甲氧基硅烷封端聚氧化丙烯、三甲氧基硅烷封端聚氧化丙烯和三乙氧基硅烷封端聚氧化丙烯中的一种或多种。同时，本发明还公开了上述人造草坪胶的制备方法。本发明提供的人造草坪胶能有效克服自然环境对粘接带来的破坏，满足粘结强度要求的前提下，同时具有较好环保性能和耐候性能。

Description

一种人造草坪胶及其制备方法

技术领域

本发明属于粘合胶技术领域，具体涉及一种人造草坪胶及其制备方法。

背景技术

我国自1999年引进人造草，从而拉开了人造草业在中国蓬勃发展的序幕，经过20年的快速发展，行业已经初具规模，产业链也逐步形成，品种更加丰富多样化：足球场人造草坪、门球场人造草坪、跑道人造草坪、屋顶装饰仿真草坪和幼儿园草坪等；生产人造草所用的原材料无论是性能或者环保，与天然草可相提媲美。但在人造草坪的铺装环节，其所使用的粘合剂的性能和环保往往被人们所忽视和诟病。

目前，市场上用于人造草坪铺装的胶水主要有：酚醛树脂胶、氯丁橡胶胶粘剂等，质量参差不齐；其中以氯丁橡胶为主流，占据70％以上的市场份额；氯丁橡胶因为高排放、高污染，属于国家强力监管的范畴。

针对氯丁橡胶的不足，衢州市东凯胶业有限公司提交了专利申请，公布号：CN108977136 A一种地毯草坪胶及其制备方法，其成分包括4～12％天然橡胶；6～10％聚a甲基苯乙烯树脂；10～15％萜烯树脂；4～5％高苯乙烯橡胶；3～6％醛酮树脂；1～2％白碳黑；0.15～0.3％抗氧化剂；50～60％溶剂。

从组成成份上可以看到：其成分中添加了大比例的有机溶剂，其目的是通过加大溶剂比例，来明显提高初粘力、粘结强度和韧性，但这也会带来溶剂挥发造成污染，溶剂通常容易挥发，并释放于空气和雨水中，或附着在人造草坪上，带来空气污染和环境污染。环保性能大打折扣，对空气和人体健康造成现实和潜在的长远危害。

另外，人造草坪多在室外使用，使用寿命一般都在10年或以上，其使用环境也会随着大自然一年四季不断交替变化，阳光、雨水、冰雪和温差变化等，都对草坪胶的耐久性能提出了严苛的要求；如果在使用过程中出现了部分胶体的开裂、粉化或脱落等，势必会破坏局部的粘接强度，进而造成整体的粘接失效，并最终影响到客户的使用和体验感。

现有的草坪胶的耐久性问题主要表现在三个方面：

(1)耐水解性能差：人造草坪长期应用于户外环境，会面临来自雨水、露水、地表湿气的聚集和侵蚀，这是导致人造草坪粘结失效的主要原因，即水分子会渗入到胶体内部，使得胶体分子间的交联网络发生溶胀，进一步扩大了分子间的距离，减弱了分子间的键合力，导致分子链整体间的结合变得相对松散；并首先在粘接界面处发生开裂、脱落破坏，然后逐渐向内部发展，最后导致胶体局部发生粘结破坏，失去粘结作用。

(2)耐候耐老化性能不足：在长期的紫外线曝晒、风吹雨淋、低温冰冻等复杂严苛的环境考验中，胶体结构会逐渐产生粉化、开裂和脱落等现象，造成粘接失效，增加后期养护成本和人造草坪的磨损，缩短使用寿命。

(3)耐高、低温交变性能不能满足要求：不同的材料之间，其线性膨胀系数也会千差万别，区别会很大；而自然环境中的热胀冷缩会造成人造草坪中草丝、底层和粘接底布之间不同比例的膨胀和收缩，会破坏粘接接头，带来粘结界面的剥离，从而造成粘结破坏。

同时，人造草坪的塑料材质也对粘接提出了更高要求：人造草坪主要包括草丝+底盘，主要材质为PP、PE塑料，属于弱极性表面，一般较难良好粘接；同时考虑到人造草坪的排水，草丝通过种植或粘接于底盘上，排列面不平整且有大量空隙，能有效粘接的面积很小，对实现良好粘接造成很大阻碍。

发明内容

针对现有草坪胶存在耐水解性和耐久性差的问题，本发明提供了一种人造草坪胶及其制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种人造草坪胶，包括以下质量组分：

