CN114196368A - 一种水性环保胶粘剂及其制备的渗水型跑道材料 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及跑道材料技术领域，具体公开了一种水性环保胶粘剂及其制备的渗水型跑道材料。一种水性环保胶粘剂，由包含如下重量份的原料制成：二聚酸二异氰酸酯200‑400份、聚乙烯醇缩丁醛40‑60份、聚已二酸已二醇酯540‑650份、有机锡0.5‑1.5份、扩链剂60‑120份、新戊二醇10‑15份、三乙胺30‑40份、溶剂2500‑3500份；所述扩链剂选为2,2‑二羟甲基丙酸和乙二胺中的至少一种。本申请不仅可以提高水性环保胶粘剂的粘结强度，而且还能提高水性环保胶粘剂的粘结强度、耐候性和拉伸强度，有助延长渗水型跑道材料的使用寿命。

Description

一种水性环保胶粘剂及其制备的渗水型跑道材料
技术领域
本申请涉及跑道材料技术领域，尤其是涉及一种水性环保胶粘剂及其制备的渗水型跑道材料。
背景技术
水性环保胶粘剂，又称水性胶黏剂，它是以天然高分子或合成高分子为黏料，以水为溶剂或分散剂，取代对环境有污染的有毒有机溶剂，而制备成的一种环境友好型胶黏剂。
水性胶粘剂按材料分为聚乙烯醇类水性胶黏剂、乙烯乙酸酯类水性胶黏剂、丙烯酸类水性胶黏剂、聚氨酯类水性胶黏剂、环氧水性胶黏剂、酚醛水性胶黏剂、有机硅类水性胶黏剂、橡胶类水性胶黏剂等。按照应用可分为建筑用水性胶黏剂、包装用水性胶黏剂、汽车用水性胶黏剂、制鞋用水性胶黏剂、日用水性胶黏剂等。
目前发明人发现，市场上用于渗水型跑道材料中的水性环保胶粘剂容易一拉就断，拉伸强度差，具有影响渗水型跑道材料使用寿命短的问题。
发明内容
为了提高水性环保胶粘剂的粘结强度和拉伸强度，本申请提供一种水性环保胶粘剂及其制备的渗水型跑道材料。
第一方面，本申请提供一种水性环保胶粘剂，采用如下的技术方案：
一种水性环保胶粘剂，由包含如下重量份的原料制成：
二聚酸二异氰酸酯 200-400份；
聚乙烯醇缩丁醛 40-60份；
聚已二酸已二醇酯 540-650份；
有机锡 0.5-1.5份；
扩链剂 60-120份；
新戊二醇 10-15份；
三乙胺 30-40份；
溶剂 2500-3500份；
所述扩链剂选为2,2-二羟甲基丙酸和乙二胺中的至少一种。
通过采用上述技术方案，利用聚已二酸已二醇酯、二聚酸二异氰酸酯、新戊二醇和聚乙烯醇缩丁醛为基料，将三乙胺作为中和剂，并在溶剂、扩链剂（例如2,2-二羟甲基丙酸）和有机锡的催化作用下，采用丙酮法合成得到水性的聚氨酯粘胶剂（即水性环保胶粘剂）。上述水性的聚氨酯粘胶剂利用新戊二醇的新戊基结构在聚酯树脂分子链中能够提供有名的盾形保护，同时结合聚乙烯醇缩丁醛和二聚酸二异氰酸酯分子结构中的较长支链，不仅可以提高水性环保胶粘剂的粘结强度，而且还能提高水性环保胶粘剂的柔韧性、耐候性和拉伸强度。
此外，通过聚乙烯醇缩丁醛分子结构中的仲羟基（-OH）和二聚酸二异氰酸酯的异氰酸基（-NCO）可发生化学反应并生成疏水性的化学键，使水性环保胶粘剂还具有较好的耐水性能。
优选的，按重量份计，所述水性环保胶粘剂还包括80-120份的四甲基苯二甲基二异氰酸酯。
通过采用上述技术方案，四甲基苯二甲基二异氰酸酯的加入可以减少二聚酸二异氰酸酯和溶剂的用量，降低水性环保胶粘剂的初混粘度（即初粘力）；同时还能提升水性环保胶粘剂的耐候性能。
优选的，所述聚乙烯醇缩丁醛、二聚酸二异氰酸酯和四甲基苯二甲基二异氰酸酯的重量比为1：（5-7）：（1.6-2）。
