CN110628140A - 一种耐磨跑道颗粒材料及其制备方法 - Google Patents

一种耐磨跑道颗粒材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐磨跑道颗粒材料及其制备方法，原料组成按重量份数计：橡塑弹性体100份、耐磨助剂5‑10份、环烷油5‑12份、超细白炭黑5‑10份、熟石灰3‑5份、硬脂酸锌1‑2份、高岭土80‑100份、塑胶色粉0.5份。本发明制得的耐磨跑道颗粒材料具有耐磨、耐老化、力学性能好等优良特性，应用前景广阔，市场需求巨大。

Description

一种耐磨跑道颗粒材料及其制备方法
技术领域
本发明属于塑胶跑道技术领域，具体涉及一种改耐磨跑道颗粒材料及其制备方法。
背景技术
塑胶跑道是现代田径场地中不可缺少的重要设施，已被国际奥委会定为国际比赛场地的必备条件之一。与传统的土质跑道相比，它具有良好的弹性、防滑性、耐磨性、吸震性，场地护理容易、色彩鲜明、美观整齐。鉴于上述优点，塑胶跑道问世不久即迅速被各田径场地所采用。然而跑道颗粒属于不耐磨材料，在使用的过程中易产生磨损，大大降低其使用寿命，因此对跑道颗粒进行耐磨方面的功能化改性势在必行。
纳米碳酸钙通常是指颗粒粒径为纳米级的碳酸钙粒子，其形状多样，粒径在100-200nm，可以产生纳米效应。与普通碳酸钙相比，纳米碳酸钙具有优异的分散性、流平性、透明性和补强性，经过活化或改性后，其与高聚物基体可以产生较强的界面粘结力，从而提升聚合物基体的加工性能、力学性能和耐热性。
石墨烯是一种二维片层状碳质材料，是碳原子在同一平面上以六角蜂窝形紧密堆积而成的。经过氧化处理后，氧化石墨仍保持石墨的层状结构，但在每一层的石墨烯单片上引入了许多氧基功能团。它的独特结构使其具有具有强度高，比表面积大，高化学反应活性，高填充性的特点，可以很好地提升体系的耐磨性等力学性能。
金属纤维由于其独特的优异性能如良好的导电性、导热性、耐磨性以及强度高、弹性模量高等优点而迅速发展，得到广泛的应用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术不足，提供一种耐磨跑道颗粒材料及其制备方法。本发明制得的耐磨跑道颗粒材料，具有良好的耐磨性、加工性能和力学性能，而且节约了成本，应用前景广阔。
为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种耐磨跑道颗粒材料，原料组成按重量份数计为：橡塑弹性体100份、耐磨助剂5-10份、环烷油5-12份、超细白炭黑5-10份、熟石灰3-5份、硬脂酸锌1-2份、高岭土80-100份、塑胶色粉0.5份。
所述的橡塑弹性体为：聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐（SEBS-MAH）、聚乙烯、聚丙烯、三元乙丙橡胶（EPDM）、乙烯醋酸乙烯共聚物（EVA）、聚乙烯接枝马来酸酐、热塑性聚氨酯中的一种或几种的共混物。
所述的聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐（SEBS-MAH）接枝率为1.2%。所述的聚乙烯接枝马来酸酐接枝率为1.2%。所述的乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯酯基体的含量13wt%-18wt%。
所述的耐磨助剂的制备方法：a、按照重量份称取纳米碳酸钙20-30份，氧化石墨烯3-5份，黄铜纤维1-2份，钛酸酯偶联剂1份；b、将纳米碳酸钙与适量去离子水混合制成浆料，升温至80℃搅拌均匀，然后加入钛酸酯偶联剂保持温度不变，搅拌1h后抽滤烘干研磨得到改性纳米碳酸钙；c、将上述改性纳米碳酸钙与氧化石墨烯和黄铜纤维放入高速混合机搅拌混合均匀即得。
所述的氧化石墨烯由Hummers法制得。所述的钛酸酯偶联剂为TMC-101、TMC-201、TMC-105、TMC-311W、TWC-TTS中的一种或几种。所述的黄铜纤维长度为1-3mm，直径为0.1-0.15mm。
上述的耐磨跑道颗粒材料的制备方法如下：
1）按照配方的要求称取各种所需材料；
2）将聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐（SEBS-MAH）倒入高速混合机中，同时倒入环烷油，在50℃条件下搅拌充油20-30min，转速设置为200-300r/min。
