CN114015002A - 环保无卤高性能聚氨酯地面材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于聚氨酯制品技术领域，具体涉及一种环保无卤高性能聚氨酯地面材料及其制备方法。由A组分与B组分组成，A组分与B组分的质量比为100：45‑100；其中，以重量百分数计，A组分为固化剂，原料组成为：扩链剂15‑30％；聚醚多元醇44‑74.8％；阻燃剂10‑25％；催化剂0.1‑0.5％；抗老化剂0.1‑0.5％；B组分为预聚物，原料组成为：聚醚多元醇10‑30％；二异氰酸酯28‑45％；阻燃剂25‑62％。本发明提供了一种环保、无卤、阻燃的高性能聚氨酯弹性体地面材料，具有优异的阻燃性能、力学性能，并且环保无卤素；其制备方法简单，产品混合粘度小，便于操作，成型速度快、成品性能高。
Description
技术领域
本发明属于聚氨酯制品技术领域，具体涉及一种环保无卤高性能聚氨酯地面材料及其制备方法。
背景技术
常见的地面材料可以分为：混凝土、瓷砖、木地板、环氧地坪、聚氨酯地坪等。混凝土地坪多用在普通室外道路地坪，木地板地坪和瓷砖地坪不适合工业地坪比较适合家居。环氧地坪整体易清洁，防水、防霉、高度耐磨，耐一定程度的化学药品腐蚀。但是环氧材料易脆，弹性差，耐候性差，抗紫外线能力较差，不能长期应用于室外，经济性较差。
聚氨酯地坪原料环保无污染，耐高低温性能良好，粘结力强，拉伸强度高，弹性好，耐腐蚀，耐霉变，防水性能良好。但聚氨酯链段中含有大量的碳氢键，遇到明火会持续燃烧，离火不自熄，必须添加合适的阻燃剂才能达到要求。卤素阻燃剂不仅与高分子材料的兼容性较好，而且使用方便，但是，相关机构研究表明，含卤素的阻燃材料废弃着火燃烧时，发烟量大，有高毒性气体产生，致癌，这也是欧盟发布禁令迫使卤系阻燃剂退出市场的原因。
中国专利CN102964562 A公开了一种用于军舰地面铺设的聚氨酯弹性体组合料及其制备方法，该组合料甲组份由阻燃型聚合物多元醇、阻燃剂、交联剂、催化剂、抗氧剂、增稠剂、颜料、消泡剂和杀菌防霉剂组成，乙组分由阻燃型聚合物多元醇、异氰酸酯和增塑剂组成，该发明解决了阻燃剂易迁移导致阻燃效果不能恒久的问题，但是该发明中阻燃剂使用了阻燃型四溴苯酐二醇酯，该阻燃剂含有卤素，着火燃烧时，发烟量大，释放高毒性气体，增塑剂使用了邻苯二甲酸二辛酯，科学研究发现邻苯二甲酸酯类增塑剂有生殖和发育毒性，甚至具有致癌性。
随着科技的发展以及人们环保意识的增强，地面材料正向着低VOC、绿色环保方向发展，特别是我国体育事业的蓬勃发展为环保型地面材料提供了大量的市场需求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种环保无卤高性能聚氨酯地面材料，该材料具有优异的阻燃性能、力学性能，并且环保无卤素；本发明还提供其制备方法，产品混合粘度小，便于操作，成型速度快、成品性能高。
本发明所述的环保无卤高性能聚氨酯地面材料，由A组分与B组分组成，A组分与B组分的质量比为100：45-100；其中，以重量百分数计，
A组分为固化剂，原料组成为：
扩链剂15-30％；
聚醚多元醇44-74.8％；
阻燃剂10-25％；
催化剂0.1-0.5％；
抗老化剂0.1-0.5％；
B组分为预聚物，原料组成为：
聚醚多元醇10-30％；
二异氰酸酯28-45％；
阻燃剂25-62％。
其中：
所述的扩链剂为聚天冬氨酸酯JH-8122、JH-8142或JH-8152中的一种或几种，胺值为190-220，当量为200-300，由骏和化工有限公司生产。
所述的聚醚多元醇数均分子量为1000-5000，官能度为2-3。优选为DL-1000D、DL-2000D、MN3050、EP-330NG或EP-3600中的一种或几种，所述牌号聚醚均由山东蓝星东大有限公司生产。
