CN114133856B - 一种低密度多孔全塑型喷涂聚氨酯跑道浆料及其制备、使用方法 - Google Patents

一种低密度多孔全塑型喷涂聚氨酯跑道浆料及其制备、使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明具体涉及一种低密度多孔全塑型喷涂聚氨酯跑道浆料及其制备、使用方法，其特征在于甲组分：聚醚多元醇10‑60份；植物油多元醇1‑5份；异氰酸酯10‑40份；乙组分：聚醚多元醇10‑20份；无机填料20‑50份；颜料0.5‑2份；增塑剂10‑30份；交联剂1‑3份；扩链剂1‑5份；油性分散剂0.5‑2份；泡沫稳定剂0.3‑1份；催化剂0.2‑1份；辅料C组分：发泡剂10‑20份；玻璃微珠30‑60份。本发明三种组分分别制备，使用时按重量比25:100:4混合均匀后，倒入喷涂机，5～10min内喷到待铺设基材上面。本发明的浆料喷涂施工，安全环保、发泡平整、气孔均匀、固化成型快、物理性能优异。

Description

一种低密度多孔全塑型喷涂聚氨酯跑道浆料及其制备、使用 方法
技术领域
本发明具体涉及一种低密度多孔全塑型喷涂聚氨酯跑道浆料及其制备、使用方法。
背景技术
聚氨酯塑胶跑道又称全天候运动跑道，由聚氨酯半预聚物、混合聚醚、颜料、助剂、填料等组成。塑胶跑道具有一定的弹性和色彩，一定的抗紫外线能力和耐老化力，其平整度好、抗压强度高、硬度弹性适当、物理性能稳定的特性，有利于运动员速度和技术的发挥，有效地提高运动成绩，降低摔伤率，是国际上公认的最佳全天候室外运动场地坪材料。
聚氨酯塑胶跑道浆料，因为降低成本、提高硬度、拉伸强度等因素，会添加大量的无机填料，随之带来的问题就是比重增高，做同样厚度的跑道用量增高，弹性变差，难以满足新国标对跑道物理性能的要求。
现在解决比重大有两个技术方案：
1)现场发泡摊铺到地面，这种方案面临一个问题，材料固化成型慢，材料在不同温度湿度环境下使用发泡率不一样，高低不平且温度高、空气湿度大条件下，很容易导致场地鼓包，影响场地质量；
2)做成发泡预制卷材现场拼接粘结，施工时预制型材料铺装完成后，难免会留下一些接缝和接茬，而面层太薄，会存在局部遮盖不住接缝的问题，就会导致球场整体平整度不佳，卷材在弯道处由于横向纵向收缩不一致，场地有局部开裂的风险。
发明内容
本发明的目的是提供一种低密度多孔全塑型喷涂聚氨酯跑道浆料及其制备、使用方法，其解决了现浇注发泡材料的发泡不均匀、起鼓的问题，把环境影响因素大大降低，解决了预制卷材现场铺设粘结，施工麻烦，张力收缩开裂的问题。
本发明是通过如下技术方案来实现的：
即一种低密度多孔全塑型喷涂聚氨酯跑道浆料，其特征在于包括甲组分、乙组分和辅料C组分，甲组分：乙组分：辅料C组分重量比25:100:4，
按质量份计，所述甲组分由以下原料组分组成：
数均分子量为300～5000的聚醚多元醇 10-60份；
分子量1000～3000的植物油多元醇 1-5份；
本发明优选300～5000分子量聚醚和1000～3000分子量植物油多元醇，分子量过小塑胶跑道硬度偏高、弹性变差冲击吸收难以满足新国标的要求，分子量过大多元醇粘度上升明显不利于施工操作，尤其是植物油多元醇可能会成膏状，同时分子量过大强度不够垂直变形也不能满足新国标要求。
异氰酸酯 10-40份；
异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯MDI100和液化MDI，液化MDI占整体异氰酸酯的10～40％；
