CN115257022A - 一种弹性易恢复运动材料的制备工艺及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种弹性易恢复运动材料的制备工艺，包括高速共混，高温共混，挤出机挤出，连续压延机挤出，陈化的步骤。本发明通过采用200‑800cps粘度的SEBS，PP，PS共混，改善了热塑性弹性体基体材料的可加工性，使其容易出料成型，并且提高了耐化学稳定性；并且通过引入甲基三乙氧基硅烷改性气相二氧化硅，并搭配高速混合机630‑670r/min的转速，使热塑性弹性体跑道产生良好的抗冲击性能，并保持良好的加工流动性，同时通过在压延热熔阶段加入玻璃纤维布，降低了塑胶跑道的成型收缩率，并且减少了塑胶跑道的开裂，延长了塑胶跑道的使用寿命。

Description

一种弹性易恢复运动材料的制备工艺及其应用
技术领域
本发明涉及一种弹性易恢复运动材料的制备工艺，涉及C08L，具体涉及高分子化合物的组合物领域。
背景技术
随着经济水平不断提高，在各种体育馆，运动场地地面逐渐铺设成塑胶材质，塑胶地面的铺设可以提高体育运动的竞赛成绩，减少地面冲击对运动员造成的身体损伤，但是部分塑胶跑道本身存在一些问题，比如高温条件下异味较大，潮湿环境中容易起泡开裂，运动员钉鞋的使用造成塑胶跑道的寿命缩短，尤其对于短跑运动，在起点助跑时产生的冲击力较大，容易造成塑胶跑道的表面颗粒脱落，降低跑道摩擦力影响跑道使用寿命。
中国发明专利CN201911268068.7公开了一种热塑性弹性体环保塑胶跑道地材的制备工艺，不经过硫化工艺，使其与橡胶有相似的柔软性和弹性，但是抗冲击吸收性能不强，对于跑道的个别功能区容易产生损伤，影响塑胶跑道的使用效果。中国发明专利CN201910348030.4公开了一种具有自修复功能的塑胶跑道，通过添加同时含有三硫酯和碳碳双键的化合物使跑道具有自我修复的功能延长了跑道的使用寿命，但是采用SBS作为塑胶跑道的基材，耐高温性耐候性不好，容易出现冷硬热软的现象。
发明内容
为了改善塑胶跑道的抗冲击性能，提高耐高温耐候性减少跑道冷硬热软的问题，本发明的第一个方面提供了一种弹性易恢复运动材料的制备工艺，包括以下步骤：
(1)将热塑性弹性体，环烷油，碳氢聚合物混合，加入高速混合机中混合搅拌，混合1-3h；
(2)在搅拌过程中加入改性填料和助剂，搅拌混合30-60min，然后转入高温混合机中，继续反应1-3h，反应温度为180-220℃，得混合物；
(3)将步骤2的混合物送入挤出机中挤出片材，然后通过连续压延机挤出，压延温度为140-160℃，在连续压延机中压出粗糙花纹；
(4)然后经过陈化后，收卷即得。
作为一种优选的实施方式，所述热塑性弹性体选自SBS、SEBS、SES、SEPS、SIS中的一种或几种的组合。
作为一种优选的实施方式，所述热塑性弹性体为SEBS。
作为一种优选的实施方式，所述SEBS与甲苯形成质量分数为10％的溶液，粘度为200-800cps。
作为一种优选的实施方式，其特征在于，所述环烷油在100℃的运动粘度为5-11m2/s，碳型分析环烷烃的质量分数为50-60％。
环烷油的碳型分析环烷烃是表示环烷烃上的碳原子数占总碳原子数的量。
所述环烷油的加入量为SEBS质量的1-1.5倍。
作为一种优选的实施方式，所述碳氢聚合物选自单烯烃聚合物、二烯烃聚合物、三烯烃聚合物、环烯烃聚合物、单环芳香烃聚合物中的一种或几种的组合。
作为一种优选的实施方式，所述碳氢聚合物为单烯烃聚合物与单环芳香烃聚合物的组合。
作为一种优选的实施方式，所述单烯烃聚合物选自PP、HDPE、LDPE、PB、PMP、POE中的一种或几种的组合。
作为一种优选的实施方式，所述PP在230℃下熔指为8-10g/10min。
作为一种优选的实施方式，所述单环芳香烃聚合物为PS。
