CN116219828A - 一种耐磨塑胶跑道制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐磨塑胶跑道制备工艺，该耐磨塑胶跑道从下往上依次为基底层、防水层、弹性层和耐磨层，该耐磨塑胶跑道包括如下步骤制成：第一步、将水泥或沥青铺设在路面上，形成基底层；第二步、在基底层表面铺设水性环氧树脂，形成防水层；第三步、在防水层表面铺设耐水聚氨酯胶黏剂和三元乙丙橡胶颗粒的混合物，形成弹性层；第四步、在弹性层表面耐水聚氨酯胶黏剂、三元乙丙橡胶颗粒和填料的混合物，形成耐磨层；通过引入了弹性层和耐磨层，在为橡胶跑道提供弹性的同时，赋予其优异的耐磨性能，增长使用寿命，而且该弹性层和耐磨层都是以合成的耐水聚氨酯胶黏剂进行黏合，具有优异的耐水性能。

Description

一种耐磨塑胶跑道制备工艺
技术领域
本发明涉及塑胶跑道技术领域，具体涉及一种耐磨塑胶跑道制备工艺。
背景技术
塑胶跑道一般由聚氨酯预聚体、混合聚醚、废轮胎橡胶、EPDM橡胶粒或PU颗粒、颜料、助剂、填料组成，其具有平整度好、抗压强度高、硬度弹性适当、物理性能稳定的特性。在操场或田径场，学生或运动员在运动过程中，往往会对塑胶跑道产生一定的磨损。因此，对于塑胶跑道的耐磨性有较高的要求。现有的塑胶跑道耐磨性较差，影响其使用寿命。因此研发一种具有较好耐磨性的塑胶跑道具有重要的意义。
与其他胶黏剂相比，聚氨酯胶黏剂具有其他胶种无法比拟的韧性、耐疲劳性能以及低温性能，在很多行业都有广泛应用，但是耐水性差，当用于户外塑胶跑道胶黏剂时经常受到降雨天气的影响，降低聚氨酯胶黏剂的粘结性能，所以如何改进聚氨酯胶黏剂，提高耐水性是急需解决的技术问题。
纳米晶纤维素由于表面亲水性的羟基基团形成的氢键极易发生团聚，形成缺陷，反而降低了复合橡胶的力学性能。因此，通过对纳米晶纤维素改性降低其亲水性，提高其在疏水性橡胶基体中的分散性与相容性是非常必要的。
纳米晶纤维素的改性过程中，晶体结构容易受破坏，从而导致纳米晶纤维素机械性能的降低，将其作为增强填料的效果也会因此大打折扣。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种耐磨塑胶跑道制备工艺。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种耐磨塑胶跑道制备工艺，该耐磨塑胶跑道从下往上依次为基底层、防水层、弹性层和耐磨层，该耐磨塑胶跑道包括如下步骤制成：
第一步、将水泥或沥青铺设在路面上，形成基底层；
第二步、在基底层表面铺设水性环氧树脂，形成防水层；
第三步、在防水层表面铺设耐水聚氨酯胶黏剂和三元乙丙橡胶颗粒的混合物，形成弹性层；
第四步、在弹性层表面耐水聚氨酯胶黏剂、三元乙丙橡胶颗粒和填料的混合物，形成耐磨层。
所述耐磨层为耐水聚氨酯胶黏剂、三元乙丙橡胶颗粒和填料的混合物，所述耐水聚氨酯胶黏剂、三元乙丙橡胶颗粒和填料的重量比为1∶0.8-1∶0.03-0.05；
所述耐水聚氨酯胶黏剂包括如下步骤制成：
步骤S1、将蓖麻油和丙三醇加入三口烧瓶中，匀速搅拌并加入氢氧化钠，搅拌均匀后缓慢升温至180℃，氮气气氛下保温反应1.5h，反应结束后制得反应产物，控制蓖麻油、丙三醇和氢氧化钠的重量比为50g∶9.82-9.86g∶0.03g；
步骤S1中蓖麻油和丙三醇在催化剂氢氧化钠作用下发生酯交换反应，生成两种酯类蓖麻油衍生物；
