CN115246979A - 一种易于粘结的高分子材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的一种易于粘结的高分子材料及其制备方法和应用，制备原料包括交联高分子材料、SEBS树脂、石蜡基白油、填料、功能助剂促粘剂。本发明制备得到的高分子材料具有良好的耐低温、耐高温性能，优异的耐磨能力和具有优异的粘结牢度，还表现出良好的疏水效果，浸水后不易开裂、脱胶，可以应用于塑胶跑道/地面的建设施工。
Description
技术领域
本发明属于C08L53/02技术领域，具体涉及一种基于粘结的高分子材料及其制备方法和应用。
背景技术
在塑胶跑道和塑胶地面的施工建造时，需要将高分子聚合材料与胶黏剂混合均匀，而后均匀的铺设，固化后，形成跑道和地面。胶黏剂虽然粘结效果好但是其中会带有亲水性基团，导致跑道和地面疏水效果较差，长久处于潮湿环境中，也会降低高分子聚合材料之间的粘结效果，导致跑道和地面出现裂纹、脱胶等问题。
中国专利CN112409742A公开了改性SEBS跑道聚氨酯粘结体系，通过用端羟基聚丁二烯改性SEBS，降低改性后SEBS与聚氨酯之间的极性差异，提高改性后SEBS与聚氨酯之间的粘结牢度。但是该专利虽然提高了粘结牢度，但是在改性SEBS与聚氨酯粘结界面中引入大量的氨基甲酸基团来提高牢度，氨基甲酸基团具有较大的吸水能力，容易让SEBS长期处于湿润环境中，导致跑道出现鼓包现象，降低跑道的使用寿命。
本发明提出了一种易于粘结的高分子材料及其制备方法和应用，具有良好的疏水能力，且表面不易出油，不易出现开裂、脱胶等现象。
发明内容
本发明第一个方面提出了一种易于粘结的高分子材料，制备原料按重量份数计，包括120-150份交联高分子材料、80-120份不可交联高分子材料、70-100份溶剂油、100-250份填料、10-30份功能助剂、30-60份促粘剂。
在一种优选的实施方式中，所述制备原料按重量份数计，包括130-140份交联高分子材料、100-120份不可交联高分子材料、70-83份溶剂油、150-200份填料、10-20份功能助剂、40-50份促粘剂。
在一种优选的实施方式中，所述交联高分子材料选自二元聚烯烃聚合物、三元聚烯烃聚合物、聚酰胺树脂中的至少一种。
在一种优选的实施方式中，所述二元聚烯烃聚合物选自聚异丁烯-异戊二烯聚合物、聚乙烯-辛烯聚合物、聚乙烯-丁烯聚合物、聚乙烯-丙烯无规共聚物中的至少一种；所述三元聚烯烃聚合物为三元乙丙橡胶。
在一种优选的实施方式中，所述二元聚烯烃聚合物为聚异丁烯-异戊二烯聚合物(丁基橡胶)。
在一种优选的实施方式中，所述交联高分子材料为聚异丁烯-异戊二烯聚合物(丁基橡胶)与三元乙丙橡胶的复配物质，质量比为(3-5)：(0.5-1.5)。更优选的，所述聚异丁烯-异戊二烯聚合物(丁基橡胶)与三元乙丙橡胶的质量比为7:3。
在本申请中，聚异丁烯-异戊二烯聚合物(丁基橡胶)的不饱和度为1.40-1.80％mol，在本申请中三元乙丙橡胶的第三单体为亚乙基降冰片烯，所述亚乙基降冰片烯的含量为3.5-5.5wt％，更优选的，所述亚乙基降冰片烯的含量为5.0wt％。并且在本申请中，三元乙丙橡胶中乙烯含量为50wt％。
申请人在实验过程中发现，当选用不饱和度为1.40-1.80％mol的聚异丁烯-异戊二烯聚合物(丁基橡胶)与本申请特定的三元乙丙橡胶复配，可以改善高分子材料的耐候性，申请人推测可能的原因是不饱和度为1.40-1.80％mol的聚异丁烯-异戊二烯聚合物(丁基橡胶)的分子结构的规整度降低，与本申请特定的三元乙丙橡胶共混后，形成结晶度更低的交联高分子材料，提高了制备得到的高分子材料的耐寒性，还提高了制备得到的高分子材料的抗撕裂性。申请人发现，当提高聚异丁烯-异戊二烯聚合物(丁基橡胶)中的不饱和度，制备得到的高分子材料中结晶度过低，会降低材料的力学性能。
在一种优选的实施方式中，所述不可交联高分子材料选自氢化聚烯烃聚合物和/或氢化聚芳香烃-烯烃聚合物。