作为一种优选的实施方式，所述碳氢聚合物为PP和PS的组合。
作为一种优选的实施方式，所述SEBS，PP，PS的共混比为1：(0.3-0.5)：(0.02-0.15)。
作为一种优选的实施方式，所述SEBS，PP，PS的共混比为1：0.4：0.065。
申请人在实验过程中发现采用SEBS，PP，PS共混作为塑胶跑道的基体材料可以提高塑胶跑道的加工成型性能，并且提高跑道的耐化学稳定性。猜测可能的原因是：SEBS的黏度较大，在高温熔融后不易流动较难加工成跑道卷材，通过加入PP可以明显降低SEBS的熔融粘度，使SEBS容易加工，并且SEBS中乙烯-丁烯的烯烃结构与PP的烯烃结构相似，相容性较好，不会形成界面不相容的情况。并且随着环境污染加剧，酸雨等恶劣天气增加，对塑胶跑道的伤害性较大，通过引入PS苯基可以与SEBS的苯乙烯链形成物理缠结，SEBS，PP，PS协同作用，增加塑胶分子基材之间的相互作用力，饱和碳链在侧边结构形成一定的疏水作用，减少化学性液体的沾附，从而提高耐化学性能。
作为一种优选的实施方式，所述步骤2中的改性填料选自改性膨润土、改性蒙脱土、改性二氧化硅、改性氧化锌、改性滑石粉中的一种或几种的组合。
作为一种优选的实施方式，所述改性二氧化硅选自改性气相二氧化硅、改性沉淀二氧化硅、改性凝胶二氧化硅中的一种或几种的组合。
作为一种优选的实施方式，所述改性填料为改性气相二氧化硅。
作为一种优选的实施方式，所述改性二氧化硅的改性剂选自甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷中的一种或几种的组合。
作为一种优选的实施方式，所述改性二氧化硅的改性剂为甲基三乙氧基硅烷。
作为一种优选的实施方式，所述改性二氧化硅的制备方法为：将气相二氧化硅加入乙酸乙酯中浸泡，不断搅拌30-60min，搅拌过程中加入甲基三乙氧基硅烷，超声分散1-3h，反应后置于烘箱中烘干即得。
申请人在实验过程中发现将经过预处理后的气相纳米二氧化硅与热塑性弹性体结合可以提高塑胶材料的抗冲击性能，并且搭配转速为630-670r/min的剪切速度可以使其保持良好的流动成型性能，猜测可能的原因是：气相纳米二氧化硅的表面具有大量的羟基可以接枝到SEBS的表面，形成独特的网络结构，当受到较大的外力冲击时，可以延网络结构的骨架进行外力分散，降低冲击外力对冲击点的外力破坏。但是未处理的气相纳米二氧化硅在SEBS中的分散性不好，表面能较大容易引起粉体团聚，并且二氧化硅分散到SEBS中会引起乙烯-丁烯的烯烃链在二氧化硅表面缠结，减少直链的拉伸，降低热塑性塑胶材料的拉伸性能。采用甲基三乙氧基硅烷对气相二氧化硅进行改性，可以与二氧化硅表面的羟基反应，消耗羟基数量，减少分子之间的相互作用，并且甲基三乙氧基硅烷的分子结构较大，产生的空间位阻增大了气相二氧化硅分子间的距离，转速为600-650r/min的剪切速度进一步促进气相二氧化硅在热塑性弹性体中的分散，大大提高了气相二氧化硅在SEBS中的分散效果，从而改善塑胶跑道的力学性能。
作为一种优选的实施方式，步骤3中在连续压延机阶段需要将挤出片材与玻璃纤维布共同压延，压延热熔温度为140-160℃。
作为一种优选的实施方式，所述玻璃纤维布的网格纤维经过耐碱涂层处理。
作为一种优选的实施方式，所述高速混合机的转速为630-670r/min，挤出机的温度为160-220℃。
作为一种优选的实施方式，挤出机中段温度为190-200℃，挤出机模头温度为160-180℃。
作为一种优选的实施方式，挤出机中段温度为195℃，挤出机模头温度为170℃。