通过采用上述技术方案，合理调整聚乙烯醇缩丁醛、二聚酸二异氰酸酯和四甲基苯二甲基二异氰酸酯三者之间的用量范围，使得水性环保胶粘剂在与其它原料在初混阶段具有较好的流动性，在保持水性环保胶粘剂较好的抗压强度和耐候性能的同时，还能有效提高水性环保胶粘剂的流动性和分散性能。
优选的，所述有机锡选为二月桂酸二丁基锡和辛酸亚锡中的至少一种。
通过采用上述技术方案，二月桂酸二丁基锡和辛酸亚锡均是常见的有机锡，均可用作聚氨酯合成的催化剂。
优选的，按重量份计，所述扩链剂选为50-70份的2,2-二羟甲基丙酸和20-40份的乙二胺。
通过采用上述技术方案，2,2-二羟甲基丙酸和乙二胺均为作为聚氨酯合成的扩链剂。
优选的，所述溶剂包括水和有机溶剂，所述有机溶剂选为甲基异丁基酮、乙酸乙酯和丙酮中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，甲基异丁基酮、乙酸乙酯和丙酮均是常见的有机溶剂，可用于提升聚已二酸已二醇酯、二聚酸二异氰酸酯、新戊二醇和聚乙烯醇缩丁醛等原料之间的互溶性能。
第二方面，本申请提供一种渗水型跑道材料，采用如下的技术方案：
一种渗水型跑道材料，按重量份计，包括橡胶颗粒100份、金属羧酸盐催化剂0.1-3份和所述的水性环保胶粘剂15-25份。
通过采用上述技术方案，利用水性环保胶粘剂较低的初混粘度（即初粘力），有助于提高水性环保胶粘剂、橡胶颗粒和金属羧酸盐催化剂之间的预混均匀度，接着再利用金属羧酸盐催化剂的催化作用，可以形成交联固化并成具有弹性的渗水型跑道材料。
优选的，按重量百分比计，所述渗水型跑道材料还包括5-10份的酚醛树脂、5-10份的环氧树脂和5-10份的脲醛树脂中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，将水性环保胶粘剂分散在橡胶颗粒等多种原料之间后，利用聚乙烯醇缩丁醛中的仲羟基活性，在乙酸乙酯等有机溶剂的助溶作用下，聚乙烯醇缩丁醛能够与酚醛树脂、环氧树脂、脲醛树脂、二聚酸二异氰酸酯和四甲基苯二甲基二异氰酸酯相互作用并发生交联反应；接着在乙二胺的固化作用下，形成稳定的立体网络分子结构，故此制得的渗水型跑道材料具有良好的透水、透气和弹性性能。此外，随着环氧树脂的加入，使得整个渗水型跑道材料的粘结强度大幅度增强，同时其耐热性能也有较大的提升。
优选的，所述金属羧酸盐催化剂为金属K、Ca、Zn、Sn、Co、Zr的油酸、环烷酸和异辛酸的羧酸盐中的一种。
优选的，金属羧酸盐催化剂具体可以为：油酸钾、油酸钙、油酸锌、油酸锡、油酸钴、油酸锆、环烷酸钾、环烷酸锡、异辛酸钾、异辛酸锆。
优选的，所述橡胶颗粒选为三元乙丙橡胶颗粒、天然橡胶颗粒、聚氨酯橡胶颗粒中的一种或多种。
通过采用上述技术方案，三元乙丙橡胶颗粒、天然橡胶颗粒、聚氨酯橡胶颗粒均是常见的橡胶颗粒，上述橡胶颗粒均可作为制成渗水型的跑道材料。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请利用新戊二醇的新戊基结构在聚酯树脂分子链中能够提供有名的盾形保护，同时结合聚乙烯醇缩丁醛和二聚酸二异氰酸酯分子结构中的较长支链，不仅可以提高水性环保胶粘剂的粘结强度，而且还能提高水性环保胶粘剂的柔韧性、耐候性和拉伸强度，有助延长渗水型跑道材料的使用寿命。
2、本申请通过加入的四甲基苯二甲基二异氰酸酯可降低水性环保胶粘剂的初粘力的同时，利用水性环保胶粘剂的流动性与橡胶颗粒、环氧树脂、脲醛树脂等成分进行充分混合，此时环氧树脂等成分可与聚乙烯醇缩丁醛，在有机溶剂的作用下发生交联反应，并形成稳定的立体网络分子结构，故此制得的渗水型跑道材料不仅具有良好的透水、透气和弹性性能，而且还能提高粘结强度和耐热性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请的各实施例中所用的原料，除特殊说明之外，其他均为市售产品。