步骤S2、将反应产物和六氢苯酐加入通入氮气的三口烧瓶中，加入钛酸四丁酯，匀速搅拌并缓慢升温至200℃，保温反应，反应过程中每30min测量一次酸值，直至体系酸值低于2mg KOH/g时终止加热，冷却至室温，制得中间体，控制反应产物、六氢苯酐和钛酸四丁酯的重量比为20-25g∶3.02-3.05g∶30μL；
步骤S2中钛酸四丁酯作为催化剂，反应产物和六氢苯酐发生酯化反应，生成中间体，其为蓖麻油基聚酯多元醇。
步骤S3、将异佛尔酮二异氰酸酯、中间体和乙酸乙酯加入三口烧瓶中，升温至80℃，保温反应2.5h，测量异氰酸酯基质量分数，加入丙三醇，丙三醇与异氰酸酯基的摩尔比为1∶5，继续反应1.5h，反应结束后降温至50℃，加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，保温反应1h，制得耐水聚氨酯胶黏剂，控制异佛尔酮二异氰酸酯上的异氰酸酯基和中间体上的羟基的摩尔比为1∶3，乙酸乙酯的用量为异佛尔酮二异氰酸酯和中间体的质量和，γ-氨丙基三乙氧基硅烷的用量为中间体重量的4-5%。
步骤S3中中间体作为聚酯多元醇，丙三醇作为扩链剂，之后加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，残留的异氰酸酯基与γ-氨丙基三乙氧基硅烷上的氨基反应，制备出耐水聚氨酯胶黏剂。
本发明制备出的聚氨酯胶黏剂，随着聚合物交联密度的增大，硬段微区的交联作用增强，分子链自由体积减小，运动受阻，导致形成的亲水微区较小，被交联区域封闭，增加了水渗入薄膜中的难度，而且通过蓖麻油分子中的长链非极性脂肪酸链进一步提高了疏水效果，提高聚氨酯胶黏剂的耐水性能，而且本发明在聚氨酯胶黏剂中引入了硅氧键，能够提高与填料以及基体的结合性能，并且防止水破坏粘结效果。
进一步地，所述基底层为水泥基底层或沥青基底层。
进一步地，所述防水层为水性环氧树脂层。
进一步地，所述弹性层为耐水聚氨酯胶黏剂和三元乙丙橡胶颗粒的混合物，所述耐水胶黏剂和三元乙丙橡胶颗粒的重量比为1∶10。
进一步地，所述填料为硅烷偶联剂KH-550改性后的纳米晶纤维素。
KH-550改性后的纳米晶纤维素表面羟基数量减少，分子极性降低，并与基体的相容性增加，结合性较好并形成交联点，限制了基体分子链的运动，在耐磨层材料受到横向剪切摩擦力时，改性后的纳米晶纤维素不易从橡胶基体中脱落，可以作为转移分散应力的支点，从而有效降低材料的疲劳磨损，而且可以阻止磨件的硬质粒子和微凸起对磨损表面的嵌入和磨削，从而减弱了剪切应力对材料的破坏。
本发明的有益效果：
本发明制备出一种耐磨塑胶跑道，通过引入了弹性层和耐磨层，在为橡胶跑道提供弹性的同时，赋予其优异的耐磨性能，增长使用寿命，而且该弹性层和耐磨层都是以合成的耐水聚氨酯胶黏剂进行黏合，该胶黏剂在制备过程中随着聚合物交联密度的增大，硬段微区的交联作用增强，分子链自由体积减小，运动受阻，导致形成的亲水微区较小，被交联区域封闭，增加了水渗入薄膜中的难度，而且通过蓖麻油分子中的长链非极性脂肪酸链进一步提高了疏水效果，提高聚氨酯胶黏剂的耐水性能，而且本发明在聚氨酯胶黏剂中引入了硅氧键，能够提高与填料以及基体的结合性能，并且防止水破坏粘结效果，增加了聚氨酯胶黏剂的使用寿命，而且引入了KH-550改性的纳米晶纤维素，既降低纳米晶纤维素的晶型结构被破坏，保障纳米晶纤维素作为填料能够赋予基体优异的力学和耐磨性能，又提高了纳米晶纤维素与基体的相容性。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：所述耐水聚氨酯胶黏剂包括如下步骤制成：