在一种优选的实施方式中，所述氢化聚芳香烃-烯烃聚合物分子结构为星型结构，氢化聚芳香烃-烯烃聚合物中芳香烃含量为35-40％。
在本申请中，氢化聚芳香烃-烯烃聚合物优选为SEBS树脂，分子结构为星型结构，其中苯乙烯含量为35-40％。更优选的，所述SEBS树脂购买于巴陵石化，苯乙烯含量为35％，型号为602。
申请人在实验过程中发现，本申请加入星型结构且苯乙烯含量为35％的SEBS树脂，提高了制备得到的高分子材料的耐磨性能，还提高了制备得到的高分子材料的稳定性。申请人推测可能的原因是星型结构的SEBS树脂在体系中形成了类似于骨架的结构，体系中的其他原料可以分散或穿插于骨架结构中，提高制备得到高分子材料中原料的相容性，提高制备得到的高分子材料的稳定性，于此同时SEBS树脂中35％的苯乙烯含量，赋予了高分子材料优异的硬度和耐高温性能，提高高分子材料的耐磨效果。
在一种优选的实施方式中，所述交联高分子材料和不可交联高分子材料的质量比为(13-14)：(10-12)，更优选的，所述交联高分子材料和不可交联高分子材料的质量比为7：6。
申请人进一步发现，当交联高分子材料和不可交联高分子材料的质量比为7:6时，可以进一步改善交联高分子材料和不可交联高分子材料的相容性，提高体系整体稳定性，降低了体系的拉伸变形率，申请人推测可能的原因是，聚异丁烯-异戊二烯聚合物(丁基橡胶)和三元乙丙橡胶硫化后形成的交联高分子分散于SEBS树脂形成的骨架结构中，在体系中形成包裹型的海-岛结构，改善交联高分子材料和不可交联高分子材料的相容性，提高了制备得到的高分子材料的整体稳定性，并且硫化后的聚异丁烯-异戊二烯聚合物(丁基橡胶)和三元乙丙橡胶形成的类似于晶相的分散相，但是内部仍然保持着交联的结构，提高了拉伸强度，降低了体系的拉伸变形率。
在一种优选的实施方式中，所述溶剂油为石蜡基白油，更优选的，所述石蜡基白油为20#石蜡基白油。
在一种优选的实施方式中，所述填料选自白炭黑、云母石、硅藻土、碳酸钙、硫酸钡、陶土、硅灰石中的至少一种。
在一种优选的实施方式中，所述填料为碳酸钙和硅藻土的混合物料，其中碳酸钙和硅藻土的质量比为(10-15)：1，优选的，碳酸钙和硅藻土的质量比为14：1。
在一种优选的实施方式中，所述功能助剂选自硫化剂、硫化促进剂、抗氧剂、增容剂、防老剂、增塑剂、润滑剂、增韧剂等中的至少一种。
在一种优选的实施方式中，所述功能助剂为润滑剂、硫化剂、抗氧剂。优选的，所述润滑剂、硫化剂和抗氧剂的质量比为5:2:1。
在一种优选的实施方式中，所述润滑剂为硬脂酸锌。
在一种优选的实施方式中，所述硫化剂选自过氧化物硫化剂、金属氧化物硫化剂、硫黄类硫化剂、马来酰亚胺衍生物、异氰酸酯类化合物中的至少一种。
在一种优选的实施方式中，所述硫化剂为过氧化物硫化剂，优选的，所述过氧化物硫化剂为过氧化二异丙苯、二叔丁基过氧化物、过氧化二苯甲酸、二酰基过氧化物中的至少一种。更优选的，所述硫化剂为过氧化二异丙苯。
在一种优选的实施方式中，所述抗氧剂选自2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、2,5-二叔戊基对苯二酚、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯
在一种优选的实施方式中，所述抗氧剂为2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚。
在一种优选的实施方式中，所述促粘剂包括丙烯酸酯、氯化聚烯烃、聚乙烯醇、聚氨酯、硅烷等中的至少一种。
在一种优选的实施方式中，所述硅烷选自3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、N-2-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷、N-2-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
在一种优选的实施方式中，所述硅烷为3-氨丙基三甲氧基硅烷。
