CN1140583C - 由聚氨酯/纳米蒙脱土制备的体育运动场地铺装材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子复合材料，特别涉及由聚氨酯/纳米蒙脱土制备的体育运动场地铺装材料及其制备方法。将聚醚二元醇抽真空，加入二异氰酸甲苯，进一步抽真空脱气，制备出A组份；将纳米蒙脱土与聚醚三元醇混合，抽真空脱水脱气，再混入3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷、无机填料及颜料和氯化石腊油，抽真空，制备出B组份；将A组份与B组份按重量比1∶2-1∶4混合，再加入异辛酸盐催化剂，搅拌，聚合固化，制备出体育场地铺装材料用的聚氯酯弹性体。本发明的材料断裂伸长率增幅在30-40%，提高了场地的铺装质量。
Description
本发明属于高分子复合材料，特别涉及由聚氨酯/纳米蒙脱土制备的体育运动场地铺装材料及其制备方法。
聚氨酯弹性体因其高耐磨性，高弹性仍是国际、国内体育场地(田径跑道，球类场地)铺装材料的最佳选材。我国现体育场地聚氨酯弹性体为聚氨酯予聚体(通称A组份)及固化剂(通称B组份)双组份现场浇注室温成型的聚氨酯的配方及工艺。至今，我国各厂家生产用作体育场地铺装材料的聚氨酯弹性体的配方，均沿用中国发明专利公开号为CN 1033639A所公开的TDI-MOCA体系，产品的质量一般仅仅能达到国家标准，见表3。此配方通过近二十年的实践，暴露出很多缺陷，如聚氨酯弹性体力学性能低，尤其制造厂家为降低生产成本，大大增加形成聚氨酯弹性体B组份中的填充料含量，由此进一步加剧了聚氨酯弹性体力学性能的下降，其结果更易造成由该聚氨酯弹性体铺装的体育场地自然龟裂，使用寿命大为缩短。
本发明的目的在于克服现有低成本的铺装在体育场地的聚氨酯弹性体力学性能低的缺陷，提供一种由聚氨酯/纳米蒙脱上制备的体育运动场地铺装材料及其制备方法。应用纳米技术，在保证材料的低成本前提下，仍保持材料的优良力学性能，尤其保持及提高材料的断裂伸长率，并提高场地的防霉及阻燃性能。
本发明的目的是这样实现的：
由聚氨酯/纳米蒙脱土制备的体育运动场地铺装材料是由弹性体A组份、B组份和异辛酸盐催化剂组成；其中，聚氨酯/纳米蒙脱上中A组份与B组份的重量比为1∶2-1∶4，异辛酸盐催化剂的含量是A组份和B组份重量总和的0.10-1.2％；
A组份的组成及重量百分比为：
二异氰酸甲苯 20-30％
聚醚二元醇 70-80％
B组份的组成及重量百分比为：
聚醚三元醇 15-30％
3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷 4-10％
纳米蒙脱土 4-10％
滑石粉 20-30％
二氧化硅粉 1-4％
氯化石腊油 25-45％
铁红(Fe2O3)或柠檬黄-酞菁绿混合体 2-5％
所述的聚醚三元醇包括丙三醇聚氧丙烯醚，其分子量为3000；所述的聚醚二元醇包括丙二醇聚氧丙烯醚，其分子量为400-2000；氯化石腊油和滑石粉是工业级的；二氧化硅粉是气相或沉淀白炭黑；所述的异辛酸盐包括异辛酸钙、异辛酸锌或异辛酸铅。
本发明由聚氨酯/纳米蒙脱土制备的体育运动场地铺装材料的制备方法，以重量百分比计为：
1).A组份制备：将基于A组份总量的聚醚二元醇70-80％加入到反应釜中，在80-100℃下搅拌，抽真空脱水脱气2-3小时，冷却至40-60℃，加入二异氰酸甲苯20-30％，在70-90℃下反应2-3小时后抽真空脱气，冷却至室温备用；