3）将剩余的步骤1）中称好的材料倒入高速混合机中，继续混合20-30min。
4）将混合好的物料转移到双螺杆挤出机中，各区温度为180℃到200℃，转速为400-600r/min，挤出造粒得到改性聚磷酸铵/改性氧化石墨烯阻燃跑道颗粒材料。
本发明选用纳米级碳酸钙，同时用钛酸酯偶联剂对其进行改性，大大提高了它分散性。同时加入氧化石墨烯和黄铜纤维这两种有着优异力学性能、耐磨性能的材料组成耐磨助剂，可以明显提升体系的耐磨性及力学性能。
本发明的有益效果在于：本发明制得的耐磨跑道颗粒材料耐磨性能优异，具有良好的加工性能和力学性能，应用前景广阔，市场需求巨大。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
实施例1
一种制备耐磨跑道颗粒材料的方法，具体步骤为：
1）按照重量份称取纳米碳酸钙20份，氧化石墨烯3份，黄铜纤维1份，钛酸酯偶联剂TMC-201 1份。
2）将纳米碳酸钙与适量去离子水混合制成浆料，升温至80℃搅拌均匀，然后加入钛酸酯偶联剂保持温度不变，搅拌1h后抽滤烘干研磨得到改性纳米碳酸钙。
3）将上述改性纳米碳酸钙与氧化石墨烯和黄铜纤维放入高速混合机搅拌混合均匀，得到耐磨助剂。
4）按重量份称取聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐（SEBS-MAH）20份、热塑性聚氨酯20份、三元乙丙橡胶（EPDM）40份、聚乙烯接枝马来酸酐10份、聚丙烯10份、耐磨助剂6份、环烷油12份、超细白炭黑5份、熟石灰3份、硬脂酸锌2份、高岭土80份、塑胶色粉0.5份。
5）将聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐（SEBS-MAH）倒入高速混合机中，同时倒入环烷油，在50℃条件下搅拌充油30min，转速设置为200r/min。
6）将剩余的步骤4）中称好的材料倒入高速混合机中，继续混合30min。
7）将混合好的物料转移到双螺杆挤出机中，各区温度为180℃到200℃，转速为600r/min，挤出造粒得到耐磨跑道颗粒材料。
实施例2
一种制备耐磨跑道颗粒材料的方法，具体步骤为：
1）按照重量份称取纳米碳酸钙22份，氧化石墨烯3份，黄铜纤维1份，钛酸酯偶联剂TMC-201 1份。
2）将纳米碳酸钙与适量去离子水混合制成浆料，升温至80℃搅拌均匀，然后加入钛酸酯偶联剂保持温度不变，搅拌1h后抽滤烘干研磨得到改性纳米碳酸钙。
3）将上述改性纳米碳酸钙与氧化石墨烯和黄铜纤维放入高速混合机搅拌混合均匀，得到耐磨助剂。
4）按重量份称取聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐（SEBS-MAH）20份、热塑性聚氨酯20份、三元乙丙橡胶（EPDM）40份、聚乙烯接枝马来酸酐10份、聚丙烯10份、耐磨助剂7份、环烷油12份、超细白炭黑5份、熟石灰3份、硬脂酸锌2份、高岭土80份、塑胶色粉0.5份。
5）将聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐（SEBS-MAH）倒入高速混合机中，同时倒入环烷油，在50℃条件下搅拌充油30min，转速设置为200r/min。
6）将剩余的步骤4）中称好的材料倒入高速混合机中，继续混合30min。
7）将混合好的物料转移到双螺杆挤出机中，各区温度为180℃到200℃，转速为600r/min，挤出造粒得到耐磨跑道颗粒材料。
实施例3
一种制备耐磨跑道颗粒材料的方法，具体步骤为：
1）按照重量份称取纳米碳酸钙24份，氧化石墨烯4份，黄铜纤维1份，钛酸酯偶联剂TMC-201 1份。
2）将纳米碳酸钙与适量去离子水混合制成浆料，升温至80℃搅拌均匀，然后加入钛酸酯偶联剂保持温度不变，搅拌1h后抽滤烘干研磨得到改性纳米碳酸钙。
3）将上述改性纳米碳酸钙与氧化石墨烯和黄铜纤维放入高速混合机搅拌混合均匀，得到耐磨助剂。