双组份聚氨酯胶黏剂是塑胶跑道和塑胶地面的施工建造时常用的胶黏剂，虽然粘结效果好但是其中带有亲水性基团，导致跑道和地面疏水效果较差。申请人在实验过程中发现，以3-氨丙基三甲氧基硅烷进行表面处理后的高分子材料，与双组份聚氨酯胶黏剂混合后建造塑胶跑道和塑胶地面的过程中，可以提高高分子材料与胶黏剂之间的粘结牢度，还可以提高粘结后塑胶跑道和塑胶地面的疏水性能，申请人推测可能的原因是，3-氨丙基三甲氧基硅烷可以作为高分子材料和双组份聚氨酯胶黏剂之间的连接剂，还可能参与聚氨酯胶黏剂的固化过程，进一步改善粘结牢度，并且3-氨丙基三甲氧基硅烷中的碳链结构的存在提高了疏水效果和耐溶剂能力，降低跑道和地面因环境的变化出现裂纹、脱胶现象的概率。
在一种优选的实施方式中，所述制备原料按重量份数计，包括140份交联高分子材料、120份不可交联高分子材料、80份溶剂油、180份填料、12份功能助剂、46份促粘剂。
本发明第二个方面提出了一种易于粘结的高分子材料的制备方法，包括以下步骤：将交联高分子材料、不可交联高分子材料、溶剂油、填料和功能助剂在180-200℃下用双螺杆挤出机共混挤出，得到高分子颗粒材料，将高分子颗粒材料与促粘剂搅拌均匀，得到所述高分子材料。
本发明第三个方面提出了一种易于粘结的高分子材料的应用，用于建造室内/露天塑胶跑道和塑胶地面。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：
本发明制备得到的高分子材料具有良好的耐低温、耐高温性能，还具有优异的耐磨能力，本发明制备得到的高分子材料原料间相容性高，具有优异的稳定性，且高分子材料表面不易出油和出霜，用促粘剂处理表面后，与双组分聚氨酯胶粘剂具有优异的粘结牢度，还表现出良好的疏水效果，浸水后不易开裂、脱胶，可以应用于塑胶跑道/地面的建设施工。
具体实施方式
实施例1
本实施例第一个方面提出了一种易于粘结的高分子材料，制备原料按重量份数计，包括140份交联高分子材料、120份SEBS树脂、80份20#石蜡基白油、180份填料、12份功能助剂、46份3-氨丙基三甲氧基硅烷。
其中，交联高分子材料为聚异丁烯-异戊二烯聚合物(丁基橡胶)与三元乙丙橡胶，质量比为7:3。聚异丁烯-异戊二烯聚合物(丁基橡胶)购买于燕山石化，型号为1751，不饱和度为1.40-1.80％mol；三元乙丙橡胶购买于杜邦陶氏，型号为4570。
SEBS树脂购买于巴陵石化，苯乙烯含量为35％，型号为602。
填料为碳酸钙和硅藻土，质量比为14:1，碳酸钙购买于高峰碳酸钙有限公司粒径为100-150nm；硅藻土购买于石家庄长利矿产品有限公司，比表面积为200m2/g。
功能助剂为质量比为5:2:1的润滑剂、硫化剂和抗氧剂，润滑剂为硬脂酸锌，硫化剂为过氧化二异丙苯，抗氧剂为2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚。
本实施例第二个方面提出了一种易于粘结的高分子材料的制备方法，包括以下步骤：将交联高分子材料、SEBS树脂、20#石蜡基白油、填料和功能助剂在200℃下用双螺杆挤出机共混挤出，得到高分子颗粒材料，将高分子颗粒材料与3-氨丙基三甲氧基硅烷搅拌均匀，得到所述高分子材料。
本实施例第三个方面提出了一种易于粘结的高分子材料的应用，用于建造室内/露天塑胶跑道和塑胶地面。
实施例2
本实施例第一个方面提出了一种易于粘结的高分子材料，制备原料按重量份数计，包括130份交联高分子材料、111.5份SEBS树脂、80份20#石蜡基白油、160份填料、12份功能助剂、46份3-氨丙基三甲氧基硅烷。
其中，交联高分子材料为聚异丁烯-异戊二烯聚合物(丁基橡胶)与三元乙丙橡胶，质量比为4:1。聚异丁烯-异戊二烯聚合物(丁基橡胶)购买于燕山石化，型号为1751，不饱和度为1.40-1.80％mol；三元乙丙橡胶购买于杜邦陶氏，型号为4570。
SEBS树脂购买于巴陵石化，苯乙烯含量为35％，型号为602。