2).B组份制备：将基于B组份总量的纳米蒙脱土4-10％与聚醚三元醇15-30％加入到反应釜中搅拌混合，在50-60℃下抽真空脱水脱气1-3小时，再混入3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷4-10％、滑石粉20-30％、二氧化硅粉1-4％、铁红或柠檬黄-酞菁绿混合体2-5％和氯化石腊油25-45％在85℃下搅拌混合，抽真空，脱湿气1-2小时，冷却至室温备用；
3).聚氨酯弹性体的制备：按聚氨酯/纳米蒙脱土中A组份与B组份的重量比为1∶2-1∶4混合A和B组份，混合均匀后加入量为A和B组份重量总和的0.10-1.2％的异辛酸盐催化剂，搅拌，聚合固化，制备出体育场地铺装材料用的聚氯酯弹性体。
本发明所用的蒙脱土可从市场购得，纳米蒙脱土可用如下的制备方法获得：蒙脱土5％(W/W)水溶液，其阳离子交换容量CEC 9-10mmol/g，在80℃下逐滴加入十六-十八烷基氯化铵，其量按＞9-10mmol/g计，搅拌反应1小时，吸滤，水洗至无Cl-(AgNo3检测)，烘干、粉碎。
本发明所用蒙脱土是一种层状硅酸盐，其结构片层约1纳米(1nm)。在其层状结构中有一铝氧八面体亚层，它在其中与两个硅氧四面体的亚层通过共用氧原子连接，由于中间夹层的铝氧层的铝原子被低价离子，如Na+，Ca++等取代，片层因而有负电荷，容易与烷基季铵盐或其它有机阳离子进行交换，生成有机化蒙脱土，因而具有亲油性。如此，它可与有机高分子单体混合，也可能单体进入被因烷基季铵盐交换而扩大的层间。进行高分子聚合反应后，它不仅有纳米尺寸所提供的纳米效应(如高的表面能等)，且聚合物分子存在结构片层中，这样晶体结构对有机高分子的力学性能供献也不能忽略。
本发明在改变传统聚氨酯弹性体育场地用胶的配方时，着重采用纳米蒙脱土复合技术，使体育场地(田径跑道，球场)用胶的力学性能大为增强，拉伸强度增幅在20％以上，断裂伸长率增幅在30-40％。大大提高了体育场地的铺装质量，使用寿命得到了延长，并为进一步改进配方，向环保型改进及降低生产成本方面提供了可能。
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。
实施例1.田径跑道铺装用胶(室温放置14日后测力学性能)。
1).A组份制备：将基于A组份总量的，其分子量为2000的丙二醇聚氧丙烯醚45％和分子量为1000的丙二醇聚氧丙烯醚32％加入到反应釜中，在80℃下搅拌，抽真空脱水脱气3小时，冷却至40℃，加入二异氰酸甲苯23％，在70℃下反应2-3小时后抽真空脱气，冷却至室温备用；
2).B组份制备：将基于B组份总量的纳米蒙脱土4.5％与丙三醇聚氧丙烯醚22％加入到反应釜中搅拌混合，在60℃下抽真空脱水脱气3小时，再混入3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷5％、滑石粉26％、二氧化硅粉3％、铁红4％和氯化石腊油35.5％在85℃下搅拌混合，抽真空，脱湿气1小时，冷却至室温备用；
3).聚氨酯弹性体的制备：按聚氨酯/纳米蒙脱土中A组份与B组份的重量比为1∶2混合A和B组份，混合均匀后加入量为A和B组份重量总和的0.8％的异辛酸铅催化剂，搅拌，聚合固化，制备出体育场地铺装材料用的聚氯酯弹性体。
实施例2. 田径跑道铺装用胶(纳米蒙脱土占弹性体5％，室温放置14日后测力学性能)。
1).A组份制备：将基于A组份总量的，其分子量为2000的丙二醇聚氧丙烯醚40％和分子量为1000的丙二醇聚氧丙烯醚34％加入到反应釜中，在85℃下搅拌，抽真空脱水脱气2.5小时，冷却至45℃，加入二异氰酸甲苯26％，在80℃下反应2小时后抽真空脱气，冷却至室温备用；