实施例
实施例1：一种水性环保胶粘剂，其原料和用量参见表1。
上述水性环保胶粘剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、稀释回流步骤：将配方量的聚已二酸已二醇酯、新戊二醇和1/3配方量的甲基异丁基酮加入反应釜中，在100℃的温度下搅拌回流2h，得物料a；
S2、预聚步骤：再向反应釜中加入配方量的聚乙烯醇缩丁醛、二聚酸二异氰酸酯、四甲基苯二甲基二异氰酸酯、二月桂酸二丁基锡和1/3配方量的甲基异丁基酮，在90℃温度下进行聚合反应，反应0.6h后得物料b；
S3、扩链步骤：再向反应釜中加入配方量的2,2-二羟甲基丙酸和1/3配方量的甲基异丁基酮，在90℃温度下进行扩链反应，反应2h后得物料c；
S4、中和步骤：再向反应釜中加入配方量的三乙胺，在50℃的温度下保温0.5h进行中和反应；
S5、分散乳化和扩链反应步骤：中和后，再向反应釜中加入配方量的去离子水，在50℃的温度，800rpm的转速下乳化20min，再加入配方量的乙二胺，在50℃的温度保温1.5h进行扩链增长反应，即得高分子量具有交联立体结构的水性环保胶粘剂。
实施例2：一种水性环保胶粘剂，与实施例1的不同之处在于：配方和用量不同，具体参见表1。
上述水性环保胶粘剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、稀释回流步骤：将配方量的聚已二酸已二醇酯、新戊二醇和1/3配方量的甲基异丁基酮加入反应釜中，在98℃的温度下搅拌回流2.5h，得物料a；
S2、预聚步骤：再向反应釜中加入配方量的丙酮、乙酸乙酯、聚乙烯醇缩丁醛、二聚酸二异氰酸酯、四甲基苯二甲基二异氰酸酯、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡和1/3配方量的甲基异丁基酮，在95℃温度下进行聚合反应，反应0.5h后得物料b；
S3、扩链步骤：再向反应釜中加入配方量的2,2-二羟甲基丙酸和1/3配方量的甲基异丁基酮，在80℃温度下进行扩链反应，反应3h后得物料c；
S4、中和步骤：再向反应釜中加入配方量的三乙胺，在50℃的温度下保温0.5h进行中和反应；
S5、分散乳化和扩链反应步骤：中和后，再向反应釜中加入配方量的去离子水，在50℃的温度，1000rpm的转速下乳化15min，再加入配方量的乙二胺，在50℃的温度保温2h进行扩链增长反应，即得高分子量具有交联立体结构的水性环保胶粘剂。
实施例3-6：一种水性环保胶粘剂，与实施例1的不同之处在于：配方和用量不同，具体参见表1。
表1 一种水性环保胶粘剂中实施例1-6的原料和用量（kg）
Figure 504421DEST_PATH_IMAGE002
应用实施例
应用实施例a：一种渗水型跑道材料，包括以下原料制成：三元乙丙橡胶颗粒100kg、油酸钾2kg、环烷酸钾0.5kg和实施例1的水性环保胶粘剂20kg。
其制备方法，包括以下步骤：将Ф1.5mm的三元乙丙橡胶颗粒100kg、油酸钾2kg、型号为130的氧化铁红20kg（即跑道颜料，产地河北灵寿，CAS号为1319）和实施例1的水性环保胶粘剂20kg混合搅拌均匀即可得到渗水型跑道材料。然后将其均匀的摊铺在夯实的素土层上即可得到约13mm厚度的渗水型跑道。
应用实施例b：一种渗水型跑道材料，包括以下原料制成：三元乙丙橡胶颗粒80kg、天然橡胶颗粒20kg、油酸钙1.5kg、异辛酸锡0.5kg、酚醛树脂10kg、环氧树脂5kg和实施例6的水性环保胶粘剂25kg。