填料为碳酸钙和硅藻土，质量比为14:1，碳酸钙购买于高峰碳酸钙有限公司粒径为100-150nm；硅藻土购买于石家庄长利矿产品有限公司，比表面积为200m2/g。
功能助剂为质量比为5:2:1的润滑剂、硫化剂和抗氧剂，润滑剂为硬脂酸锌，硫化剂为过氧化二异丙苯，抗氧剂为2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚。
本实施例第二个方面提出了一种易于粘结的高分子材料的制备方法，包括以下步骤：将交联高分子材料、SEBS树脂、20#石蜡基白油、填料和功能助剂在200℃下用双螺杆挤出机共混挤出，得到高分子颗粒材料，将高分子颗粒材料与3-氨丙基三甲氧基硅烷搅拌均匀，得到所述高分子材料。
本实施例第三个方面提出了一种易于粘结的高分子材料的应用，用于建造室内/露天塑胶跑道和塑胶地面。
实施例3
本实施例第一个方面提出了一种易于粘结的高分子材料，制备原料按重量份数计，包括140份交联高分子材料、120份SEBS树脂、80份20#石蜡基白油、180份填料、12份功能助剂、46份3-氨丙基三甲氧基硅烷。
其中，交联高分子材料为聚异丁烯-异戊二烯聚合物(丁基橡胶)与三元乙丙橡胶，质量比为7:3。聚异丁烯-异戊二烯聚合物(丁基橡胶)购买于燕山石化，型号为1751，不饱和度为1.40-1.80％mol；三元乙丙橡胶购买于杜邦陶氏，型号为4570。
SEBS树脂购买于巴陵石化，苯乙烯含量为35％，型号为602。
填料为碳酸钙，碳酸钙购买于高峰碳酸钙有限公司粒径为100-150nm。
功能助剂为质量比为5:2:1的润滑剂、硫化剂和抗氧剂，润滑剂为硬脂酸锌，硫化剂为过氧化二异丙苯，抗氧剂为2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚。
本实施例第二个方面提出了一种易于粘结的高分子材料的制备方法，包括以下步骤：将交联高分子材料、SEBS树脂、20#石蜡基白油、填料和功能助剂在200℃下用双螺杆挤出机共混挤出，得到高分子颗粒材料，将高分子颗粒材料与3-氨丙基三甲氧基硅烷搅拌均匀，得到所述高分子材料。
本实施例第三个方面提出了一种易于粘结的高分子材料的应用，用于建造室内/露天塑胶跑道和塑胶地面。
实施例4
本实施例第一个方面提出了一种易于粘结的高分子材料，制备原料按重量份数计，包括140份交联高分子材料、120份SEBS树脂、80份20#石蜡基白油、180份填料、12份功能助剂。
其中，交联高分子材料为聚异丁烯-异戊二烯聚合物(丁基橡胶)与三元乙丙橡胶，质量比为7:3。聚异丁烯-异戊二烯聚合物(丁基橡胶)购买于燕山石化，型号为1751，不饱和度为1.40-1.80％mol；三元乙丙橡胶购买于杜邦陶氏，型号为4570。
SEBS树脂购买于巴陵石化，苯乙烯含量为35％，型号为602。
填料为碳酸钙和硅藻土，质量比为14:1，碳酸钙购买于高峰碳酸钙有限公司粒径为100-150nm；硅藻土购买于石家庄长利矿产品有限公司，比表面积为200m2/g。
功能助剂为质量比为5:2:1的润滑剂、硫化剂和抗氧剂，润滑剂为硬脂酸锌，硫化剂为过氧化二异丙苯，抗氧剂为2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚。
本实施例第二个方面提出了一种易于粘结的高分子材料的制备方法，包括以下步骤：将交联高分子材料、SEBS树脂、20#石蜡基白油、填料和功能助剂在200℃下用双螺杆挤出机共混挤出，得到所述高分子材料。
本实施例第三个方面提出了一种易于粘结的高分子材料的应用，用于建造室内/露天塑胶跑道和塑胶地面。
实施例5
本实施例第一个方面提出了一种易于粘结的高分子材料，制备原料按重量份数计，包括140份交联高分子材料、120份SEBS树脂、80份20#石蜡基白油、180份填料、12份功能助剂、46份3-氨丙基三甲氧基硅烷。
其中，交联高分子材料为聚异丁烯-异戊二烯聚合物(丁基橡胶)与三元乙丙橡胶，质量比为7:3。聚异丁烯-异戊二烯聚合物(丁基橡胶)购买于燕山石化，型号为1751，不饱和度为1.40-1.80％mol；三元乙丙橡胶购买于杜邦陶氏，型号为4570。