2).B组份制备：将基于B组份总量的纳米蒙脱土6.7％与丙三醇聚氧丙烯醚22％加入到反应釜中搅拌混合，在55℃下抽真空脱水脱气1小时，再混入3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷5％、滑石粉23.8％、二氧化硅粉3％、铁红4％和氯化石腊油35.5％在90℃下搅拌混合，抽真空，脱湿气2小时，冷却至室温备用；
3).聚氨酯弹性体的制备：按聚氨酯/纳米蒙脱土中A组份与B组份的重量比为1∶3混合A和B组份，混合均匀后加入量为A和B组份重量总和的1.1％的异辛酸钙催化剂，搅拌，聚合固化，制备出体育场地铺装材料用的聚氯酯弹性体。
实施例3. 球场铺装用胶(纳米蒙脱土占弹性体3％)
1).A组份制备：将基于A组份总量的，其分子量为2000的丙二醇聚氧丙烯醚45％和分子量为1000的丙二醇聚氧丙烯醚32％加入到反应釜中，在100℃下搅拌，抽真空脱水脱气2小时，冷却至55℃，加入二异氰酸甲苯23％，在70℃下反应2小时后抽真空脱气，冷却至室温备用；
2).B组份制备：将基于B组份总量的纳米蒙脱土4.5％与丙三醇聚氧丙烯醚28％加入到反应釜中搅拌混合，在50℃下抽真空脱水脱气3小时，再混入3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷8％、滑石粉20％、二氧化硅粉2％、铁红3％和氯化石腊油34.5％在80℃下搅拌混合，抽真空，脱湿气1.5小时，冷却至室温备用；
3).聚氨酯弹性体的制备：按聚氨酯/纳米蒙脱土中A组份与B组份的重量比为1∶2混合A和B组份，混合均匀后加入量为A和B组份重量总和的0.9％的异辛酸锌催化剂，搅拌，聚合固化，制备出体育场地铺装材料用的聚氯酯弹性体。
实施例4. 球场铺装用胶(纳米蒙脱土占弹性体5％)
1).A组份制备：将基于A组份总量的，其分子量为2000的丙二醇聚氧丙烯醚40％和分子量为1000的丙二醇聚氧丙烯醚32％加入到反应釜中，在100℃下搅拌，抽真空脱水脱气2小时，冷却至55℃，加入二异氰酸甲苯28％，在70℃下反应2小时后抽真空脱气，冷却至室温备用；
2).B组份制备：将基于B组份总量的纳米蒙脱土5.7％与丙三醇聚氧丙烯醚28％加入到反应釜中搅拌混合，在50℃下抽真空脱水脱气2小时，再混入3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷5％、滑石粉21.8％、二氧化硅粉2％、氧化铁红3％和氯化石腊油34.5％在85℃下搅拌混合，抽真空，脱湿气2小时，冷却至室温备用；
3).聚氨酯弹性体的制备：按聚氨酯/纳米蒙脱土中A组份与B组份的重量比为1∶3.5混合A和B组份，混合均匀后加入量为A和B组份重量总和的1.2％的异辛酸钙催化剂，搅拌，聚合固化，制备出体育场地铺装材料用的聚氯酯弹性体。
表1
实施例1和2跑道铺装胶测试结果，测试样按GB/T 14833-93检验
| 硬度(邵氏A)度 | 回弹值％ | 压缩复原率％ | 拉伸强度MPa | 断伸长率％ | 阻燃性级 | |
| 无纳米蒙脱土 | 58 | 32 | 99 | 1.8 | 541 | 1 |
| 实施例1 | 56 | 32 | 99 | 2.2 | 754 | 1 |
| 实施例2 | 55 | 32 | 99 | 2.5 | 782 | 1 |
表2
实施例3和4球场铺装胶测试结果，测试样按GB/T 14833-93检验