其制备方法，包括以下步骤：将Ф2.5mm的三元乙丙橡胶颗粒80kg、Ф1.5mm的天然橡胶颗粒20kg、油酸钙1.5kg、异辛酸锡0.5kg、酚醛树脂10kg、环氧树脂5kg和实施例6的水性环保胶粘剂25kg混合搅拌均匀即可得到渗水型跑道材料。然后将其均匀的摊铺在夯实的碎石层上即可得到约15mm厚度的渗水型跑道。
对比例
对比例1：一种水性环保胶粘剂，与实施例6的不同之处在于：不含有聚乙烯醇缩丁醛。
对比例2：一种水性环保胶粘剂，与实施例6的不同之处在于：不含有二聚酸二异氰酸酯和四甲基苯二甲基二异氰酸酯。
对比例3：一种水性环保胶粘剂，与实施例6的不同之处在于：各原料的用量范围不同。具体如下：二聚酸二异氰酸酯150kg、聚乙烯醇缩丁醛35kg、聚已二酸已二醇酯500kg、二月桂酸二丁基锡0.1kg、辛酸亚锡0.1kg、2,2-二羟甲基丙酸40kg、乙二胺15kg、新戊二醇8kg、三乙胺20kg、去离子水2000kg、甲基异丁基酮100kg。
对比例4：一种水性环保胶粘剂，与实施例6的不同之处在于：各原料的用量范围不同。具体如下：二聚酸二异氰酸酯450kg、聚乙烯醇缩丁醛65kg、四甲基苯二甲基二异氰酸酯130kg、聚已二酸已二醇酯700kg、二月桂酸二丁基锡1.5kg、辛酸亚锡1.5kg、2,2-二羟甲基丙酸80kg、乙二胺45kg、新戊二醇20kg、三乙胺45kg、去离子水3500kg、甲基异丁基酮300kg、丙酮120kg、乙酸乙酯100kg。
性能检测分析
试验一
试验对象：将实施例1-6的水性环保胶粘剂作为试验样品1-6，将对比例1-4的水性环保胶粘剂作为对照样品1-4。
试验方法：
1.1、将实施例1-6、对比例1-4的水性胶粘剂采用GB/T 2790-1995测定在70℃的环境中20天后相应的剥离强度，取平均值登记在表2中。
1.2、将实施例1-6、对比例1-4的水性胶粘剂采用GB/T 6329-1996的标准测定在70℃的环境中20天后相应的拉伸强度，取平均值登记在表2中。
表2
Figure 516502DEST_PATH_IMAGE004
根据实施例1-6、对比例1-5、市购产品1-2并结合表2可以看出，实施例1-6的剥离强度平均值和拉伸强度平均值均高于对比例1-4和市购产品1-2。由此可知，本申请的水性环保胶粘剂具有较高的粘结强度。
根据实施例6、对比例4-5可知，对比例4-5中水性环保胶粘剂的各原料的用量范围均在本申请限定的范围之外，且对比例4-5的剥离强度平均值在458-461N/m，拉伸强度平均值在11.6-12.1Mpa；而本申请的实施例6的剥离强度平均值在811N/m，拉伸强度平均值在18.5Mpa。分析可知，本申请实施例6的剥离强度平均值为对比例4-5的剥离强度平均值的2倍左右，而本申请实施例6的拉伸强度平均值为对比例4-5的拉伸强度平均值的1.5倍左右，故此本申请通过采用二聚酸二异氰酸、聚乙烯醇缩丁醛、四甲基苯二甲基二异氰酸酯、聚已二酸已二醇酯等成分复配，并控制其用量范围，可有效提升水性环保胶粘剂的粘结强度。
试验二
试验对象：将实施例1-6、对比例1-4和市购产品1-2按照应用实施例b的方式制备得到相对应的多块渗水型跑道小样，每块渗水型跑道样品的尺寸为10mm*10mm *2mm，合计12组，每组3块，依次记为1-36。
试验方法：
2.1、采用GB/T 1689-1998对塑胶跑道进行耐磨性测试，取平均值登记在表3中。
2.2、采用GB/T 8810-2005对塑胶跑道进行耐水性测试，取平均值登记在表3中。