步骤S1、将蓖麻油和丙三醇加入三口烧瓶中，匀速搅拌并加入氢氧化钠，搅拌均匀后缓慢升温至180℃，氮气气氛下保温反应1.5h，反应结束后制得反应产物，控制蓖麻油、丙三醇和氢氧化钠的重量比为50g∶9.82g∶0.03g；
步骤S2、将反应产物和六氢苯酐加入通入氮气的三口烧瓶中，加入钛酸四丁酯，匀速搅拌并缓慢升温至200℃，保温反应，反应过程中每30min测量一次酸值，直至体系酸值低于2mg KOH/g时终止加热，冷却至室温，制得中间体，控制反应产物、六氢苯酐和钛酸四丁酯的重量比为20g∶3.02g∶30μL；
步骤S3、将异佛尔酮二异氰酸酯、中间体和乙酸乙酯加入三口烧瓶中，升温至80℃，保温反应2.5h，测量异氰酸酯基质量分数，加入丙三醇，丙三醇与异氰酸酯基的摩尔比为1∶5，继续反应1.5h，反应结束后降温至50℃，加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，保温反应1h，制得耐水聚氨酯胶黏剂，控制异佛尔酮二异氰酸酯上的异氰酸酯基和中间体上的羟基的摩尔比为1∶3，乙酸乙酯的用量为异佛尔酮二异氰酸酯和中间体的质量和，γ-氨丙基三乙氧基硅烷的用量为中间体重量的4%。
实施例2：所述耐水聚氨酯胶黏剂包括如下步骤制成：
步骤S1、将蓖麻油和丙三醇加入三口烧瓶中，匀速搅拌并加入氢氧化钠，搅拌均匀后缓慢升温至180℃，氮气气氛下保温反应1.5h，反应结束后制得反应产物，控制蓖麻油、丙三醇和氢氧化钠的重量比为50g∶9.84g∶0.03g；
步骤S2、将反应产物和六氢苯酐加入通入氮气的三口烧瓶中，加入钛酸四丁酯，匀速搅拌并缓慢升温至200℃，保温反应，反应过程中每30min测量一次酸值，直至体系酸值低于2mg KOH/g时终止加热，冷却至室温，制得中间体，控制反应产物、六氢苯酐和钛酸四丁酯的重量比为22g∶3.04g∶30μL；
步骤S3、将异佛尔酮二异氰酸酯、中间体和乙酸乙酯加入三口烧瓶中，升温至80℃，保温反应2.5h，测量异氰酸酯基质量分数，加入丙三醇，丙三醇与异氰酸酯基的摩尔比为1∶5，继续反应1.5h，反应结束后降温至50℃，加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，保温反应1h，制得耐水聚氨酯胶黏剂，控制异佛尔酮二异氰酸酯上的异氰酸酯基和中间体上的羟基的摩尔比为1∶3，乙酸乙酯的用量为异佛尔酮二异氰酸酯和中间体的质量和，γ-氨丙基三乙氧基硅烷的用量为中间体重量的4.5%。
实施例3：所述耐水聚氨酯胶黏剂包括如下步骤制成：
步骤S1、将蓖麻油和丙三醇加入三口烧瓶中，匀速搅拌并加入氢氧化钠，搅拌均匀后缓慢升温至180℃，氮气气氛下保温反应1.5h，反应结束后制得反应产物，控制蓖麻油、丙三醇和氢氧化钠的重量比为50g∶9.86g∶0.03g；
步骤S2、将反应产物和六氢苯酐加入通入氮气的三口烧瓶中，加入钛酸四丁酯，匀速搅拌并缓慢升温至200℃，保温反应，反应过程中每30min测量一次酸值，直至体系酸值低于2mg KOH/g时终止加热，冷却至室温，制得中间体，控制反应产物、六氢苯酐和钛酸四丁酯的重量比为25g∶3.05g∶30μL；
步骤S3、将异佛尔酮二异氰酸酯、中间体和乙酸乙酯加入三口烧瓶中，升温至80℃，保温反应2.5h，测量异氰酸酯基质量分数，加入丙三醇，丙三醇与异氰酸酯基的摩尔比为1∶5，继续反应1.5h，反应结束后降温至50℃，加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，保温反应1h，制得耐水聚氨酯胶黏剂，控制异佛尔酮二异氰酸酯上的异氰酸酯基和中间体上的羟基的摩尔比为1∶3，乙酸乙酯的用量为异佛尔酮二异氰酸酯和中间体的质量和，γ-氨丙基三乙氧基硅烷的用量为中间体重量的5%。