所述的阻燃剂为磷酸三异丙基苯酯，优选张家港雅瑞化工有限公司生产的阻燃剂IPPP50。
所述的催化剂为锡类催化剂，优选广州优润合成材料有限公司生产的催化剂GF-02。
所述的抗老化剂为1076、770、292或UV-1中的一种或几种。
所述的二异氰酸酯为MDI-50、MDI-100、碳化二亚胺改性MDI、HMDI或IPDI中的一种或几种。
本发明所述的环保无卤高性能聚氨酯地面材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)A组分的制备：将扩链剂、聚醚多元醇、阻燃剂、催化剂和抗老化剂混合后，在100-110℃，-0.095MPa以下真空脱水，得到A组分；
(2)B组分的制备：将聚醚多元醇、二异氰酸酯和阻燃剂混合后，在75-90℃下反应制得异氰酸根NCO含量为7-13.5％的预聚物，得到B组分；
(3)使用时，将A、B组分混合均匀后，浇至处理好的地面上，常温固化，得到环保无卤高性能的聚氨酯地面材料。
步骤(1)中，真空脱水至水分小于0.03％。
步骤(3)中，所述的混合温度为25-35℃。
聚氨酯产业中的常用的阻燃剂磷酸三(2-氯丙基)酯(TCPP)含有大量卤素，本发明采用磷酸三异丙基苯酯，不含卤素。常用的扩链剂3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷(MOCA)含有卤素，且含MOCA的聚氨酯制品为黄绿色。二甲硫基甲苯二胺(DMTDA)为浅黄色且带有恶臭味液体，制品经光照后颜色会逐渐变深发黑。1,3-丙二醇-双(氨基苯甲酸酯)(XYlink740M)为浅棕色粉末，熔点高达125-128℃，化料温度高，生产工艺复杂，且分子结构中含有苯环，不耐黄变，制品长时间光照后会出现发黄变色现象。
本发明采用的聚天门冬氨酸酯为氨基酸聚合物，环保不含卤素、且颜色浅无刺激性气味，本发明通过在配方中引入聚天门冬氨酸酯(JH-8122、JH-8142、JH-8152)作为扩链剂，引入不含卤素的磷酸三异丙基苯酯(IPPP50)作为阻燃剂，既解决了常规含卤聚氨酯地面材料着火燃烧时，发烟量大、气味难闻、产生剧毒性气体的难题，又解决了常规扩链剂黄变导致的制品变色问题。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明制备的聚氨酯地面材料能够达到V0级阻燃等级。
2、本发明制备的聚氨酯地面材料力学性能优异，拉伸强度大于8MPa，伸长率大于400％。
3、本发明制备的聚氨酯地面材料卤素含量为0，符合环保要求。
4、本发明制备的聚氨酯地面材料挥发性有机化合物(VOC)含量为0，符合环保要求。
5、本发明产品25℃混合粘度小于1000cps，便于操作，成型速度快，表干速度快，可操作时间适中，可根据需要调整生产速度。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但不限定本发明。
实施例和对比例中原料所涉及到的含量百分数皆为重量百分数。
实施例和对比例所用部分材料如下：
MDI-50，二苯基甲烷二异氰酸酯，万华化学有限公司生产；
CD-C，碳化二亚胺改性MDI，科思创公司生产；
聚醚多元醇DL-1000D，官能度2，分子量1000，山东蓝星东大有限公司生产；
聚醚多元醇EP-330NG，官能度3，分子量5000，山东蓝星东大有限公司生产；
聚醚多元醇MN3050，官能度3，分子量3000，山东蓝星东大有限公司生产；
扩链剂JH-8142，骏和化工有限公司生产；
GF-02为环保有机复合催化剂，广州优润合成材料有限公司生产；
抗氧剂1076，德国巴斯夫公司生产。
实施例1
按以下配方制备所述聚氨酯地面材料，包括以下步骤：
