CN110643015A - 高耐磨高强度聚氨酯球场材料及其制备方法和使用方法 - Google Patents

高耐磨高强度聚氨酯球场材料及其制备方法和使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及聚氨酯技术领域，具体涉及一种高耐磨高强度聚氨酯球场材料及其制备方法和使用方法。本发明所述的高耐磨高强度聚氨酯球场材料，包括A组分和B组分，A组分与B组分的质量比为28‑82：100，A组分为聚醚多元醇与交联扩链剂按质量比2～4：1混合的液体；B组分包括聚醚多元醇、异氰酸酯、填料、消泡剂、改性碳纳米管、颜料、分散剂、催化剂；所述聚醚多元醇为数均分子量3000‑6000、官能度2‑3的聚醚多元醇。本发明所述的高耐磨高强度聚氨酯球场材料，摆脱使用面漆，彻底解决了弹性层与面漆层的脱层现象，不仅节省面漆材料，而且省去了不少施工成本，缩短了施工周期；本发明还提供其制备方法和使用方法。

Description

高耐磨高强度聚氨酯球场材料及其制备方法和使用方法
技术领域
本发明涉及聚氨酯技术领域，具体涉及一种高耐磨高强度聚氨酯球场材料及其制备方法和使用方法。
背景技术
聚氨酯球场以其优良的弹性、适中的硬度和球回弹性等物理性能而被广泛应用于室内环保地面铺设和户外的硬地球场铺设，尤其是学校、公园、小区等的户外篮球场、羽毛球场等，也应用于工厂、停车场等领域。
目前，在进行聚氨酯铺装材料的施工时，一般直接在弹性体表面施工水性面漆或者油性面漆，对水性面漆或者油性面漆的粘结力有很高的要求。然而，面漆容易出现粘结力差导致的脱层现象，直接影响场地的使用年限。我们设想研发一种不用施工面漆即可使用的球场材料，这就对材料要求具备较高的强度、耐磨性以及耐老化性等特点。而聚脲材料因其硬度高，弹性差；反应速度快，与基础材料浸润差而容易导致脱层等等原因而很少被用于球场铺设。
因此，研发一种高耐磨、高强度、免施工面漆的聚氨酯球场材料具有很大的实用性和必要性。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高耐磨高强度聚氨酯球场材料，摆脱使用面漆，彻底解决了弹性层与面漆层的脱层现象，不仅节省面漆材料，而且省去了不少施工成本，缩短了施工周期；本发明还提供其制备方法和使用方法。
本发明所述的高耐磨高强度聚氨酯球场材料，为一种双组份聚氨酯材料，包括A组分和B组分，A组分与B组分的质量比为28-82：100，其中，
A组分为聚醚多元醇与交联扩链剂按质量比2～4：1混合的液体；
B组分包括以下重量百分含量的原料：
Figure BDA0002218304630000011
Figure BDA0002218304630000021
所述聚醚多元醇为数均分子量3000-6000、官能度2-3的聚醚多元醇。优选聚醚多元醇牌号为VOANOL NF-927、VOANOL CP-6001、VOANOL 3010，生产厂家为美国陶氏化学公司。
所述A组分中交联扩链剂为MOCA或丙三醇中的一种或两种。
所述B组分中异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯，优选44C，生产厂家为烟台万华化学集团股份有限公司。
所述B组分中填料为目数325-1000的滑石粉，优选河北灵寿县盛乾矿产品加工厂的滑石粉。
所述B组分中消泡剂为有机硅类消泡剂，优选有机硅消泡剂RJ-4040，生产厂家为杭州瑞江新材料技术有限公司。
所述B组分中改性碳纳米管为经过偶联化处理的管径25-45nm，管长25-45μm的工业级碳纳米管，优选深圳纳米港有限公司生产的工业级碳纳米管。所述改性碳纳米管的制备方法为现有技术。
所述B组分中颜料为酞青绿、氧化铁绿或者氧化铁红，优选氧化铁绿5605，生产厂家为河北灵寿县冀路矿产品加工厂。
所述B组分中分散剂为阴离子型润湿分散剂，活性原料为改性聚酯，优选分散剂YCK-2330，生产厂家为上海毅克化学有限公司。
所述B组分中催化剂为无溶剂有机铋催化剂，优选催化剂Kat24、Kat22、Kat0243，生产厂家为深圳市金晟楠化工材料有限公司。