对实施例1-实施例3制备出的耐水聚氨酯胶黏剂的耐水性能进行检测，结果如下表1所示：
称取5g耐水聚氨酯胶黏剂涂于聚四氟乙烯板上，室温下放置12h后置于60℃干燥箱中固化48h，形成胶膜，之后将胶膜裁剪成2cm×2cm的正方形，用分析天平精确称量，然后将剪下的胶膜浸泡于蒸馏水中，每隔１h取出一次，用 滤纸吸干其表面的水分后称其质量，根据公式计算吸水率，公式如下所示：
Figure SMS_1
W为吸水后的样品质量（g），W0为吸水前的样品质量（g）。
表1
0h 2h 4h
实施例1 0 0.6 1.1
实施例2 0 0.5 1.1
实施例3 0 0.6 1.2
对照组（市售聚氨酯胶黏剂AP-J7006） 0 3.5 4.6
从上表1中能够看出本发明实施例1-实施例3制备出的聚氨酯胶黏剂具有良好的耐水性能。
实施例4：一种耐磨塑胶跑道制备工艺，该耐磨塑胶跑道从下往上依次为基底层、防水层、弹性层和耐磨层，该耐磨塑胶跑道包括如下步骤制成：
第一步、将水泥或沥青铺设在路面上，形成厚度3cm的基底层；
第二步、在基底层表面铺设水性环氧树脂，形成厚度0.2mm的防水层；
第三步、在防水层表面铺设耐水聚氨酯胶黏剂和三元乙丙橡胶颗粒的混合物，形成厚度10mm的弹性层；
第四步、在弹性层表面耐水聚氨酯胶黏剂、三元乙丙橡胶颗粒和填料的混合物，形成厚度5mm的耐磨层。
所述耐磨层为耐水聚氨酯胶黏剂、三元乙丙橡胶颗粒和填料的混合物，所述耐水聚氨酯胶黏剂、三元乙丙橡胶颗粒和填料的重量比为1∶0.8∶0.03；
所述弹性层为耐水聚氨酯胶黏剂和三元乙丙橡胶颗粒的混合物，所述耐水胶黏剂和三元乙丙橡胶颗粒的重量比为1∶10。
填料为硅烷偶联剂KH-550改性后的纳米晶纤维素。
实施例5：一种耐磨塑胶跑道制备工艺，该耐磨塑胶跑道从下往上依次为基底层、防水层、弹性层和耐磨层，该耐磨塑胶跑道包括如下步骤制成：
第一步、将水泥或沥青铺设在路面上，形成厚度3cm的基底层；
第二步、在基底层表面铺设水性环氧树脂，形成厚度0.2mm的防水层；
第三步、在防水层表面铺设耐水聚氨酯胶黏剂和三元乙丙橡胶颗粒的混合物，形成厚度10mm的弹性层；
第四步、在弹性层表面耐水聚氨酯胶黏剂、三元乙丙橡胶颗粒和填料的混合物，形成厚度5mm的耐磨层。
所述耐磨层为耐水聚氨酯胶黏剂、三元乙丙橡胶颗粒和填料的混合物，所述耐水聚氨酯胶黏剂、三元乙丙橡胶颗粒和填料的重量比为1∶0.9∶0.04；
所述弹性层为耐水聚氨酯胶黏剂和三元乙丙橡胶颗粒的混合物，所述耐水胶黏剂和三元乙丙橡胶颗粒的重量比为1∶10。
填料为硅烷偶联剂KH-550改性后的纳米晶纤维素。
实施例6：一种耐磨塑胶跑道制备工艺，该耐磨塑胶跑道从下往上依次为基底层、防水层、弹性层和耐磨层，该耐磨塑胶跑道包括如下步骤制成：
第一步、将水泥或沥青铺设在路面上，形成厚度3cm的基底层；
第二步、在基底层表面铺设水性环氧树脂，形成厚度0.2mm的防水层；
第三步、在防水层表面铺设耐水聚氨酯胶黏剂和三元乙丙橡胶颗粒的混合物，形成厚度10mm的弹性层；
第四步、在弹性层表面耐水聚氨酯胶黏剂、三元乙丙橡胶颗粒和填料的混合物，形成厚度5mm的耐磨层。
所述耐磨层为耐水聚氨酯胶黏剂、三元乙丙橡胶颗粒和填料的混合物，所述耐水聚氨酯胶黏剂、三元乙丙橡胶颗粒和填料的重量比为1∶1∶0.05；
所述弹性层为耐水聚氨酯胶黏剂和三元乙丙橡胶颗粒的混合物，所述耐水胶黏剂和三元乙丙橡胶颗粒的重量比为1∶10。
填料为硅烷偶联剂KH-550改性后的纳米晶纤维素。