A组分的制备：将JH-8142 20％、DL-1000D 20％、EP-330NG 39.7％、IPPP50 20％、GF-02 0.2％，抗氧剂1076 0.1％混合搅拌均匀，在105℃，-0.095MPa以下真空脱水至水分小于0.03％，得到A组分。
B组分的制备：将DL-1000D 19％、MN3050 5％、MDI-50 36％、IPPP50 40％，设定反应温度80℃反应3小时，真空(-0.095MPa)脱除气泡，得到异氰酸根含量为10.1％的预聚体。
A组分和B组分的温度控制在30℃，将A、B组分按照A/B＝100/60的质量比混合均匀后，浇至处理干净的地面基材上，室温25℃下静置7天，制得聚氨酯地面材料。
实施例2
按以下配方制备所述聚氨酯地面材料，包括以下步骤：
A组分的制备：将JH-8142 30％、DL-1000D 20％、EP-330NG39.8％、IPPP50 10％、GF-02 0.1％，抗氧剂1076 0.1％混合搅拌均匀，在100℃，-0.095MPa以下真空脱水至水分小于0.03％，得到A组分。
B组分的制备：将DL-1000D 30％、MDI-50 30％、IPPP50 40％，设定反应温度80℃反应3小时，真空(-0.095MPa)脱除气泡，得到异氰酸根含量为7.5％的预聚体。
A组分和B组分的温度控制在30℃，将A、B组分按照A/B＝100/100的质量比混合均匀后，浇至处理干净的地面基材上，室温25℃下静置7天，制得聚氨酯地面材料。
实施例3
按以下配方制备所述聚氨酯地面材料，包括以下步骤：
A组分的制备：将JH-8142 15％、DL-1000D 30％、EP-330NG 39.6％、IPPP50 15％、GF-020.3％，抗氧剂1076 0.1％混合搅拌均匀，在110℃，-0.095MPa以下真空脱水至水分小于0.03％，得到A组分。
B组分的制备：将DL-1000D 5％、MN3050 5％、MDI-50 25％、CD-C 20％、IPPP5045％，设定反应温度80℃反应3小时，真空(-0.095MPa)脱除气泡，得到异氰酸根含量为13.4％的预聚体。
A组分和B组分的温度控制在25℃，将A、B组分按照A/B＝100/45的质量比混合均匀后，浇至处理干净的地面基材上，室温25℃下静置7天，制得聚氨酯地面材料。
实施例4
按以下配方制备所述聚氨酯地面材料，包括以下步骤：
A组分的制备：将JH-8142 15％、DL-1000D 30％、EP-330NG 29.6％、IPPP50 25％、GF-02 0.3％，抗氧剂1076 0.1％混合搅拌均匀，在105℃，-0.095MPa以下真空脱水至水分小于0.03％，得到A组分。
B组分的制备：将MN3050 27％、CD-C 20％、MDI-50 8％、IPPP50 45％，设定反应温度80℃反应3小时，真空(-0.095MPa)脱除气泡，得到异氰酸根含量为7.2％的预聚体。
A组分和B组分的温度控制在35℃，将A、B组分按照A/B＝100/80的质量比混合均匀后，浇至处理干净的地面基材上，室温25℃下静置7天，制得聚氨酯地面材料。
对比例1
对比专利《用于军舰地面铺设的聚氨酯弹性体组合料及其制备方法》(专利号CN102964562A)其实施例。
对比例2
按以下配方制备所述聚氨酯地面材料，包括以下步骤：
A组分的制备：将XYlink 740M 20％；DL-1000D 20％、EP-330NG 39.7％、IPPP5020％、GF-02 0.2％，抗氧剂1076 0.1％混合搅拌均匀，在105℃，-0.095MPa以下真空脱水至水分小于0.03％，得到A组分。
B组分的制备：将DL-1000D 19％、MN3050 5％、MDI-50 36％、IPPP50 40％，设定反应温度80℃反应3小时，真空(-0.095MPa)脱除气泡，得到异氰酸根含量为10.1％的预聚体。