申请人在实验过程中发现在压延阶段，在140-160℃的压延温度下，加入玻璃纤维布，可以减少塑胶跑道的开裂，降低塑胶跑道成型后的收缩率。猜测可能的原因是：热塑性弹性体在压延成型冷却后会出现体积的收缩，当在140-160℃的压延温度下，玻璃纤维布可以进入热塑性弹性体的内部，并在材料的上表面重新流延封存，玻璃纤维布在热塑性弹性体中充当骨架作用，当冷却后可以阻碍SEBS的长直链收缩，使SEBS呈现伸展状态，收缩率大大下降。申请人在实验过程中进一步发现，塑胶跑道的建筑基材受到冷热变化时容易开裂，裂缝处的受力不均匀会导致塑胶跑道也会出现应力开裂，通过在160-220℃的挤出温度下，在压延过程中加入玻璃纤维布，可以对热塑性弹性体裂缝两端的材料起到牵拉作用，减少建筑基材开裂对塑胶跑道造成的影响，并且采用190-200℃的中段挤出机温度，可以使热塑性弹性体，PP与PS实现良好的共混效果，进一步改善塑胶跑道的力学性能。
作为一种优选的实施方式，SEBS，改性二氧化硅与甲基三乙氧基硅烷的重量比为1：(0.8-1.5)：(0.5-0.9)。
申请人在实验过程中发现SEBS，改性二氧化硅与甲基三乙氧基硅烷的重量比为1：(0.8-1.5)：(0.5-0.9)时，制备得到的塑胶跑道具有良好的抗疲劳性能和撕裂强度，猜测可能的原因是：在合适重量份下，可以使气相二氧化硅的表面带有合适数量的羟基，既可以满足与SEBS的接枝交联网络的形成，又可以在甲基三乙氧基硅烷的改姓下使二氧化硅可以在熔体中分散均匀，避免二氧化硅与乙烯-丁烯的烯烃链缠结不均匀，造成力学性能下降。并且申请人进一步发现，在合适重量比下，SEBS，PP与二氧化硅形成穿插的网状结构，增加塑胶跑道的抗疲劳性能和撕裂强度。并且熔体内部形成的分子间交联网络与加入的玻璃纤维布协同作用，进一步增加了抗冲击性能，可以减少短跑在起跑阶段对塑胶跑道的损伤，延长塑胶跑道的使用寿命。
本发明的第二个方面提供了一种弹性易恢复运动材料的制备工艺的应用，应用于径赛跑道、田赛助跑道、半圆跑道中。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所述弹性易恢复运动材料的制备工艺，通过采用200-800cps粘度的SEBS，PP，PS共混，改善了热塑性弹性体基体材料的可加工性，使其容易出料成型，并且提高了耐化学稳定性。
(2)本发明所述弹性易恢复运动材料的制备工艺，通过引入甲基三乙氧基硅烷改性气相二氧化硅，并搭配高速混合机630-670r/min的转速，使热塑性弹性体跑道产生良好的抗冲击性能，并保持良好的加工流动性。
(3)本发明所述弹性易恢复运动材料的制备工艺，通过在压延热熔阶段加入玻璃纤维布，降低了塑胶跑道的成型收缩率，并且减少了塑胶跑道的开裂，延长了塑胶跑道的使用寿命。
(4)本发明所述弹性易恢复运动材料的制备工艺，通过采用SEBS，改性二氧化硅与甲基三乙氧基硅烷1：(0.8-1.5)：(0.5-0.9)的重量比提高了塑胶跑道的抗疲劳性能和耐撕裂强度，进一步提高了抗冲击性能，尤其适合短跑跑道的使用。(5)本发明所述弹性易恢复运动材料的制备工艺，通过连续压延机压制而成，无需硫化固化，在使用后可再回收，无环保压力。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
另外，如果没有其它说明，所用原料都是市售得到的。
实施例1
一种弹性易恢复运动材料的制备工艺，包括以下步骤：
(1)将热塑性弹性体，环烷油，碳氢聚合物混合，加入高速混合机中混合搅拌，混合2h；
(2)在搅拌过程中加入改性填料和助剂，搅拌混合60min，然后转入高温混合机中，继续反应3h，反应温度为200℃，得混合物；
(3)将步骤2的混合物送入挤出机中挤出片材，将挤出片材与玻璃纤维布共同通过连续压延机挤出，压延温度为150℃，在连续压延机中压出粗糙花纹；
(4)然后经过陈化后，收卷即得。
所述热塑性弹性体为SEBS，SEBS与甲苯形成质量分数为10％的溶液，粘度为800cps，购自宁波英创塑胶有限公司，型号为长鸿高科CH4320。