| 硬度(邵氏A)度 | 回弹值％ | 压缩复原率％ | 拉伸强度MPa | 断伸长率％ | 阻燃性级 | |
| 无纳米蒙脱土 | 66 | 34 | 99 | 2.0 | 372 | 1 |
| 实施例3 | 65 | 34 | 99 | 2.5 | 519 | 1 |
| 实施例4 | 63 | 34 | 99 | 2.9 | 554 | 1 |
表3
国家标准 GB/T 14833-93
| 项目 | ||
| 硬度(邵氏A)，度 | 45-60 | |
| 拉伸强度，MPa | ≥ | 0.7 |
| 扯断伸长率，％ | ≥ | 90 |
| 压缩复原率，％ | ≥ | 95 |
| 回弹值，％ | ≥ | 20 |
| 阻燃性，级 | 1 |
Claims (8)
1.一种由聚氨酯/纳米蒙脱土制备的体育运动场地铺装材料，其特征在于：该材料是由弹性体A组份、B组份和异辛酸盐催化剂组成；其中，聚氨酯/纳米蒙脱土中A组份与B组份的重量比为1∶2-1∶4，异辛酸盐催化剂的含量是A组份和B组份重量总和的0.10-1.2％；
A组份的组成及重量百分比为：
二异氰酸甲苯 20-30％
聚醚二元醇 70-80％
B组份的组成及重量百分比为：
聚醚三元醇 15-30％
3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷 4-10％
纳米蒙脱土 4-10％
滑石粉 20-30％
二氧化硅粉 1-4％
氯化石腊油 25-45％
铁红(Fe2O3)或柠檬黄-酞菁绿混合体 2-5％。
2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于所述的聚醚三元醇是丙三醇聚氧丙烯醚。
3.根据权利要求1所述的材料，其特征在于所述的聚醚二元醇是丙二醇聚氧丙烯醚。
4.根据权利要求1所述的材料，其特征在于所述的异辛酸盐是异辛酸钙、异辛酸锌或异辛酸铅。
5.根据权利要求1-4所述的由聚氨酯/纳米蒙脱土制备的体育运动场地铺装材料的制备方法，其特征在于，以重量百分比计为：
1).A组份制备：将基于A组份总量的聚醚二元醇70-80％加入到反应釜中，在80-100℃下搅拌，抽真空脱水脱气2-3小时，冷却至40-60℃，加入二异氰酸甲苯20-30％，在70-90℃下反应2-3小时后抽真空脱气，冷却至室温备用；
2).B组份制备：将基于B组份总量的纳米蒙脱土4-10％与聚醚三元醇15-30％加入到反应釜中搅拌混合，在50-60℃下抽真空脱水脱气1-3小时，再混入3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷4-10％、滑石粉20-30％、二氧化硅粉1-4％、铁红或柠檬黄-酞菁绿混合体2-5％和氯化石腊油25-45％在85℃下搅拌混合，抽真空，脱湿气1-2小时，冷却至室温备用；
3).聚氨酯弹性体的制备：按聚氨酯/纳米蒙脱土中A组份与B组份的重量比为1∶2-1∶4混合A和B组份，混合均匀后加入量为A和B组份重量总和的0.10-1.2％的异辛酸盐催化剂，搅拌，聚合固化，制备出体育场地铺装材料用的聚氯酯弹性体。
6.根据权利要求5所述的材料制备方法，其特征在于所述的聚醚三元醇是丙三醇聚氧丙烯醚。
7.根据权利要求5所述的材料制备方法，其特征在于所述的聚醚二元醇是丙二醇聚氧丙烯醚。
8.根据权利要求5所述的材料制备方法，其特征在于所述的异辛酸盐是异辛酸钙、异辛酸锌或异辛酸铅。
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