本发明所述的高耐磨高强度聚氨酯球场材料的制备方法，步骤如下：
(1)A组分的制备：将交联扩链剂加入聚醚多元醇中，加热到80-85℃，搅拌10-15min，即得A组分；
(2)B组分的制备：将聚醚多元醇、填料、颜料和分散剂混合，搅拌13-18min，加入异氰酸酯，75-80℃温度下反应2-3h，降温到65-70℃，再加入改性碳纳米管，搅拌18-25min，最后加入催化剂、消泡剂，搅拌18-25min，即得B组分。
本发明所述的高耐磨高强度聚氨酯球场材料的使用方法为：施工时，将所述的高耐磨、高强度聚氨酯球场材料的A组分和B组分混合固化，作为加强层使用，刮涂1遍，或者使用聚脲喷涂设备喷涂1-2遍；从底到面依次为封底层、弹性层(5-6mm)、加强层(3-4mm)、划线。
在施工时，将碳纳米管改性的聚氨酯球场材料施工在弹性层基础面上，因碳纳米管中富含σ碳-碳键，所以具备非常优异的拉伸强度和断裂伸长率，所以也将碳纳米管改性的聚氨酯球场材料的物理性能提升很大一部分。同时在此次配方调变中，通过选择合适的2～3官能度的聚醚多元醇并搭配更多的固化剂(MOCA或丙三醇中的一种或两种。)，使得材料具备较好的物理性能的同时，提升材料耐老化性能。现有技术中，都采用滚涂面漆的模式，在加强层表面施工界面剂再施工面漆，两者之间的作用力弱，因此面漆容易与加强层脱层，而本发明解决了上述问题。
聚氨酯现浇注材料分为单组分固化材料(需要异氰酸根基团与空气中的水蒸气反应固化，也称为湿固化)和多组分固化材料(有双组分或者三组分或者更多组分，固化机理是异氰酸跟组分与聚醚组分在催化剂存在下发生反应固化成型)。本发明与CN201811629870.X(一种碳纳米管改性聚氨酯界面剂及其制备方法和使用方法)不一样，用途不一样，且本发明为双组分材料。另外，CN201811629870.X(一种碳纳米管改性聚氨酯界面剂及其制备方法和使用方法)是界面剂用在加强层与水性面漆之间，而本发明制备的聚氨酯球场材料是加强层，且产品的性能和耐老化足够高，不需要界面剂和水性面漆材料，这是它的创新所在，且目前绝大部分球场的施工模式还是传统经典的弹性层+界面剂+水性面漆。
经过偶联化处理的改性碳纳米管，与聚氨酯中的氧原子起键合作用，提高分子键合力，同时，碳纳米管通过分散剂均匀地分布在高分子链的空隙中，能够增强材料的强度、韧性和延展性；另外，碳纳米管的量子尺寸和宏观量子隧道效应使其产生淤渗作用，可以深入到聚氨酯分子链的不饱和键附近，并和不饱和键的电子云发生作用，从而达到提高产品的耐老化性能的目的。再加上原材料选择上多选择官能度高的原料，从而可以提高材料性能的同时提升了材料的耐老化性能。
在聚氨酯球场材料的实际应用中，根据原料组分中聚醚多元醇、交联扩链剂的种类选择和用量变化，产品硬度、粘度和强度等都会受影响。使实际施工时，可根据场地弹性层具体情况，在上述公开范围内合理选择具体的聚醚多元醇、交联扩链剂种类和用量，以获得最佳的施工效果。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
(1)所述的聚氨酯球场材料在生产和使用时不添加任何溶剂，通过配方设计，合理的聚醚多元醇、异氰酸酯、交联扩链剂的选择和搭配，制备出粘度适中材料，适用于不同场地需求；
(2)本发明在聚氨酯球场材料中加入改性碳纳米管，使材料中具有高强度碳-碳σ键的均匀分布，改善了材料骨架结构，从而提高材料拉伸强度、韧性、耐老化性等物理性能，使本材料施工时不再施工面漆即可直接使用，且产品具备更佳的长期使用性。
(3)本发明使用双组分原料，在施工时可以一次施工5mm以上，方便施工，缩短施工周期，且本材料施工时不再施工界面剂层和面漆层即可直接划线使用，节省了施工材料，再次缩短了施工周期。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不仅限于此。
实施例1
(1)制备改性碳纳米管：将碳纳米管置于浓硝酸中，30℃温度下浸泡6h，取出清洗至中性；再置于硅烷偶联剂KH-560中，60℃温度下搅拌2h，清洗并干燥，即得改性碳纳米管。
