CN117430920B - 一种高弹性、高耐久性的体育运动垫材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高弹性、高耐久性的体育运动垫材料及其制备方法，属于运动材料技术领域，由质量比为1：1~2的组分A和组分B组成；通过在双酚A环氧树脂侧链引入氰基和羧基，制备得到组分A和组分B两种聚合物材料；当组分A和组分B混合时，组分A和组分B侧链的氰基和羧基会通过氢键相互连接，交联形成网状的大分子聚合物，从而使得制备的材料具有较强的机械强度和耐久性。
Description
技术领域
本发明属于运动材料技术领域，具体是一种高弹性、高耐久性的体育运动垫材料及其制备方法。
背景技术
体育运动垫是一种常见的运动器材，它不仅被广泛应用于各种健身活动中，还被用于瑜伽、普拉提等锻炼项目中，它可以为运动者提供良好的支撑和舒适感，同时可以有效地防止运动过程中滑倒，起到一个防护作用。
目前市面上常见的运动垫的材质有PVC（聚氯乙烯）、橡胶或EVA（醋酸乙烯共聚物）。其中PVC中由于富含氯原子，导致其分解产物具有较大毒性；同时，PVC的制备工艺过程中也都伴随着污染性物质的产生和使用；但是，正是由于PVC中氯原子的存在，给线性的聚合物主链中引入了大量的非键电子，同时由于氯原子的空间位阻作用，导致PVC的分子主链产生高度的扭曲，这给基于PVC的材料带来了一定程度的弹性和柔软的性质，但PVC分子主链之间由于氯原子的排斥而相互离散，导致基于PVC的材料往往具有较低的强度及耐久性。橡胶材质具有优异的耐磨性，但其缺点是易老化、易变形；EVA材质的运动垫同样具有易老化和强度低的缺点。因此，开发一种高弹性，同时具有高耐久性的运动垫材料具有重要的意义。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种高弹性、高耐久性的体育运动垫材料及其制备方法。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
一种高弹性、高耐久性的体育运动垫材料，由质量比为1：1~2的组分A和组分B组成；
所述组分A的结构式为：
；
所述组分B的结构式为：
。
所述组分A按照如下方法制备得到：
以重量份计，将0.1~0.5份氢化钠悬浊于5~8份有机溶剂1中，再向其中加入0.5~2.5份溴乙腈，得到氢化钠混合液，将1份双酚A环氧树脂溶解于5~10份有机溶剂1中，滴加入所得氢化钠混合液中，加热至65~150℃，反应12~24h，反应完成后，向体系中加入5~8份质子性溶剂，再加入3~5份硅藻土，过滤，所得滤液减压蒸馏去除溶剂，所得残留物用有机溶剂2洗涤2~3次，干燥，得到组分A；
所述有机溶剂为四氢呋喃、二甲基甲酰胺或二甲基亚砜，所述的有机溶剂含水量小于10ppm。
所述质子性溶剂为水、甲醇、乙醇或异丙醇。
所述有机溶剂2为环己烷、石油醚、乙腈、正己烷或环戊烷。
所述组分B按照如下方法制备得到：
以重量份计，将0.6~1份氢化钠悬浊于5~8份有机溶剂1中，再向其中加入0.6~3份溴乙酸，得到氢化钠混合液，将1份双酚A环氧树脂溶解于5~10份有机溶剂1中，滴加入所得氢化钠混合液中，加热至65~150℃，反应12~24h，反应完成后，向体系中加入5~8份质子性溶剂，使用酸调节体系pH为4~5，再加入3~5份硅藻土，过滤，所得滤液减压蒸馏去除溶剂，所得残留物用有机溶剂3洗涤2~3次，干燥，得到组分B。
所述有机溶剂3为乙腈、丙酮或乙酸乙酯。
所述酸为1~3mol/L的盐酸、硫酸、磷酸、甲磺酸或三氟甲磺酸。