对实施例4-实施例6制备出的塑胶跑道的耐磨层的耐磨性能进行检测，结果如下表2所示：
采用DIN磨耗试验机（GT-7012-D，中国台湾高铁检测仪器有限公司）按 GB/T9867—2008测试耐磨层的耐磨耗性能。
表2
实施例4 实施例5 实施例6 对照组（纳米晶纤维素作为填料）
磨耗体积cm3 0.12 0.13 0.12 0.38
从上表2中能够看出本发明实施例4-实施例6制备出的塑胶跑道具有优异的耐磨性能。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种耐磨塑胶跑道制备工艺，其特征在于：该耐磨塑胶跑道从下往上依次为基底层、防水层、弹性层和耐磨层，该耐磨塑胶跑道包括如下步骤制成：
第一步、将水泥或沥青铺设在路面上，形成基底层；
第二步、在基底层表面铺设水性环氧树脂，形成防水层；
第三步、在防水层表面铺设耐水聚氨酯胶黏剂和三元乙丙橡胶颗粒的混合物，形成弹性层；
第四步、在弹性层表面耐水聚氨酯胶黏剂、三元乙丙橡胶颗粒和填料的混合物，形成耐磨层；
所述耐磨层为耐水聚氨酯胶黏剂、三元乙丙橡胶颗粒和填料的混合物，所述耐水聚氨酯胶黏剂、三元乙丙橡胶颗粒和填料的重量比为1∶0.8-1∶0.03-0.05；
所述耐水聚氨酯胶黏剂包括如下步骤制成：
步骤S1、将蓖麻油和丙三醇加入三口烧瓶中，匀速搅拌并加入氢氧化钠，搅拌均匀后缓慢升温至180℃，氮气气氛下保温反应1.5h，反应结束后制得反应产物；
步骤S2、将反应产物和六氢苯酐加入通入氮气的三口烧瓶中，加入钛酸四丁酯，匀速搅拌并缓慢升温至200℃，保温反应，反应过程中每30min测量一次酸值，直至体系酸值低于2mg KOH/g时终止加热，冷却至室温，制得中间体；
步骤S3、将异佛尔酮二异氰酸酯、中间体和乙酸乙酯加入三口烧瓶中，升温至80℃，保温反应2.5h，测量异氰酸酯基质量分数，加入丙三醇，继续反应1.5h，反应结束后降温至50℃，加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，保温反应1h，制得耐水聚氨酯胶黏剂。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨塑胶跑道制备工艺，其特征在于，步骤S1中控制蓖麻油、丙三醇和氢氧化钠的重量比为50g∶9.82-9.86g∶0.03g，步骤S2中控制反应产物、六氢苯酐和钛酸四丁酯的重量比为20-25g∶3.02-3.05g∶30μL，步骤S3中控制异佛尔酮二异氰酸酯上的异氰酸酯基和中间体上的羟基的摩尔比为1∶3，乙酸乙酯的用量为异佛尔酮二异氰酸酯和中间体的质量和，γ-氨丙基三乙氧基硅烷的用量为中间体重量的4-5%。
3.根据权利要求1所述的一种耐磨塑胶跑道制备工艺，其特征在于，所述基底层为水泥基底层或沥青基底层。
4.根据权利要求1所述的一种耐磨塑胶跑道制备工艺，其特征在于，所述防水层为水性环氧树脂层。
5.根据权利要求1所述的一种耐磨塑胶跑道制备工艺，其特征在于，所述弹性层为耐水聚氨酯胶黏剂和三元乙丙橡胶颗粒的混合物，所述耐水胶黏剂和三元乙丙橡胶颗粒的重量比为1∶10。
6.根据权利要求1所述的一种耐磨塑胶跑道制备工艺，其特征在于，所述填料为硅烷偶联剂KH-550改性后的纳米晶纤维素。
CN202310292120.2A 2023-03-23 2023-03-23 一种耐磨塑胶跑道制备工艺 Pending CN116219828A (zh)

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