改性硅酮聚合物100份、稀释剂20～100份、填料80～400份、触变剂2～8份、光稳定剂1～2份、自由基捕捉剂1～2份、脱水剂1～4份、粘附促进剂2～5份和催化剂1～3份；

所述改性硅酮聚合物包括二甲氧基硅烷封端聚氧化丙烯、三甲氧基硅烷封端聚氧化丙烯和三乙氧基硅烷封端聚氧化丙烯中的一种或多种。

可选的，所述稀释剂包括聚醚多元醇、邻苯二甲酸二异癸酯、邻苯二甲酸二异壬酯、邻苯二甲酸二异丁酯和烷基磺酸苯酯中的一种或多种。

可选的，所述填料包括碳酸钙、白炭黑、硅微粉、高岭土、滑石粉和玻璃微珠中的一种或多种。

可选的，所述触变剂包括聚酰胺蜡、气相二氧化硅、蓖麻油和有机膨润土中的一种或多种。

可选的，所述光稳定剂包括羟基苯基三嗪类、二苯甲酮类、苯并三唑类、水杨酸酯类、受阻胺类光稳定剂中的一种或多种。

可选的，所述自由基捕捉剂包括癸二酸双2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酯。

可选的，所述脱水剂选自含乙烯基团的硅烷。

可选的，所述粘附促进剂为N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷，其中γ-氨丙基三乙氧基硅烷用于对填料进行表面改性处理。

可选的，所述催化剂包括双(乙酰丙酮酸)二丁基锡、二月桂酸二丁基锡、硅酸四乙酯与双(乙酰基氧基)二丁基锡中的一种或多种。

另一方面，本发明提供了如上所述的人造草坪胶的制备方法，包括以下操作步骤：

将改性硅酮聚合物、稀释剂、填料、触变剂于80～120℃、0.085～0.095MPa真空度下混合均匀，混合物维持以上混合条件2～4h；

将混合物温度降至50℃以下，加入光稳定剂、自由基捕捉剂、脱水剂、粘附促进剂、催化剂，在惰性气体保护下混合均匀，得到人造草坪胶。

本发明提供的人造草坪胶，通过各成分的配比组合，在满足人造草坪的粘结强度要求的前提下具有较好环保性能和耐候性能，其环保性能体现在无甲醛、无三苯、VOC释放几乎接近于0，对人体和环境亲和友好，适合人造草坪的长期应用。同时，胶体架构由低不饱和度的MS Ploymer构造，搭配光稳定剂和自由基捕捉剂，抗紫外线能力强，用QVU紫外线曝晒仪测定,能耐8500h以上的紫外线；通过搭配憎水型原材料和对原材料进行改性，使亲水性变为疏水性，有效提高了胶体的耐水性，主动阻止水分侵入，避免粘合剂分子结构发生解离，带来粘结失效。双氨基硅烷的添加显著增加了与PP、PE和无纺布之间的粘接强度，实现良好粘接；弹性(流动型)胶体能够更好的包覆住人造草坪的草丝底部和底盘，极大地增加了粘接面积，从而保证粘接牢固持久。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种人造草坪胶，包括以下质量组分：

改性硅酮聚合物100份、稀释剂20～100份、填料80～400份、触变剂2～8份、光稳定剂1～2份、自由基捕捉剂1～2份、脱水剂1～4份、粘附促进剂2～5份和催化剂1～3份；

所述改性硅酮聚合物包括二甲氧基硅烷封端聚氧化丙烯、三甲氧基硅烷封端聚氧化丙烯和三乙氧基硅烷封端聚氧化丙烯中的一种或多种。

采用二甲氧基硅烷封端聚氧化丙烯、三甲氧基硅烷封端聚氧化丙烯和三乙氧基硅烷封端聚氧化丙烯中的一种或多种作为主体树脂，其结构体系中不包含异氰酸根和游离的异氰酸酯，在后续生产过程中无需添加溶剂进行稀释，固化物中不含有甲醛、甲苯、二甲苯等污染物。

从分子结构分析，聚合物的耐紫外线性能与分子链中的不饱和度具有较大关联，不饱和度过高会引发自由基反应，造成聚合物断链，二甲氧基硅烷、三甲氧基硅烷和三乙氧基硅烷封端的聚氧化丙烯的不饱和度可低0.02～0.07mol/kg，单元醇含量低，同时配合光稳定剂和自由基捕捉剂，使得所述人造草坪胶具有较好的耐紫外线能力。