所述的高弹性、高耐久性的体育运动垫材料的制备方法，以重量份计，将组分A和组分B按照质量比1：1~2的质量比混合，得到高弹性、高耐久性的体育运动垫材料。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明的高弹性、高耐久性的体育运动垫材料，双酚A环氧树脂具有很强的耐化学腐蚀性、力学强度很高、电绝缘性好和耐腐蚀。通过在其侧链引入氰基和羧基，制备得到组分A和组分B两种聚合物材料；通过羧基和氰基上大量非键电子的引入，使制备的材料具有较大的柔韧性。同时，本发明制备的复合聚合物材料中大量存在的氰基与羧基之间形成的氢键网络也大大增加了材料的强度及弹性。此外，由于材料中不含氯等杂原子，在生产及使用过程中大大降低了污染性与毒性，使用起来更加安全健康，具有更加环保的特点。
本发明的高弹性、高耐久性的体育运动垫材料由组分A和组分B混合而成，当组分A和组分B混合时，组分A和组分B侧链的氰基和羧基会通过氢键相互连接，交联形成网状的大分子聚合物，从而使得制备的材料具有较强的机械强度和耐久性。
附图说明
图1为本发明的高弹性、高耐久性的体育运动垫材料的结构示意图；
图中，1-双酚A环氧树脂主链。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容做进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
组分A的制备：
将0.1kg氢化钠悬浊于5kg含水量小于10ppm的四氢呋喃中，再向其中加入0.5kg溴乙腈，得到氢化钠混合液，将1kg双酚A环氧树脂溶解于5kg含水量小于10ppm的四氢呋喃中，滴加入所得氢化钠混合液中，加热至65℃，反应12h，反应完成后，向体系中加入5kg 水，再加入3kg硅藻土，过滤，所得滤液减压蒸馏去除溶剂，所得残留物用环己烷洗涤2次，干燥，得到组分A。
组分B的制备：
将0.6kg氢化钠悬浊于5kg含水量小于10ppm的四氢呋喃中，再向其中加入0.6kg溴乙酸，得到氢化钠混合液，将1kg双酚A环氧树脂溶解于5kg含水量小于10ppm的四氢呋喃中，滴加入所得氢化钠混合液中，加热至65℃，反应12h，反应完成后，向体系中加入5kg甲醇，使用1mol/L的盐酸调节体系pH为4，再加入3kg硅藻土，过滤，所得滤液减压蒸馏去除溶剂，所得残留物用乙腈洗涤2次，干燥，得到组分B。
高弹性、高耐久性的体育运动垫材料的制备：
将0.5kg组分A和0.5kg组分B混合均匀，得到高弹性、高耐久性的体育运动垫材料。
实施例2
组分A的制备：
将0.2kg氢化钠悬浊于5.5kg含水量小于10ppm的二甲基甲酰胺中，再向其中加入1kg溴乙腈，得到氢化钠混合液，将1kg双酚A环氧树脂溶解于5.5kg含水量小于10ppm的二甲基甲酰胺中，滴加入所得氢化钠混合液中，加热至90℃，反应15h，反应完成后，向体系中加入5.5kg 甲醇，再加入3.5kg硅藻土，过滤，所得滤液减压蒸馏去除溶剂，所得残留物用乙腈洗涤2次，干燥，得到组分A。
组分B的制备：
将0.7kg氢化钠悬浊于5.5kg含水量小于10ppm的四氢呋喃中，再向其中加入1.2kg溴乙酸，得到氢化钠混合液，将1kg双酚A环氧树脂溶解于6kg含水量小于10ppm的四氢呋喃中，滴加入所得氢化钠混合液中，加热至85℃，反应14h，反应完成后，向体系中加入5.5kg水，使用2mol/L的硫酸调节体系pH为4.5，再加入3.5kg硅藻土，过滤，所得滤液减压蒸馏去除溶剂，所得残留物用丙酮洗涤2次，干燥，得到组分B。
高弹性、高耐久性的体育运动垫材料的制备：
将0.5kg组分A和0.6kg组分B混合均匀，得到高弹性、高耐久性的体育运动垫材料。
实施例3
组分A的制备：
将0.3kg氢化钠悬浊于6.5kg含水量小于10ppm的二甲基亚砜中，再向其中加入1.5kg溴乙腈，得到氢化钠混合液，将1kg双酚A环氧树脂溶解于6.5kg含水量小于10ppm的二甲基亚砜中，滴加入所得氢化钠混合液中，加热至100℃，反应18h，反应完成后，向体系中加入6.5kg 乙醇，再加入4kg硅藻土，过滤，所得滤液减压蒸馏去除溶剂，所得残留物用石油醚洗涤3次，干燥，得到组分A。
组分B的制备：