本发明MDI100和液化MDI混合使用，通常微孔弹性体使用比例小于体系10％，本发明优选液化MDI占整体异氰酸酯的10～40％，因为本发明为喷涂体系，需要较快的成型时间且体系含有无机填料会减弱反应速度，而过多的液化MDI会减短操作时间不利于施工。
本发明的异氰酸酯优选但不限于为万华化学市售产品。
按质量份计，所述乙组分由以下原料组分组成：
Figure GDA0003884252880000031
油性分散剂为硅烷改性聚丙烯酸酯；
本发明的油性分散剂优选但不限于为广州银漫新材料M210。
按质量份计，所述辅料C组分由以下原料组分组成：
发泡剂 10-20份；
玻璃微珠 30-60份；
发泡剂为水。
本发明的聚醚多元醇是以甘油、丙二醇、乙二胺为起始剂，环氧丙烷、环氧乙烷开环聚合，数均分子量为300～5000的聚醚多元醇，优选但不限于采用山东蓝星东大有限公司的EP330N、ED-28、403A。
本发明的植物油多元醇优选大豆油植物油多元醇，优选但不限于采用广州海珥玛有限公司的10100A和1070。
进一步的，本发明的无机填料为高岭土、重质碳酸钙、硅微粉、滑石粉的一种或任意多种的组合。
本发明的无机填料优选400目滑石粉和600目硅微粉，市售；
进一步的，本发明的颜料为氧化铁红、钛白粉、炭黑的一种或任意多种的组合。
本发明的颜料优选氧化铁红和金红石型钛白粉，市售。
本发明优选金红石型钛白粉，锐钛型的钛白粉折光率为小于金红石型钛白粉，耐光性不如金红石型钛白粉，塑胶跑道为全天候产品，需要较强的耐光耐候性，所以只能用金红石型钛白粉才能满足产品需求。
进一步的，本发明的增塑剂为对苯二甲酸二辛酯或磷酸三丁酯中的一种或两种的组合。
本发明的增塑剂均为市售产品。
进一步的，本发明的扩链剂是MDEA、1,4-丁二醇、E100、E300中的一种或任意多种的组合。
本发明的扩链剂优选但不限于为E300和MDEA，市售。
进一步的，本发明的交联剂为二乙醇胺、三乙醇胺、聚醚403A的一种或任意多种的组合。
本发明的交联剂优选但不限于抚顺佳化三乙醇胺或蓝星东大聚醚403A
进一步的，本发明的泡沫稳定剂为DC193、二甲基硅油的一种或两种的组合。
本发明的泡沫稳定剂优选但不限于为美国空气化工产品有限公司的DC193。
进一步的，本发明的催化剂为二甲基乙醇胺和有机铋锌金属催化剂。
本发明的催化剂为市售；
本发明上述一种低密度多孔全塑型喷涂聚氨酯跑道浆料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将甲组分中的聚醚多元醇、植物油多元醇加入反应釜中，搅拌并升温至100-115℃，在0.03～0.09MPa真空度下脱水至釜内物料水分含量在0.05质量％以下，降温至50-65℃，加入异氰酸酯，升温至70-75℃并保温2h，至反应至体系中NCO值达到反应终点；
2)将乙组分中的聚醚多元醇、增塑剂、扩链剂、交联剂混合，再加入颜料、无机填料、油性分散剂，搅拌升温至100-120℃，在0.03～0.09MPa真空度下脱水至物料水分含量在0.05质量％以下；然后降温至50-65℃，加入泡沫稳定剂、催化剂，分散后灌装氮封；
3)辅料C由水和玻璃微珠按计量比常温物理搅拌均匀封装；
本发明上述低密度多孔全塑型喷涂聚氨酯跑道浆料的使用方法，其特征在于按甲：乙：辅料C重量比25:100:4混合均匀后，倒入喷涂机，5～10min内喷到待铺设基材上面。