(2)制备聚氨酯球场材料B组分：将35kg聚醚多元醇VOANOL CP-6001、14kg325目滑石粉、8kg氧化铁绿5605和2kg分散剂YCK-2330投入反应釜中混合，以800r/min转速搅拌13min，加入35kg44C，以800r/min转速继续搅拌，在75℃温度下反应3h，取样检测-NCO含量为10.29合格后，降温到65℃，再加入3kg改性碳纳米管，以800r/min转速搅拌18min，最后加入1kg有机铋催化剂Kat22、2kg消泡剂RJ-4040，以1800r/min转速搅拌25min，即得碳纳米管改性聚氨酯球场材料B组分。
(3)制备聚氨酯球场材料A组分：将36kg聚醚多元醇VOANOL CP-6001、18Kg的MOCA混合均匀，升温至85℃，搅拌状态下保温10min，即得聚氨酯球场材料A组分。
(4)施工：场地施工从底到面依次为封底层、弹性层(5mm)、加强层(4mm)、划线。此材料作为加强层使用，A：B质量比为82：100，混合后搅拌均匀，刮涂1遍，固化后直接划线即可。
实施例2
(1)制备改性碳纳米管：将碳纳米管置于浓硝酸中，30℃温度下浸泡6h，取出清洗至中性；再置于硅烷偶联剂KH-560中，60℃温度下搅拌2h，清洗并干燥，即得改性碳纳米管。
(2)制备聚氨酯球场材料B组分：将37kg聚醚多元醇VOANOL 3010、30kg600目滑石粉、3kg酞青绿5605和1kg分散剂YCK-2330投入反应釜中混合，以800r/min转速搅拌15min，加入25kg44C，以800r/min转速继续搅拌，在80℃温度下反应2h，取样检测-NCO含量为7.623合格后，降温到70℃，再加入2.5kg改性碳纳米管，以800r/min转速搅拌20min，最后加入0.5kg有机铋催化剂Kat22、1kg消泡剂RJ-4040，以1800r/min转速搅拌20min，即得碳纳米管改性聚氨酯球场材料B组分。
(3)制备聚氨酯球场材料A组分：将46.5kg聚醚多元醇VOANOL 3010、15.5Kg的MOCA混合均匀，升温至85℃，搅拌状态下保温10min，即得聚氨酯球场材料A组分。
(4)施工：场地施工从底到面依次为封底层、弹性层(6mm)、加强层(3mm)、划线。此材料作为加强层使用，A：B质量比为62：100，直接用聚脲喷涂设备，喷涂1遍，固化后直接划线即可。
实施例3
(1)制备改性碳纳米管：将碳纳米管置于浓硝酸中，30℃温度下浸泡6h，取出清洗至中性；再置于硅烷偶联剂KH-560中，60℃温度下搅拌2h，清洗并干燥，即得改性碳纳米管。
(2)制备聚氨酯球场材料B组分：将45kg聚醚多元醇VOANOL NF-927、9kg1000目滑石粉、6.5kg氧化铁红5605和1.5kg分散剂YCK-2330投入反应釜中混合，以800r/min转速搅拌18min，加入33kg44C，以800r/min转速继续搅拌，在78℃温度下反应2.5h，取样检测-NCO含量为10.143合格后，降温到68℃，再加入2.7kg改性碳纳米管，以800r/min转速搅拌25min，最后加入0.8kg有机铋催化剂Kat22、1.5kg消泡剂RJ-4040，以1800r/min转速搅拌18min，即得碳纳米管改性聚氨酯球场材料B组分。
(3)制备聚氨酯球场材料A组分：将61.5kg聚醚多元醇VOANOL NF-927、20.5Kg的丙三醇混合均匀，升温至85℃，搅拌状态下保温10min，即得聚氨酯球场材料A组分。
(4)施工：场地施工从底到面依次为封底层、弹性层(5.5mm)、加强层(3.5mm)、划线。此材料作为加强层使用，A：B质量比为28：100，混合后搅拌均匀，刮涂1遍，固化后直接划线即可。
对比例1
(1)制备改性碳纳米管：将碳纳米管置于浓硝酸中，30℃温度下浸泡6h，取出清洗至中性；再置于硅烷偶联剂KH-560中，60℃温度下搅拌2h，清洗并干燥，即得改性碳纳米管。