将0.8kg氢化钠悬浊于6.5kg含水量小于10ppm的二甲基亚砜中，再向其中加入1.8kg溴乙酸，得到氢化钠混合液，将1kg双酚A环氧树脂溶解于6.5kg含水量小于10ppm的二甲基亚砜中，滴加入所得氢化钠浑浊液中，加热至110℃，反应18h，反应完成后，向体系中加入6kg异丙醇，使用2mol/L的磷酸调节体系pH为4.5，再加入4kg硅藻土，过滤，所得滤液减压蒸馏去除溶剂，所得残留物用乙酸乙酯洗涤3次，干燥，得到组分B。
高弹性、高耐久性的体育运动垫材料的制备：
将0.5kg组分A和0.7kg组分B混合均匀，得到高弹性、高耐久性的体育运动垫材料。
实施例4
组分A的制备：
将0.4kg氢化钠悬浊于7.5kg含水量小于10ppm的四氢呋喃中，再向其中加入2kg溴乙腈，得到氢化钠混合液，将1kg双酚A环氧树脂溶解于7.5kg含水量小于10ppm的四氢呋喃中，滴加入所得氢化钠混合液中，加热至120℃，反应20h，反应完成后，向体系中加入7.2kg异丙醇，再加入4.5kg硅藻土，过滤，所得滤液减压蒸馏去除溶剂，所得残留物用正己烷洗涤3次，干燥，得到组分A。
组分B的制备：
将0.9kg氢化钠悬浊于7.5kg含水量小于10ppm的二甲基甲酰胺中，再向其中加入2.4 kg溴乙酸，得到氢化钠混合液，将1kg双酚A环氧树脂溶解于8.5kg含水量小于10ppm的二甲基甲酰胺中，滴加入所得氢化钠混合液中，加热至130℃，反应22h，反应完成后，向体系中加入7kg乙醇，使用2mol/L的三氟甲磺酸调节体系pH为4.5，再加入4.5kg硅藻土，过滤，所得滤液减压蒸馏去除溶剂，所得残留物用丙酮洗涤3次，干燥，得到组分B。
高弹性、高耐久性的体育运动垫材料的制备：
将0.5kg组分A和0.85kg组分B混合均匀，得到高弹性、高耐久性的体育运动垫材料。
实施例5
组分A的制备：
将0.5kg氢化钠悬浊于8kg含水量小于10ppm的四氢呋喃中，再向其中加入2.5kg溴乙腈，得到氢化钠混合液，将1kg双酚A环氧树脂溶解于10kg含水量小于10ppm的四氢呋喃中，滴加入所得氢化钠混合液中，加热至150℃，反应24h，反应完成后，向体系中加入8kg 异丙醇，再加入5kg硅藻土，过滤，所得滤液减压蒸馏去除溶剂，所得残留物用石油醚洗涤3次，干燥，得到组分A。
组分B的制备：
将1kg氢化钠悬浊于8kg含水量小于10ppm的四氢呋喃中，再向其中加入3kg溴乙酸，得到氢化钠混合液，将1kg双酚A环氧树脂溶解于10kg含水量小于10ppm的四氢呋喃中，滴加入所得氢化钠混合液中，加热至150℃，反应24h，反应完成后，向体系中加入8kg甲醇，使用3mol/L的三氟甲磺酸调节体系pH为5，再加入5kg硅藻土，过滤，所得滤液减压蒸馏去除溶剂，所得残留物用丙酮洗涤3次，干燥，得到组分B。
高弹性、高耐久性的体育运动垫材料的制备：
将0.5kg组分A和1kg组分B混合均匀，得到高弹性、高耐久性的体育运动垫材料。
实施例6
组分A的制备：
将0.1kg氢化钠悬浊于8kg含水量小于10ppm的四氢呋喃中，再向其中加入1.5kg溴乙腈，得到氢化钠混合液，将1kg双酚A环氧树脂溶解于10kg含水量小于10ppm的四氢呋喃中，滴加入所得氢化钠混合液中，加热至150℃，反应12h，反应完成后，向体系中加入8kg 甲醇，再加入3kg硅藻土，过滤，所得滤液减压蒸馏去除溶剂，所得残留物用石油醚洗涤3次，干燥，得到组分A。
组分B的制备：
将1kg氢化钠悬浊于5kg含水量小于10ppm的四氢呋喃中，再向其中加入1.5kg溴乙酸，得到氢化钠混合液，将1kg双酚A环氧树脂溶解于5kg含水量小于10ppm的四氢呋喃中，滴加入所得氢化钠混合液中，加热至65℃，反应24h，反应完成后，向体系中加入5kg甲醇，使用3mol/L的盐酸调节体系pH为4，再加入5kg硅藻土，过滤，所得滤液减压蒸馏去除溶剂，所得残留物用丙酮洗涤3次，干燥，得到组分B。
高弹性、高耐久性的体育运动垫材料的制备：
将0.5kg组分A和0.75kg组分B混合均匀，得到高弹性、高耐久性的体育运动垫材料。