4）按重量份称取聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐（SEBS-MAH）20份、热塑性聚氨酯20份、三元乙丙橡胶（EPDM）40份、聚乙烯接枝马来酸酐10份、聚丙烯10份、耐磨助剂8份、环烷油12份、超细白炭黑5份、熟石灰3份、硬脂酸锌2份、高岭土80份、塑胶色粉0.5份。
5）将聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐（SEBS-MAH）倒入高速混合机中，同时倒入环烷油，在50℃条件下搅拌充油30min，转速设置为200r/min。
6）将剩余的步骤4）中称好的材料倒入高速混合机中，继续混合30min。
7）将混合好的物料转移到双螺杆挤出机中，各区温度为180℃到200℃，转速为600r/min，挤出造粒得到耐磨跑道颗粒材料。
实施例4
一种制备耐磨跑道颗粒材料的方法，具体步骤为：
1）按照重量份称取纳米碳酸钙28份，氧化石墨烯4份，黄铜纤维1份，钛酸酯偶联剂TMC-201 1份。
2）将纳米碳酸钙与适量去离子水混合制成浆料，升温至80℃搅拌均匀，然后加入钛酸酯偶联剂保持温度不变，搅拌1h后抽滤烘干研磨得到改性纳米碳酸钙。
3）将上述改性纳米碳酸钙与氧化石墨烯和黄铜纤维放入高速混合机搅拌混合均匀，得到耐磨助剂。
4）按重量份称取聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐（SEBS-MAH）20份、热塑性聚氨酯20份、三元乙丙橡胶（EPDM）40份、聚乙烯接枝马来酸酐10份、聚丙烯10份、耐磨助剂9份、环烷油12份、超细白炭黑5份、熟石灰3份、硬脂酸锌2份、高岭土80份、塑胶色粉0.5份。
5）将聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐（SEBS-MAH）倒入高速混合机中，同时倒入环烷油，在50℃条件下搅拌充油30min，转速设置为200r/min。
6）将剩余的步骤4）中称好的材料倒入高速混合机中，继续混合30min。
7）将混合好的物料转移到双螺杆挤出机中，各区温度为180℃到200℃，转速为600r/min，挤出造粒得到耐磨跑道颗粒材料。
实施例5
一种制备耐磨跑道颗粒材料的方法，具体步骤为：
1）按照重量份称取纳米碳酸钙30份，氧化石墨烯5份，黄铜纤维2份，钛酸酯偶联剂TMC-201 1份。
2）将纳米碳酸钙与适量去离子水混合制成浆料，升温至80℃搅拌均匀，然后加入钛酸酯偶联剂保持温度不变，搅拌1h后抽滤烘干研磨得到改性纳米碳酸钙。
3）将上述改性纳米碳酸钙与氧化石墨烯和黄铜纤维放入高速混合机搅拌混合均匀，得到耐磨助剂。
4）按重量份称取聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐（SEBS-MAH）20份、热塑性聚氨酯20份、三元乙丙橡胶（EPDM）40份、聚乙烯接枝马来酸酐10份、聚丙烯10份、耐磨助剂10份、环烷油12份、超细白炭黑5份、熟石灰3份、硬脂酸锌2份、高岭土80份、塑胶色粉0.5份。
5）将聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐（SEBS-MAH）倒入高速混合机中，同时倒入环烷油，在50℃条件下搅拌充油30min，转速设置为200r/min。
6）将剩余的步骤4）中称好的材料倒入高速混合机中，继续混合30min。
7）将混合好的物料转移到双螺杆挤出机中，各区温度为180℃到200℃，转速为600r/min，挤出造粒得到耐磨跑道颗粒材料。
对比例1
1）按重量份称取聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐（SEBS-MAH）20份、热塑性聚氨酯20份、三元乙丙橡胶（EPDM）40份、聚乙烯接枝马来酸酐10份、聚丙烯10份、环烷油12份、超细白炭黑5份、熟石灰3份、硬脂酸锌2份、高岭土80份、塑胶色粉0.5份。
2）将聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐（SEBS-MAH）倒入高速混合机中，同时倒入环烷油，在50℃条件下搅拌充油30min，转速设置为200r/min。
3）将剩余的步骤1）中称好的材料倒入高速混合机中，继续混合30min。
4）将混合好的物料转移到双螺杆挤出机中，各区温度为180℃到200℃，转速为600r/min，挤出造粒得到一种跑道颗粒材料。