所述环烷油在100℃的运动粘度为10.4m2/s，碳型分析环烷烃的质量分数为56.55％，购自山东泰畅石化科技有限公司，型号为N4010。
所述碳氢聚合物为PP和PS的组合，所述PP在230℃下熔指为8g/10min，购自韩国乐天化学型号为SFC-750R；所述PS购自上海赛科，型号为123P。
所述SEBS，PP，PS的共混比为1：0.4：0.065。
所述环烷油与SEBS的重量比为1.5：1。
所述改性填料为改性气相二氧化硅，所述改性气相二氧化硅的制备方法为：将气相二氧化硅加入乙酸乙酯中浸泡，不断搅拌45min，搅拌过程中加入甲基三乙氧基硅烷，超声分散2.5h，反应后置于烘箱中烘干即得。
所述气相二氧化硅购自日本德山，型号为REOLOSILQS-40。
所述甲基三乙氧基硅烷购自晨光化工。
所述玻璃纤维布的网格纤维经过耐碱涂层处理，购自河间市锐源保温材料有限公司。
所述高速混合机的转速为660r/min，挤出机中段温度为195℃，挤出机模头温度为170℃。
所述SEBS，改性二氧化硅与甲基三乙氧基硅烷的重量比为1：1：0.75。
实施例2
一种弹性易恢复运动材料的制备工艺，包括以下步骤：
(1)将热塑性弹性体，环烷油，碳氢聚合物混合，加入高速混合机中混合搅拌，混合3h；
(2)在搅拌过程中加入改性填料和助剂，搅拌混合50min，然后转入高温混合机中，继续反应2h，反应温度为195℃，得混合物；
(3)将步骤2的混合物送入挤出机中挤出片材，将挤出片材与玻璃纤维布共同通过连续压延机挤出，压延温度为145℃，在连续压延机中压出粗糙花纹；
(4)然后经过陈化后，收卷即得。
所述热塑性弹性体为SEBS，SEBS与甲苯形成质量分数为10％的溶液，粘度为750cps，购自宁波英创塑胶有限公司，型号为长鸿高科CH4320。
所述环烷油在100℃的运动粘度为10.4m2/s，碳型分析环烷烃的质量分数为56.55％，购自山东泰畅石化科技有限公司，型号为N4010。
所述碳氢聚合物为PP和PS的组合，所述PP在230℃下熔指为8g/10min，购自韩国乐天化学型号为SFC-750R；所述PS购自上海赛科，型号为123P。
所述SEBS，PP，PS的共混比为1：0.4：0.065。
所述环烷油与SEBS的重量比为1.5：1。
所述改性填料为改性气相二氧化硅，所述改性气相二氧化硅的制备方法为：将气相二氧化硅加入乙酸乙酯中浸泡，不断搅拌45min，搅拌过程中加入甲基三乙氧基硅烷，超声分散3h，反应后置于烘箱中烘干即得。
所述气相二氧化硅购自日本德山，型号为REOLOSILQS-40。
所述甲基三乙氧基硅烷购自晨光化工。
所述玻璃纤维布的网格纤维经过耐碱涂层处理，购自河间市锐源保温材料有限公司。
所述高速混合机的转速为650r/min，挤出机中段温度为195℃，挤出机模头温度为170℃。
所述SEBS，改性二氧化硅与甲基三乙氧基硅烷的重量比为1：1.2：0.8。
实施例3
一种弹性易恢复运动材料的制备工艺及其应用，具体步骤同实施例1，不同点在于所述改性填料为改性沉淀二氧化硅。
实施例4
一种弹性易恢复运动材料的制备工艺及其应用，具体步骤同实施例1，不同点在于SEBS，气相二氧化硅与甲基三乙氧基硅烷的重量比为1：0.75：0.5。
实施例5
一种弹性易恢复运动材料的制备工艺及其应用，具体步骤同实施例1，不同点在于压延热熔温度为135℃，挤出机中段温度为175℃，挤出机模头温度为170℃。
实施例6
一种弹性易恢复运动材料的制备工艺及其应用，具体步骤同实施例1，不同点在于所述改性二氧化硅的改性剂为氨丙基三乙氧基硅烷。
性能测试
1.拉伸强度：依据GB/T 14833-2011的标准测定实施例制备的产品的拉伸强度。
2.抗冲击性能：依据GB/T 14833-2011的标准测定实施例制备的产品的抗冲击性能。