从封端交联结构上分析：硅烷封端的聚氧化丙烯的端基与硅酮胶的端基具有相近性,都是在催化剂的存在下，当与空气中的湿气接触发生反应，硫化交联形成Si—O—Si键，使整个密封胶体系交联成弹性体。Si—Oi键能为444kj.mol，远大于紫外线的能量(300nm)398kj.mol，从而为胶体带来优异的耐紫外光、耐久和耐热等多方面的性能。

所述改性硅酮聚合物采用牌号MS Ploymer的改性硅酮。

在一些实施例中，所述稀释剂包括聚醚多元醇、邻苯二甲酸二异癸酯、邻苯二甲酸二异壬酯、邻苯二甲酸二异丁酯和烷基磺酸苯酯中的一种或多种。

由于改性硅酮聚合物本身的柔曲性较好，所以即使相对分子质量较大，仍然保持着较低的粘度，可降低稀释剂的使用量，进一步采用了聚醚多元醇、邻苯二甲酸二异癸酯、邻苯二甲酸二异壬酯、邻苯二甲酸二异丁酯和烷基磺酸苯酯中的一种或多种作为稀释剂，无须添加甲醛、甲苯等溶剂来稀释或增韧，杜绝加工过程中的溶剂污染风险。

在一些实施例中，所述填料包括碳酸钙、炭黑、硅微粉、高岭土、滑石粉和玻璃微珠中的一种或多种。

将触变剂加入人造草坪胶中，能使人造草坪胶在静止时有较高的稠度，在外力作用下又变成低稠度流体的物质，配合树脂本身良好的柔曲性，有利于在施工时让胶体以最大面积包覆住人造草坪的草丝底部和塑料底盘，从而实现良好粘接。

在一些实施例中，所述触变剂包括聚酰胺蜡、气相二氧化硅、蓖麻油和有机膨润土中的一种或多种。更优选地，所述触变剂包括PAMID D680、Crayvallac SL、Crayvallac SLX中的至少一种。

光稳定剂能屏蔽或吸收紫外线的能量，猝灭单线态氧及将氢过氧化物分解成非活性物质等功能，使改性硅酮聚合物在光的辐射下，能排除或减缓光化学反应可能性，阻止或延迟光老化的过程，从而达到延长人造草坪胶使用寿命的目的。

在一些实施例中，所述光稳定剂包括羟基苯基三嗪类、二苯甲酮类、苯并三唑类、水杨酸酯类、受阻胺类光稳定剂中的一种或多种。更优选地，所述光稳定剂为2-(2-羟基-3,5-二丁叔基苯基)-5-氯代苯并三唑。

自由基稳定剂是能够与活性自由基作用，形成可稳定存在的自由基或稳定分子的物质。

在一些实施例中，所述自由基捕捉剂包括碱性受阻胺类自由基捕捉剂，更优选地，所述自由基捕捉剂包括癸二酸双2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酯。

在一些实施例中，所述脱水剂选自含乙烯基团的硅烷。优选地，所述脱水剂选自乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷中的至少一种，采用带有乙烯基的硅烷作为脱水剂，其中硅烷基能够与硅烷封端的聚氧化丙烯反应链接，同时含乙烯基团的硅烷能够较好地去除体系内的微量水分，延长胶体的贮存时间。

在一些实施例中，所述粘附促进剂为N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷，其中γ-氨丙基三乙氧基硅烷用于对填料进行表面改性处理。

发明人通过大量实验发现，用γ-氨丙基三乙氧基硅烷配制成0.5％～2.0％的水溶液，喷涂于填料表面，可对填料进行表面改性，使亲水性变成疏水性，从而进一步胶体的耐水性，在潮湿环境中能有效阻止水分的侵入，达到加强对粘接界面的保护和延长粘接的时效性。