A组分和B组分的温度控制在30℃，将A、B组分按照A/B＝100/80的质量比混合均匀后，浇至处理干净的地面基材上，室温25℃下静置7天，制得聚氨酯地面材料。
对实施例1-4和对比例1-2制备的聚氨酯地面材料进行性能测试，测试结果见表1。
表1测试结果
上表中，表干时间的测试方法如下：A、B料混合均匀后浇注于20cm*20cm*0.2cm模具中做成标准试片，放置于室温25℃环境下，每隔一段时间用干净的手指关节背面轻按，查看是否粘手。
通过对比可以看出，本发明制备的聚氨酯地面材料兼具良好的拉伸强度、伸长率、阻燃等级V0、环保无卤素的优点，且表干速度快，操作效率高，耐黄变效果好，市面上常见的聚氨酯地面材料一般仅侧重于其中一项或两项性能。
当然，上述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定对本发明的实施例范围。本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的均等变化与改进等，均应归属于本发明的专利涵盖范围内。
Claims (10)
1.一种环保无卤高性能聚氨酯地面材料，其特征在于：由A组分与B组分组成，A组分与B组分的质量比为100：45-100；其中，以重量百分数计，
A组分为：
扩链剂15-30％；
聚醚多元醇44-74.8％；
阻燃剂10-25％；
催化剂0.1-0.5％；
抗老化剂0.1-0.5％；
B组分为：
聚醚多元醇10-30％；
二异氰酸酯28-45％；
阻燃剂25-62％。
2.根据权利要求1所述的环保无卤高性能聚氨酯地面材料，其特征在于：所述的扩链剂为聚天冬氨酸酯JH-8122、JH-8142或JH-8152中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的环保无卤高性能聚氨酯地面材料，其特征在于：所述的聚醚多元醇数均分子量为1000-5000，官能度为2-3。
4.根据权利要求1所述的环保无卤高性能聚氨酯地面材料，其特征在于：所述的阻燃剂为磷酸三异丙基苯酯。
5.根据权利要求1所述的环保无卤高性能聚氨酯地面材料，其特征在于：所述的催化剂为锡类催化剂。
6.根据权利要求1所述的环保无卤高性能聚氨酯地面材料，其特征在于：所述的抗老化剂为1076、770、292或UV-1中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的环保无卤高性能聚氨酯地面材料，其特征在于：所述的二异氰酸酯为MDI-50、MDI-100、碳化二亚胺改性MDI、HMDI或IPDI中的一种或几种。
8.一种权利要求1-7任一所述的环保无卤高性能聚氨酯地面材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)A组分的制备：将扩链剂、聚醚多元醇、阻燃剂、催化剂和抗老化剂混合后，在100-110℃，-0.095MPa以下真空脱水，得到A组分；
(2)B组分的制备：将聚醚多元醇、二异氰酸酯和阻燃剂混合后，在75-90℃下反应，制得异氰酸根NCO含量为7-13.5％的预聚物，得到B组分；
(3)使用时，将A、B组分混合均匀后，浇至处理好的地面上，常温固化，得到环保无卤高性能的聚氨酯地面材料。
9.根据权利要求8所述的环保无卤高性能聚氨酯地面材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，真空脱水至水分小于0.03％。
10.根据权利要求8所述的环保无卤高性能聚氨酯地面材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述的混合温度为25-35℃。
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