SEBS树脂购买于巴陵石化，苯乙烯含量为33％，型号为561。
填料为碳酸钙和硅藻土，质量比为14:1，碳酸钙购买于高峰碳酸钙有限公司粒径为100-150nm；硅藻土购买于石家庄长利矿产品有限公司，比表面积为200m2/g。
功能助剂为质量比为5:2:1的润滑剂、硫化剂和抗氧剂，润滑剂为硬脂酸锌，硫化剂为过氧化二异丙苯，抗氧剂为2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚。
本实施例第二个方面提出了一种易于粘结的高分子材料的制备方法，包括以下步骤：将交联高分子材料、SEBS树脂、20#石蜡基白油、填料和功能助剂在200℃下用双螺杆挤出机共混挤出，得到高分子颗粒材料，将高分子颗粒材料与3-氨丙基三甲氧基硅烷搅拌均匀，得到所述高分子材料。
本实施例第三个方面提出了一种易于粘结的高分子材料的应用，用于建造室内/露天塑胶跑道和塑胶地面。
性能测试
1.力学性能：将实施例制备得到的高分子材料，参考GB/T528-2009进行拉伸强度和拉伸变形率测试。数据记录在表1中。
2.粘结性能：将实施例制备得到的高分子材料与双组份聚氨酯胶按照体积比为6:1的比例混合均匀，平铺成厚度为1.5cm的塑胶板，自然干燥后，将得到的塑胶板浸没于水中，7天后取出，观察是否出现脱胶、脱料、裂纹等现象。数据记录在表2中
表1
Claims (10)
1.一种易于粘结的高分子材料，其特征在于，制备原料按重量份数计，包括120-150份交联高分子材料、80-120份不可交联高分子材料、70-100份溶剂油、100-250份填料、10-30份功能助剂、30-60份促粘剂。
2.根据权利要求1所述的易于粘结的高分子材料，其特征在于，所述交联高分子材料选自二元聚烯烃聚合物、三元聚烯烃聚合物、聚酰胺树脂中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的易于粘结的高分子材料，其特征在于，所述二元聚烯烃聚合物选自聚异丁烯-异戊二烯聚合物、聚乙烯-辛烯聚合物、聚乙烯-丁烯聚合物、聚乙烯-丙烯无规共聚物中的至少一种；所述三元聚烯烃聚合物为三元乙丙橡胶。
4.根据权利要求1所述的易于粘结的高分子材料，其特征在于，所述不可交联高分子材料选自氢化聚烯烃聚合物和/或氢化聚芳香烃-烯烃聚合物。
5.根据权利要求4所述的易于粘结的高分子材料，其特征在于，所述氢化聚芳香烃-烯烃聚合物分子结构为星型结构，氢化聚芳香烃-烯烃聚合物中芳香烃含量为35-40％。
6.根据权利要求1所述的易于粘结的高分子材料，其特征在于，所述功能助剂选自硫化剂、硫化促进剂、抗氧剂、增容剂、防老剂、增塑剂、润滑剂等中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的易于粘结的高分子材料，其特征在于，所述填料选自白炭黑、云母石、硅藻土、碳酸钙、硫酸钡、陶土、硅灰石中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的易于粘结的高分子材料，其特征在于，所述促粘剂包括丙烯酸酯、氯化聚烯烃、聚乙烯醇、聚氨酯、硅烷等中的至少一种。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述的易于粘结的高分子材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将交联高分子材料、不可交联高分子材料、溶剂油、填料和功能助剂在180-200℃下用双螺杆挤出机共混挤出，得到高分子颗粒材料，将高分子颗粒材料与促粘剂搅拌均匀，得到所述高分子材料。
10.一种根据权利要求1-8任一项所述的易于粘结的高分子材料的应用，其特征在于，用于建造室内/露天塑胶跑道和塑胶地面。
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