双氨基硅烷可在弱极性的工程塑料PP、PE和无纺布表面实现化学键合，使粘接界面更牢固、更稳定。

在一些实施例中，所述催化剂包括双(乙酰丙酮酸)二丁基锡、二月桂酸二丁基锡、硅酸四乙酯与二(乙酰基氧基)二丁基锡中的一种或多种。

所述催化剂用于促进改性硅酮聚合物的封端硅烷与空气中的水分发生水解和缩合反应，体系最终形成以Si-O-Si为网络交联点，交联点之间为柔性聚醚链段的交联结构。

本发明的另一实施例提供了如上所述的人造草坪胶的制备方法，包括以下操作步骤：

将改性硅酮聚合物、稀释剂、填料、触变剂于80～120℃、0.085～0.095MPa真空度下混合均匀，混合物维持以上混合条件2～6h；

将混合物温度降至50℃以下，加入光稳定剂、自由基捕捉剂、脱水剂、粘附促进剂、催化剂，在惰性气体保护下混合均匀，得到人造草坪胶。

通过上述制备方法制备得到的人造草坪胶具备以下优势：

1、环保性能突出，无甲醛、无三苯、VOC释放几乎接近于0。

2、耐候、耐老化和耐久性能优异，改性硅酮聚醚胶完全适合在户外长期应用，能够满足人造草坪长期使用的要求。

3、耐水解性能优异：使用憎水型原材料和对原材料进行改性，由亲水性变为疏水性，有效隔绝和阻止水分对固化后胶体的侵蚀，避免了胶体因吸收水分发生溶胀，破坏了分子间的交联而造成粘结失效。

4、对PP、PE等弱极性表面的工程塑料能够实现化学键合，保证粘接界面更牢固、更稳定。

5、弹性(流动型)胶体可以对人造草坪的不规则界面实现最大面积的包覆，实现有效粘接的最大化，进一步提高了粘接强度。

以下通过实施例对本发明进行进一步的说明。

实施例1

本实施例用于说明本发明公开的人造草坪胶及其制备方法，包括以下操作步骤：

(1)用γ-氨丙基三乙氧基硅烷配制成0.5％～2.0％的水溶液，喷涂于填料表面，室温下晾干；再于烘箱中烘烤8～12H后备用。

(2)将100质量份的二甲氧基硅烷封端聚氧化丙烯醚、40质量份的邻苯二甲酸二异癸酯、240质量份的碳酸钙、8质量份PAMID D680、2质量份2-(2-羟基-3,5-二丁叔基苯基)-5-氯代苯并三唑、2质量份癸二酸双2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酯于120℃、0.085MPa真空度下混合均匀，并维持以上混合条件4小时。

(3)将步骤(2)得到的混合料的温度降至50℃以下后，加入5质量份乙烯基三甲氧基硅烷、4质量份N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、2.5质量份二月桂酸二丁基锡，得到反应产物，在惰性气体氮气保护下，混合均匀。

(4)物料出釜，密封包装制得一种改性硅酮人造草坪胶成品。

实施例2

本实施例用于说明本发明公开的人造草坪胶及其制备方法，包括以下操作步骤：

(1)步骤同实施例1。

(2)将80质量份的二甲氧基硅烷封端聚氧化丙烯醚、20质量份的三甲氧基硅烷封端聚氧化丙烯醚、50质量份的邻苯二甲酸二异壬酯、60质量份的碳酸钙、140质量份的高岭土、5质量份Crayvallac SL、2质量份2-(2-羟基-3,5-二丁叔基苯基)-5-氯代苯并三唑、2质量份的癸二酸双2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酯于120℃、0.095MPa真空度下混合均匀，并维持以上混合条件4小时。

(3)将步骤(2)得到的混合料的温度降至50℃以下后，加入5质量份乙烯基三甲氧基硅烷、4质量份N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、2.5质量份双(乙酰丙酮酸)二丁基锡，在惰性气体氮气保护下，混合均匀。

(4)物料出釜，密封包装制得一种改性硅酮人造草坪板胶成品。

实施例3

本实施例用于说明本发明公开的人造草坪胶及其制备方法，包括以下操作步骤：

(1)步骤同实施例1。

(2)将80质量份的二甲氧基甲硅烷封端聚氧化丙烯醚、20质量份的三乙氧基甲硅烷封端聚氧化丙烯醚、50质量份的低官能度聚醚多元醇、80质量份的碳酸钙、120质量份的硅微粉、5质量份Crayvallac SL、2质量份2-(2-羟基-3,5-二丁叔基苯基)-5-氯代苯并三唑、2质量份癸二酸双2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酯于120℃、0.085MPa真空度下混合均匀，并维持以上混合条件4小时。

(3)将步骤(2)得到的混合料的温度降至50℃以下后，加入5质量份乙烯基三乙氧基硅烷、4质量份N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、2质量份硅酸四乙酯与二(乙酰基氧基)二丁基锡，得到反应产物，在惰性气体氮气保护气氛下，混合均匀。