2.3、采用GB/T 14833对塑胶跑道进行拉伸强度测试，取平均值登记在表3中。
表3
Figure 358556DEST_PATH_IMAGE006
根据实施例1-6、对比例1-5、市购产品1-2并结合表3可以看出，实施例1-6的磨耗和吸水率的平均值均小于对比例1-4和市购产品1-2，且实施例1-6的拉伸强度的平均值大于对比例1-4和市购产品1-2。由此可知，本申请的渗水型跑道材料利用水性环保胶粘剂的流动性与橡胶颗粒、环氧树脂、脲醛树脂等成分进行充分混合，此时环氧树脂等成分可与聚乙烯醇缩丁醛，在有机溶剂的作用下发生交联反应，并形成稳定的立体网络分子结构，从而有效提高了渗水型跑道材料的拉伸强度、耐水性和耐磨性能。
根据实施例6、对比例1-4、市购产品1-2并结合表3可以看出，对比例1制得的渗水型跑道材料的拉伸强度、耐水性和耐磨性能与市购产品1-2的拉伸强度、耐水性和耐磨性能相接近。而对比例2制得的渗水型跑道材料的磨耗的平均值大于市购产品1-2的磨耗的平均值，对比例2的拉伸强度的平均值小于市购产品1-2的拉伸强度的平均值。由此可知，聚乙烯醇缩丁醛、二聚酸二异氰酸酯和四甲基苯二甲基二异氰酸酯等成分和用量比例范围均会影响到渗水型跑道材料整体的拉伸强度、耐水性和耐磨性能。
具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种水性环保胶粘剂，其特征在于，由包含如下重量份的原料制成：
二聚酸二异氰酸酯 200-400份；
聚乙烯醇缩丁醛 40-60份；
聚已二酸已二醇酯 540-650份；
有机锡 0.5-1.5份；
扩链剂 60-120份；
新戊二醇 10-15份；
三乙胺 30-40份；
溶剂 2500-3500份；
所述扩链剂选为2,2-二羟甲基丙酸和乙二胺中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的一种水性环保胶粘剂，其特征在于，按重量份计，所述水性环保胶粘剂还包括80-120份的四甲基苯二甲基二异氰酸酯。
3.根据权利要求1或2所述的一种水性环保胶粘剂，其特征在于，所述聚乙烯醇缩丁醛、二聚酸二异氰酸酯和四甲基苯二甲基二异氰酸酯的重量比为1：（5-7）：（1.6-2）。
4.根据权利要求1所述的一种水性环保胶粘剂，其特征在于，所述有机锡选为二月桂酸二丁基锡和辛酸亚锡中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种水性环保胶粘剂，其特征在于，按重量份计，所述扩链剂选为50-70份的2,2-二羟甲基丙酸和20-40份的乙二胺。
6.根据权利要求5所述的一种水性环保胶粘剂，其特征在于，所述溶剂包括水和有机溶剂，所述有机溶剂选为甲基异丁基酮、乙酸乙酯和丙酮中的一种或多种。
7.一种渗水型跑道材料，其特征在于，按重量份计，包括橡胶颗粒100份、金属羧酸盐催化剂0.1-3份和权利要求1-6中任一所述的水性环保胶粘剂15-25份。
8.根据权利要求7所述的一种渗水型跑道材料，其特征在于，按重量百分比计，所述渗水型跑道材料还包括5-10份的酚醛树脂、5-10份的环氧树脂和5-10份的脲醛树脂中的一种或多种。
9.根据权利要求7所述的一种渗水型跑道材料，其特征在于，所述金属羧酸盐催化剂为金属K、Ca、Zn、Sn、Co、Zr的油酸、环烷酸和异辛酸的羧酸盐中的一种。
10.根据权利要求7所述的一种渗水型跑道材料，其特征在于，所述橡胶颗粒选为三元乙丙橡胶颗粒、天然橡胶颗粒、聚氨酯橡胶颗粒中的一种或多种。
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