本发明甲组分和乙组分优选25:100的比例，是在保证组合料能充分混匀的情况下尽量多的加入无机填料以提高强度和控制成本，甲组分过少不利于混合成分跑道易出现生料，过多不利于控制成本；辅料C组分的发泡剂(水)和玻璃微珠混合后来增大在体系的占有比例，目的是和物料充分混合提升发泡的均匀度。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
1)本发明通过对不同结构原材料配方设计，材料安全环保、很好的满足了新国标对冲击吸收及其他物理性能的要求。
2)本发明选用的植物油多元醇，有效提高了跑道材料的耐水性，并且在使用过程中发现接枝预聚植物油聚醚起到了调节泡孔表面张力的效果，使跑道料喷涂后表面气泡消除形成一个致密的弹性体层，降低材料的吸水率、面层喷涂浆料的渗透性和对面层颗粒的遮盖性。
植物油聚醚多元醇分混合添加型和反应型，如棕榈油等天然植物油可直接在聚醚多元醇合成时加入这种就是混合添加型，这种没有反应基团以增塑剂的形式游离在高聚物中；另一种类似蓖麻油含活泼氢反应基团接枝到聚氨酯中。因为油脂极性和聚氨酯各组分极性偏差大，无论哪一种植物油聚醚在聚氨酯泡沫体系中都会弱化发泡效果，使其泡孔杂乱无序，本发明采用反应型植物油聚醚提前预聚和异氰酸酯反应，分子生成氨基甲酸酯等极性物质，分子量增长粘度增高增加了植物油在体系中的相容性，弱化了植物油破坏泡孔的作用，使其发泡泡孔均匀分布，同时植物油链段的引入又提供部分消泡的能力，此种预聚的工艺方法起到了理想的效果。
3)本发明底层颜料中加入钛白粉，钛白粉能屏蔽紫外光，使跑道的耐候性能提升增加使用年限；钛白粉粒径小、比重大通常情况下很难均匀的分散到聚醚多元醇中，本发明中引入油性分散剂，为有机硅改性聚丙烯酸酯，分散剂的加入能降低浆料的粘度，润湿钛白粉表面使钛白粉更容易分散到聚醚中，同时有效防止钛白粉的沉降。
4)本发明发泡剂为水，其单独复配一个组分，防止水分加入乙组分，和催化剂发生水解反应，影响材料的活性；并用水和玻璃微珠复配，扩大了加入比例，减少了计量的误差。
5)正常跑道浆料采用高粘度氯化石蜡作为增塑剂，本发明体系为喷涂料，需要物料较小的粘度，因此本发明采用低粘度的磷酸酯做增塑剂，粘度低易容操作施工，同时提高材料的阻燃性能，为防止物料粘度小导致沉降，配方体系选用相对吸油值高的滑石粉、硅微粉和油性分散剂防止了填料的沉降，给组合浆料带来良好的储存稳定性。
6)本发明采用反应型叔胺和金属类复合催化剂，在保证材料固化时间和强度的同时，有效降低VOC，改善了跑道材料的环保性。
7)本发明跑道浆料现场喷涂施工，施工简单效率高，材料固化成型快，2～3小时可达到步行强度，材料密度低发泡均匀，有效降低成本。解决了现场浇注材料在不同温度湿度环境下使用发泡率不一样，高低不平且温度高、空气湿度大条件下，场地鼓包的问题；同时解决了发泡预制卷材现场粘结拼接施工接缝和接茬局部遮盖不住接缝的问题、整体平整度不佳、弯道处局部易开裂的问题。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，以下实施例中各组分重量单位为kg实施例中所用原料除特殊说明外均为市购。
如表1所示，实施例1/2/3、对比例1/2/3的原料组分如下
表1
Figure GDA0003884252880000071
Figure GDA0003884252880000081
表1中：
聚醚多元醇为山东蓝星东大有限公司的ED-28(数均分子量为4000)、EP330N(数均分子量为4800)、DL2000(数均分子量为2000)、MN3050(数均分子量为3000)。