3.垂直回弹性：依据GB/T 14833-2011的标准测定实施例制备的产品的垂直回弹性。
4.收缩率：依据GB/T 15585-1995的标准测定实施例制备的产品的固化收缩率，收缩率＝陈化前表面积-陈化后面积/陈化前面积*100％。
将实施例依据上述标准进行测试，结果见于表1。
表1
拉伸强度/MPa 抗冲击性能/％ 垂直回弹性/mm 收缩率/％
实施例1 5.35 45.31 2.42 0.62
实施例2 5.26 45.02 2.4 0.65
实施例3 2.42 30.25 1.58 1.01
实施例4 3.63 35.52 1.44 0.98
实施例5 4.46 37.63 1.25 1.05
实施例6 4.33 36.54 1.49 0.94

Claims (10)

1.一种弹性易恢复运动材料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将热塑性弹性体，环烷油，碳氢聚合物混合，加入高速混合机中混合搅拌，混合1-3h；
(2)在搅拌过程中加入改性填料和助剂，搅拌混合30-60min，然后转入高温混合机中，继续反应1-3h，反应温度为180-220℃，得混合物；
(3)将步骤2的混合物送入挤出机中挤出片材，然后通过连续压延机挤出，压延温度为140-160℃，在连续压延机中压出粗糙花纹；
(4)然后经过陈化后，收卷即得。
2.根据权利要求1所述弹性易恢复运动材料的制备工艺，其特征在于，所述热塑性弹性体选自SBS、SEBS、SES、SEPS、SIS中的一种或几种的组合。
3.根据权利要求2所述弹性易恢复运动材料的制备工艺，其特征在于，所述SEBS与甲苯形成质量分数为10％的溶液，粘度为200-800cps。
4.根据权利要求1或2所述弹性易恢复运动材料的制备工艺，其特征在于，所述环烷油在100℃的运动粘度为5-11m2/s，碳型分析环烷烃的质量分数为50-60％。
5.根据权利要求1或2所述弹性易恢复运动材料的制备工艺，其特征在于，所述碳氢聚合物选自单烯烃聚合物、二烯烃聚合物、三烯烃聚合物、环烯烃聚合物、单环芳香烃聚合物中的一种或几种的组合。
6.根据权利要求1或2所述弹性易恢复运动材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤2中的改性填料选自改性膨润土、改性蒙脱土、改性二氧化硅、改性氧化锌、改性滑石粉中的一种或几种的组合。
7.根据权利要求6所述弹性易恢复运动材料的制备工艺，其特征在于，所述改性二氧化硅选自改性气相二氧化硅、改性沉淀二氧化硅、改性凝胶二氧化硅中的一种或几种的组合。
8.根据权利要求6所述弹性易恢复运动材料的制备工艺，其特征在于，所述改性二氧化硅的改性剂选自甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷中的一种或几种的组合。
9.根据权利要求1或2所述弹性易恢复运动材料的制备工艺，其特征在于，所述高速混合机的转速为630-670r/min，挤出机的温度为190-260℃。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述弹性易恢复运动材料的制备工艺的应用，其特征在于，应用于径赛跑道、田赛助跑道、半圆跑道中。
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CN116535606A (zh) * 2023-05-17 2023-08-04 广东盛天体育股份有限公司 一种具有优异热稳定性预制型聚氨酯跑道材料及其制备方法

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