(4)物料出釜，密封包装制得一种改性硅酮人造草坪胶成品。

对比例1

本对比例采用现有的一种草坪胶，用于对比说明本发明公开的人造草坪胶及其制备方法，包括以下操作步骤：

1)炼胶；先把4％质量份的天然橡胶切割成小块，然后在炼胶机上炼八遍，切成小片待用；

2)混合；取50％质量份的溶剂倒入反应釜中，然后取步骤1)炼制的天然橡胶投入反应釜中，随后在往反应釜中投入4％质量份的高苯乙烯橡胶，搅拌溶解18小时，反应釜加温到65℃，等反应釜中的橡胶完全溶解后，再投入6％质量份的聚a甲基苯乙烯树脂、3％质量份的醛酮树脂与10％质量份的萜烯树脂；搅拌4小时，等其完全混溶后，在往反应釜中投入1％质量份的白炭黑与0.15％质量份的抗氧化剂，继续搅拌一小时；

3)过滤，将步骤2)制成的溶液进行过滤，得到成品。

性能测试

对上述实施例1～3和对比例1制备得到的人造草坪胶进行外观、表干时间和力学性能的测试：

得到的测试结果填入表1。

表1

从表1的测试结果可以看出，相对于传统人造草坪胶易出现溶胀和光照龟裂的情况，采用本发明提供的制备方法制得的人造草坪胶在浸泡90天后胶体仍具有良好弹性，UV照射300H后表面无龟裂无粉化，具备优异的耐水解性能，和耐紫外、耐气候老化的性能。

同时本申请提供的人造草坪胶力学性能优异，胶体断裂伸长率能够达到400％甚至更高，不仅可以抵消热胀冷缩带来的不同膨胀和收缩率造成的破坏，更为粘接接头在受到外力冲击时能够提供更大的缓冲保护；低粘度弹性胶体也能够对不规则的粘接接头实现良好的包裹，进一步增强了对人造草坪的粘接和附着能力，从而实现优异、耐久的粘接。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种人造草坪胶，其特征在于，包括以下质量组分：

改性硅酮聚合物100份、稀释剂20～100份、填料80～400份、触变剂2～8份、光稳定剂1～2份、自由基捕捉剂1～2份、脱水剂1～4份、粘附促进剂2～5份和催化剂1～3份；

所述改性硅酮聚合物包括二甲氧基硅烷封端聚氧化丙烯、三甲氧基硅烷封端聚氧化丙烯和三乙氧基硅烷封端聚氧化丙烯中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的人造草坪胶，其特征在于，所述稀释剂包括聚醚多元醇、邻苯二甲酸二异癸酯、邻苯二甲酸二异壬酯、邻苯二甲酸二异丁酯和烷基磺酸苯酯中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的人造草坪胶，其特征在于，所述填料包括碳酸钙、白炭黑、硅微粉、高岭土、滑石粉和玻璃微珠中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的人造草坪胶，其特征在于，所述触变剂包括聚酰胺蜡、气相二氧化硅、蓖麻油和有机膨润土中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的人造草坪胶，其特征在于，所述光稳定剂包括羟基苯基三嗪类、二苯甲酮类、苯并三唑类、水杨酸酯类、受阻胺类光稳定剂中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的人造草坪胶，其特征在于，所述自由基捕捉剂包括癸二酸双2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酯。

7.根据权利要求1所述的人造草坪胶，其特征在于，所述脱水剂选自含乙烯基团的硅烷。

8.根据权利要求1所述的人造草坪胶，其特征在于，所述粘附促进剂为N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷，其中γ-氨丙基三乙氧基硅烷用于对填料进行表面改性处理。

9.根据权利要求1所述的人造草坪胶，其特征在于，所述催化剂包括双(乙酰丙酮酸)二丁基锡、二月桂酸二丁基锡、硅酸四乙酯与双(乙酰基氧基)二丁基锡中的一种或多种。

10.如权利要求1～9任意一项所述的人造草坪胶的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：

先用γ-氨丙基三乙氧基硅烷配制成0.5％～2.0％的水溶液，喷涂于填料表面进行润湿，填料用烤箱烘干后备用；

将改性硅酮聚合物、稀释剂、填料、触变剂于80～120℃、0.085～0.095MPa真空度下混合均匀，混合物维持以上混合条件2～4h；

将混合物温度降至50℃以下，加入光稳定剂、自由基捕捉剂、脱水剂、粘附促进剂、催化剂，在惰性气体保护下混合均匀，得到人造草坪胶。