植物油多元醇为广州海珥玛有限公司的大豆油植物油多元醇10100A(数均分子量为1300)和1070(数均分子量为2500)。
异氰酸酯为万华化学市售的二苯基甲烷二异氰酸酯MDI100和液化MDI。
增塑剂为山东蓝帆化工有限公司的对苯二甲酸二辛酯(DOTP)和磷酸三丁酯(TBP)，山东岩海化工氯代棕榈油1109、鲁西化工环保氯化石蜡52#。
交联剂为蓝星东大聚醚403A。
扩链剂为海宁崇舜化工有限公司的E300和德国巴斯夫的MDEA。
油性分散剂为广州银漫新材料M210硅烷改性聚丙烯酸酯。
泡沫稳定剂为DC193(美国空气化工产品有限公司)。
催化剂为杭州富阳杰晖有限公司的二甲基乙醇胺和有机铋锌金属催化剂。
无机填料为海城市瑞通矿业有限公司的400目滑石粉和600目硅微粉。
颜料为天津市同颜化工有限公司的氧化铁红和美国杜邦金红石型钛白粉。
上述实施例1/2/3，对比例2/3均按以下合成工艺进行合成制备，其中对比例1中植物油多元醇不进行预聚反应，添加到乙组分中和浆料一起脱水制备。
合成甲组分：将聚醚多元醇、植物油多元醇加入反应釜中，搅拌并升温至100-115℃，在0.03～0.09MPa真空度下脱水至釜内物料水分含量在0.05质量％以下，降温至50-65℃，加入二苯基甲烷二异氰酸酯和液化MDI，升温至70-75℃并保温，至反应至体系中NCO值达到反应终点。
合成乙组分：将聚醚多元醇、增塑剂、扩链剂、交联剂混合，再加入颜料、填料、油性分散剂，搅拌升温至100-120℃，在0.03～0.09MPa真空度下脱水至物料水分含量在0.05质量％以下；然后降温至50-65℃，加入泡沫稳定剂、催化剂，分散后灌装氮封。
合成辅料C；由水和玻璃微珠按计量比常温物理搅拌均匀封装。
低密度多孔全塑型喷涂聚氨酯跑道浆料制备方法，按甲：乙：辅料C重量比25:100:4混合均匀后，倒入喷涂机，5～10min内喷到涂有脱模剂的玻璃磨具内，室温硫化72小时，
对比例4按以下工艺合成制备：
合成甲组分：将聚醚多元醇、氯代棕榈油加入反应釜中，搅拌并升温至100-110℃，在0.03～0.09MPa真空度下脱水至釜内物料水分含量在0.05质量％以下，降温至50-65℃，加入二苯基甲烷二异氰酸酯，升温至80-90℃并保温，至反应至体系中NCO值达到反应终点
合成乙组分：将聚醚多元醇、增塑剂、扩链剂混合，再加入颜料、填料、油性分散剂，搅拌升温至100-110℃，在0.03～0.09MPa真空度下脱水至物料水分含量在0.05质量％以下；然后降温至50-65℃，加入催化剂，分散后灌装氮封
将甲乙组分按重量比20:100手工搅拌混合均匀后倒入模具内室温硫化72小时，待测试物理性能
对比例5按以下工艺合成制备：
合成甲组分：将聚醚多元醇、氯代棕榈油加入反应釜中，搅拌并升温至100-110℃，在0.03～0.09MPa真空度下脱水至釜内物料水分含量在0.05质量％以下，降温至50-65℃，加入二苯基甲烷二异氰酸酯和液化MDI，升温至80-90℃并保温，至反应至体系中NCO值达到反应终点
合成乙组分：将聚醚多元醇、增塑剂、扩链剂混合，再加入颜料、填料、油性分散剂，搅拌升温至100-110℃，在0.03～0.09MPa真空度下脱水至物料水分含量在0.05质量％以下；然后降温至50-65℃，加入泡沫稳定剂、催化剂，分散后灌装氮封
将甲乙组分按重量比20:100并加入甲乙组分总重量千分之三的水手工搅拌混合均匀后倒入模具内室温硫化72小时，待测试物理性能
实施例1-3与对比例1-5得到聚氨酯跑道的物理性能测试结果如表2所示：