对比例2
1）按重量份称取聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐（SEBS-MAH）20份、热塑性聚氨酯20份、三元乙丙橡胶（EPDM）40份、聚乙烯接枝马来酸酐10份、聚丙烯10份、氧化石墨烯8份、环烷油12份、超细白炭黑5份、熟石灰3份、硬脂酸锌2份、高岭土80份、塑胶色粉0.5份。
2）将聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐（SEBS-MAH）倒入高速混合机中，同时倒入环烷油，在50℃条件下搅拌充油30min，转速设置为200r/min。
3）将剩余的步骤1）中称好的材料倒入高速混合机中，继续混合30min。
4）将混合好的物料转移到双螺杆挤出机中，各区温度为180℃到200℃，转速为600r/min，挤出造粒得到一种跑道颗粒材料。
对比例3
1）按重量份称取聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐（SEBS-MAH）20份、热塑性聚氨酯20份、三元乙丙橡胶（EPDM）40份、聚乙烯接枝马来酸酐10份、聚丙烯10份、氧化石墨烯10份、环烷油12份、超细白炭黑5份、熟石灰3份、硬脂酸锌2份、高岭土80份、塑胶色粉0.5份。
2）将聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐（SEBS-MAH）倒入高速混合机中，同时倒入环烷油，在50℃条件下搅拌充油30min，转速设置为200r/min。
3）将剩余的步骤1）中称好的材料倒入高速混合机中，继续混合30min。
4）将混合好的物料转移到双螺杆挤出机中，各区温度为180℃到200℃，转速为600r/min，挤出造粒得到一种跑道颗粒材料。
对比例4
1）按重量份称取聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐（SEBS-MAH）20份、热塑性聚氨酯20份、三元乙丙橡胶（EPDM）40份、聚乙烯接枝马来酸酐10份、聚丙烯10份、纳米碳酸钙8份、环烷油12份、超细白炭黑5份、熟石灰3份、硬脂酸锌2份、高岭土80份、塑胶色粉0.5份。
2）将聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐（SEBS-MAH）倒入高速混合机中，同时倒入环烷油，在50℃条件下搅拌充油30min，转速设置为200r/min。
3）将剩余的步骤1）中称好的材料倒入高速混合机中，继续混合30min。
4）将混合好的物料转移到双螺杆挤出机中，各区温度为180℃到200℃，转速为600r/min，挤出造粒得到一种跑道颗粒材料。
对比例5
1）按重量份称取聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐（SEBS-MAH）20份、热塑性聚氨酯20份、三元乙丙橡胶（EPDM）40份、聚乙烯接枝马来酸酐10份、聚丙烯10份、纳米碳酸钙10份、环烷油12份、超细白炭黑5份、熟石灰3份、硬脂酸锌2份、高岭土80份、塑胶色粉0.5份。
2）将聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐（SEBS-MAH）倒入高速混合机中，同时倒入环烷油，在50℃条件下搅拌充油30min，转速设置为200r/min。
3）将剩余的步骤1）中称好的材料倒入高速混合机中，继续混合30min。
4）将混合好的物料转移到双螺杆挤出机中，各区温度为180℃到200℃，转速为600r/min，挤出造粒得到一种跑道颗粒材料。
对比例6
1）按重量份称取聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐（SEBS-MAH）20份、热塑性聚氨酯20份、三元乙丙橡胶（EPDM）40份、聚乙烯接枝马来酸酐10份、聚丙烯10份、黄铜纤维8份、环烷油12份、超细白炭黑5份、熟石灰3份、硬脂酸锌2份、高岭土80份、塑胶色粉0.5份。