性能评价
以重量份计，将50份实施例1~6制备的高弹性、高耐久性的体育运动垫材料、30份增塑剂对苯二甲酸二辛酯、25份活性碳酸钙、6份端羧基液体丁腈橡胶、2份发泡剂偶氮二甲酰胺、1份钾锌稳定剂加入搅拌机，在1500r/min下搅拌分散1~2h，将得到的浆料涂布在基布上，于200℃下固化、冷却，再送入发泡炉进行发泡，得到体育运动垫。
对比例使用50份聚氯乙烯代替上述实施例1~6制备的高弹性、高耐久性的体育运动垫材料按照上述方法制备体育运动垫。
将实施例1~6和对比例制备的体育运动垫进行性能测试，其中按照GB/T6344-2008中的方法进行拉伸强度和断裂伸长率测试；其检测结果如表1所示。
表1 体育运动垫性能检测结果
由表1结果可以看出，利用本发明制备的高弹性、高耐久性的体育运动垫材料制备的体育运动垫弹性好，拉伸强度和断裂伸长率较高，撕裂强度大，抵抗破坏能力强。
为了验证本发明制备的材料的耐久性，分别将实施例1~6和对比例制备的体育运动垫进行耐疲劳试验，通过试验机以恒定频率向体育运动垫施加周期垂向荷载，经过10万次荷载循环后，观察体育运动垫的情况，并且按照GB/T 21527-2008的方法测试压缩永久变形率；检测结果如表2所示。
表2体育运动垫耐久性检测结果
由表2结果可以看出，利用本发明的高弹性、高耐久性的体育运动垫材料制备的体育运动垫相比于对比例，抗疲劳强度高，压缩永久变形率低，具有更高的耐久性能，持久耐用，使用起来更放心。
上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (8)
1.一种高弹性、高耐久性的体育运动垫材料，其特征在于：由质量比为1：1~2的组分A和组分B组成；
所述组分A的结构式为：
；
所述组分B的结构式为：
。
2.如权利要求1所述的高弹性、高耐久性的体育运动垫材料，其特征在于：所述组分A按照如下方法制备得到：
以重量份计，将0.1~0.5份氢化钠悬浊于5~8份有机溶剂1中，再向其中加入0.5~2.5份溴乙腈，得到氢化钠混合液，将1份双酚A环氧树脂溶解于5~10份有机溶剂1中，滴加入所得氢化钠混合液中，加热至65~150℃，反应12~24h，反应完成后，向体系中加入5~8份质子性溶剂，再加入3~5份硅藻土，过滤，所得滤液减压蒸馏去除溶剂，所得残留物用有机溶剂2洗涤2~3次，干燥，得到组分A；
所述有机溶剂为四氢呋喃、二甲基甲酰胺或二甲基亚砜，所述的有机溶剂含水量小于10ppm。
3.如权利要求2所述的高弹性、高耐久性的体育运动垫材料，其特征在于：所述质子性溶剂为水、甲醇、乙醇或异丙醇。
4.如权利要求2所述的高弹性、高耐久性的体育运动垫材料，其特征在于：所述有机溶剂2为环己烷、石油醚、乙腈、正己烷或环戊烷。
5.如权利要求1所述的高弹性、高耐久性的体育运动垫材料，其特征在于：所述组分B按照如下方法制备得到：
以重量份计，将0.6~1份氢化钠悬浊于5~8份有机溶剂1中，再向其中加入0.6~3份溴乙酸，得到氢化钠混合液，将1份双酚A环氧树脂溶解于5~10份有机溶剂1中，滴加入所得氢化钠混合液中，加热至65~150℃，反应12~24h，反应完成后，向体系中加入5~8份质子性溶剂，使用酸调节体系pH为4~5，再加入3~5份硅藻土，过滤，所得滤液减压蒸馏去除溶剂，所得残留物用有机溶剂3洗涤2~3次，干燥，得到组分B。
6.如权利要求5所述的高弹性、高耐久性的体育运动垫材料，其特征在于：所述有机溶剂3为乙腈、丙酮或乙酸乙酯。
7.如权利要求5所述的高弹性、高耐久性的体育运动垫材料，其特征在于：所述酸为1~3mol/L的盐酸、硫酸、磷酸、甲磺酸或三氟甲磺酸。
8.权利要求1所述的高弹性、高耐久性的体育运动垫材料的制备方法，其特征在于：以重量份计，将组分A和组分B按照质量比1：1~2的质量比混合，得到高弹性、高耐久性的体育运动垫材料。
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