(2)制备聚氨酯球场材料B组分：将35kg聚醚多元醇VOANOL CP-6001、14kg325目滑石粉、8kg氧化铁绿5605和2kg分散剂YCK-2330投入反应釜中混合，以800r/min转速搅拌13min，加入35kg44C，以800r/min转速继续搅拌，在75℃温度下反应3h，取样检测-NCO含量为10.29合格后，降温到65℃，加入1kg有机铋催化剂Kat22、2kg消泡剂RJ-4040，以1800r/min转速搅拌25min，即得聚氨酯球场材料B组分。
(3)制备聚氨酯球场材料A组分：将36kg聚醚多元醇VOANOL CP-6001、18Kg的MOCA混合均匀，升温至85℃，搅拌状态下保温10min，即得聚氨酯球场材料A组分。
(4)施工：场地施工从底到面依次为封底层、弹性层(5mm)、加强层(4mm)、划线。此材料作为加强层使用，A：B质量比为82：100，混合后搅拌均匀，刮涂1遍，固化后直接划线即可。
对比例2
施工：场地施工从底到面依次为封底层、弹性层(5mm)、加强层(4mm)、划线。其中加强层为普通聚氨酯球场材料。
将实施例1-3和对比例1-2的产品性能和施工效果进行测试，其中拉伸强度和断裂伸长率测试设备采用济南中路昌试验机有限公司的伺服万能试验机WAW-100B，耐老化测试设备采用美国Q-Lab公司的Q-SUN Xe-1型氙灯耐老化实验箱，测试结果如表1所示。
表1实施例1-3和对比例1-2的产品性能和施工效果测试结果
从表1可以看出，与对比例1相比，改性碳纳米管的引入提高了聚氨酯球场材料的拉伸强度、韧性、耐磨性和耐老化性能；与对比例2相比，在施工时使用碳纳米管改性的聚氨酯球场材料，大大提高了聚氨酯球场材料的拉伸强度、韧性、耐磨性和耐老化性能，同时施工时节省了界面剂和水性面漆的材料费用和施工费用。

Claims (10)

1.一种高耐磨高强度聚氨酯球场材料，其特征在于：包括A组分和B组分，A组分与B组分的质量比为28-82：100，其中，
A组分为聚醚多元醇与交联扩链剂按质量比2～4：1混合的液体；
B组分包括以下重量百分含量的原料：
Figure FDA0002218304620000011
所述聚醚多元醇为数均分子量3000-6000、官能度2-3的聚醚多元醇。
2.根据权利要求1所述的高耐磨高强度聚氨酯球场材料，其特征在于：A组分中交联扩链剂为MOCA或丙三醇中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的高耐磨高强度聚氨酯球场材料，其特征在于：B组分中异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯。
4.根据权利要求1所述的高耐磨高强度聚氨酯球场材料，其特征在于：B组分中填料为目数325-1000的滑石粉。
5.根据权利要求1所述的高耐磨高强度聚氨酯球场材料，其特征在于：B组分中消泡剂为有机硅类消泡剂。
6.根据权利要求1所述的高耐磨高强度聚氨酯球场材料，其特征在于：B组分中改性碳纳米管为经过偶联化处理的管径25-45nm，管长25-45μm的工业级碳纳米管。
7.根据权利要求1所述的高耐磨高强度聚氨酯球场材料，其特征在于：B组分中颜料为酞青绿、氧化铁绿或氧化铁红。
8.根据权利要求1所述的高耐磨高强度聚氨酯球场材料，其特征在于：B组分中分散剂为阴离子型润湿分散剂；催化剂为有机铋催化剂。
9.一种权利要求1-8任一所述的高耐磨高强度聚氨酯球场材料的制备方法，其特征在于：步骤如下：
(1)A组分的制备：将交联扩链剂加入聚醚多元醇中，加热到80-85℃，搅拌10-15min，即得A组分；
(2)B组分的制备：将聚醚多元醇、填料、颜料和分散剂混合，搅拌13-18min，加入异氰酸酯，75-80℃温度下反应2-3h，降温到65-70℃，再加入改性碳纳米管，搅拌18-25min，最后加入催化剂、消泡剂，搅拌18-25min，即得B组分。
10.一种权利要求1-8任一所述的高耐磨高强度聚氨酯球场材料的使用方法，其特征在于：施工时，将所述的高耐磨、高强度聚氨酯球场材料的A组分和B组分混合固化，作为加强层使用，刮涂1遍，或者使用喷涂设备喷涂1-2遍；从底到面依次为封底层、弹性层、加强层、划线。
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