2）将聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐（SEBS-MAH）倒入高速混合机中，同时倒入环烷油，在50℃条件下搅拌充油30min，转速设置为200r/min。
3）将剩余的步骤1）中称好的材料倒入高速混合机中，继续混合30min。
4）将混合好的物料转移到双螺杆挤出机中，各区温度为180℃到200℃，转速为600r/min，挤出造粒得到一种跑道颗粒材料。
对比例7
1）按重量份称取聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐（SEBS-MAH）20份、热塑性聚氨酯20份、三元乙丙橡胶（EPDM）40份、聚乙烯接枝马来酸酐10份、聚丙烯10份、黄铜纤维10份、环烷油12份、超细白炭黑5份、熟石灰3份、硬脂酸锌2份、高岭土80份、塑胶色粉0.5份。
2）将聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐（SEBS-MAH）倒入高速混合机中，同时倒入环烷油，在50℃条件下搅拌充油30min，转速设置为200r/min。
3）将剩余的步骤1）中称好的材料倒入高速混合机中，继续混合30min。
4）将混合好的物料转移到双螺杆挤出机中，各区温度为180℃到200℃，转速为600r/min，挤出造粒得到一种跑道颗粒材料。
性能测试
表1为耐磨跑道颗粒材料的相关测试数据，从表中可以看出，与不添加耐磨助剂的实施例1或仅添加单一耐磨助剂的对比例2-7相比，本发明制得的耐磨跑道颗粒材料耐磨性能明显提高，当添加量为10份时，磨耗量仅为38mg明显优于对比例的64-72mg，且拉伸强度也有很大提升，可见将纳米碳酸钙、氧化石墨烯和黄铜纤维复配，协同增效作用明显。
表1 耐磨跑道颗粒材料数据
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种耐磨跑道颗粒材料，其特征在于：原料组成按重量份数计：橡塑弹性体100份、耐磨助剂5-10份、环烷油5-12份、超细白炭黑5-10份、熟石灰3-5份、硬脂酸锌1-2份、高岭土80-100份、塑胶色粉0.5份。
2.根据权利要求1所述的耐磨跑道颗粒材料，其特征在于：所述的橡塑弹性体为：聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐、聚乙烯、聚丙烯、三元乙丙橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯接枝马来酸酐、热塑性聚氨酯中的一种或几种的共混物。
3.根据权利要求2所述的耐磨跑道颗粒材料，其特征在于：所述的聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐的接枝率为1.2%，所述的聚乙烯接枝马来酸酐的接枝率为1.2%，所述的乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯酯基体的含量13-18wt%。
4.根据权利要求1所述的耐磨跑道颗粒材料，其特征在于：所述的耐磨助剂的制备方法如下：
1）按重量份数计：纳米碳酸钙20-30份、氧化石墨烯3-5份、黄铜纤维1-2份、钛酸酯偶联剂1份；
2）将纳米碳酸钙与去离子水混合制成浆料，升温至80℃搅拌均匀，然后加入钛酸酯偶联剂，80℃搅拌1h，抽滤、烘干、研磨，得到改性纳米碳酸钙；
3）将改性纳米碳酸钙、氧化石墨烯和黄铜纤维搅拌混合均匀，得到耐磨助剂。
5.根据权利要求4所述的耐磨跑道颗粒材料，其特征在于：所述的氧化石墨烯由Hummers法制得，所述的钛酸酯偶联剂为TMC-101、TMC-201、TMC-105、TMC-311W、TWC-TTS中的一种或几种，所述的黄铜纤维长度为1-3mm，直径为0.1-0.15mm。
6.一种制备如权利要求1所述的耐磨跑道颗粒材料的方法，其特征在于：具体步骤如下：
1）在高速混合机中加入橡塑弹性体和环烷油，50℃搅拌充油20-30min，转速为200-300r/min；
2）加入其余的原料，继续混合20-30min；
3）将混合好的物料转移到双螺杆挤出机中，各区温度为180℃到200℃，转速为400-600r/min，挤出造粒得到耐磨跑道颗粒材料。
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