表2
Figure GDA0003884252880000101
Figure GDA0003884252880000111
由表2可以看出：本发明的实施例1、2、3施工聚氨酯跑道，冲击吸收及其他物理性能很好地满足了新国标GB/36246-2018的要求。相对于对比例4密度降低了50％，有效控制了成本，冲击吸收性能明显提高；相对于对比例5，发泡泡孔更均匀，平整度好；实施例1和对比例1数据看，只有植物油预聚反应才能得到均匀分布的泡孔，相反把植物油加到乙组分中会弱化发泡破坏泡孔；对比例2因未加入油性分散剂导致无机填料沉降，未能进行性能测试；从实施例3和对比例3配方数据看，只有叔胺催化剂和金属催化剂协同使用才能获得较快的成型时间和较低的密度。
综上本发明的喷涂跑道浆料施工效率高，性能优异，可广泛用于学校操场等设施的喷涂铺设。

Claims (3)

1.一种低密度多孔全塑型喷涂聚氨酯跑道浆料，其特征在于包括甲组分、乙组分和辅料C组分，甲组分：乙组分：辅料C组分重量比25:100:4，
按质量份计，所述甲组分由以下原料组分组成：
数均分子量为300～5000的聚醚多元醇 10-60份；
分子量1000～3000的植物油多元醇 1-5份；
异氰酸酯 10-40份；
异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯MDI100和液化MDI，液化MDI占整体异氰酸酯的10～40％；
按质量份计，所述乙组分由以下原料组分组成：
Figure FDA0003884252870000011
油性分散剂为硅烷改性聚丙烯酸酯；
按质量份计，所述辅料C组分由以下原料组分组成：
发泡剂 10-20份；
玻璃微珠 30-60份；
发泡剂为水；
无机填料为高岭土、重质碳酸钙、硅微粉、滑石粉的一种或任意多种的组合；
颜料为氧化铁红、钛白粉、炭黑的一种或任意多种的组合；
增塑剂为对苯二甲酸二辛酯或磷酸三丁酯中的一种或两种的组合；
扩链剂是MDEA、1,4-丁二醇、E100、E300中的一种或任意多种的组合；
交联剂为二乙醇胺、三乙醇胺、聚醚403A的一种或任意多种的组合；
泡沫稳定剂为DC193、二甲基硅油的一种或两种的组合；
催化剂为二甲基乙醇胺和有机铋锌金属催化剂。
2.一种根据权利要求1所述的低密度多孔全塑型喷涂聚氨酯跑道浆料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将甲组分中的聚醚多元醇、植物油多元醇加入反应釜中，搅拌并升温至100-115℃，在0.03～0.09MPa真空度下脱水至釜内物料水分含量在0.05质量％以下，降温至50-65℃，加入异氰酸酯，升温至70-75℃并保温2h，至反应至体系中NCO值达到反应终点；
2)将乙组分中的聚醚多元醇、增塑剂、扩链剂、交联剂混合，再加入颜料、无机填料、油性分散剂，搅拌升温至100-120℃，在0.03～0.09MPa真空度下脱水至物料水分含量在0.05质量％以下；然后降温至50-65℃，加入泡沫稳定剂、催化剂，分散后灌装氮封；
3)辅料C由水和玻璃微珠按计量比常温物理搅拌均匀封装。
3.一种根据权利要求1所述的低密度多孔全塑型喷涂聚氨酯跑道浆料的使用方法，其特征在于按甲：乙：辅料C重量比25:100:4混合均匀后，倒入喷涂机，5～10min内喷到待铺设基材上面。
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