用于体育场地的聚氨酯弹性体及其制备方法.pdf

本发明涉及高分子材料技术领域，具体的说是一种用于体育场地的聚氨酯弹性体及其制备方法，它由下列弹性体甲组分、乙组分和丙组分组成，其中甲组分与乙组分的重量比为1∶2－1∶4，丙组分的百分比以甲、乙组分的总重量计，其中甲组分组成为：二苯基甲烷二异氰酸酯、聚醚二元醇、蒙脱土；乙组分组成为：聚醚三元醇、3，5二氯对三氟甲基苯乙醚、氯化石蜡、滑石粉、氧化钙、铁红或柠檬黄—酞菁绿混合体、五氯苯酚；丙组分组成为：废橡胶颗粒、金属催化剂。与现有技术相比，本发明原料易得、生产成本低、工艺简便易于产业化、更环保、产品具有更高的耐用性和阻燃性，应用性能优异，极具市场推广价值。

1、  一种用于体育场地的聚氨酯弹性体，其特征在于：它由下列弹性体甲组分、乙组分和丙组分组成，其中
甲组分中的组成百分比：
二苯基甲烷二异氰酸酯                  2.280％-5.326％
聚醚二元醇                            9.120％-21.306％
蒙脱土                                9.120％-21.306％
乙组分中的组成百分比：
聚醚三元醇                            10.653％-15.200％

3，  5二氯对三氟甲基苯乙醚              2.13％-6.080％
氯化石蜡                              13.317％-21.280％
滑石粉                                13.317％-21.280％
氧化钙                                1.598％-3.040％
铁红或柠檬黄-酞菁绿混合体             0.799％-1.824％
五氯苯酚                              0.266％-0.608％
丙组分中的组成百分比：
废橡胶颗粒                            20.000％-23.000％
金属催化剂                            0.099％-0.999％

2.  根据权利要求1所述的一种用于体育场地的聚氨酯弹性体，其特征在于：所述的二苯基甲烷二异氰酸酯为4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯或2，4-二苯基甲烷二异氰酸酯或他们的混合物。

3.  根据权利要求1所述的一种用于体育场地的聚氨酯弹性体，其特征在于：所述的聚醚二元醇为聚环氧丙烷醚二元醇。

4.  根据权利要求1所述的一种用于体育场地的聚氨酯弹性体，其特征在于：所述的聚醚三元醇为丙三醇聚环氧丙烷醚。

5、  根据权利要求1所述的一种用于体育场地的聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于：
(a)甲组分的制备：将基于甲组分重量的真空脱水脱气后的聚醚二元醇60％-80％投入反应釜中，再加入蒙脱土15％-5％，搅拌均匀，最后加入二苯基甲烷二异氰酸酯20％-15％，搅拌升温，在80-90℃保温2-3小时，降温到室温备用，得到的合成物便为聚氨酯预聚体。
(b)乙组分的制备：将将基于乙组分重量的聚醚三元醇20％-25％投入反应釜中，70℃下真空脱水脱气，再依次加入3，5二氯对三氟甲基苯乙醚4-10％，氯化石蜡25％-35％，滑石粉25-35％，氧化钙3-5％，铁红或柠檬黄-酞菁绿混合体1.5％-3.0％，五氯苯酚0.5％，搅拌混合均匀，将温度升到85℃抽真空，脱水份1-2小时，冷却到室温备用。
(c)聚氨酯弹性体的制备：将重量比为1∶2-1∶4的甲乙两组分混合均匀后加入量为甲、乙组分总重量的25-30％的废橡胶颗粒及0.1％-1％的金属催化剂，搅拌，聚合固化，制备出体育场地弹性涂层聚氨酯弹性体。

6、  根据权利要求1所述的一种用于体育场地的聚氨酯弹性体，其特征在于：所述的金属催化剂可为异辛酸锌或辛酸锌或辛酸铅或异辛酸铅。

用于体育场地的聚氨酯弹性体及其制备方法
[技术领域]
本发明涉及高分子材料技术领域，具体的说是一种用于体育场地的聚氨酯弹性体及其制备方法。
[技术背景]
美国明尼苏达采矿制造公司(即3M公司)最早于1961年用聚氨酯材料铺设了一条200m长的赛马道，1963年又铺设了田径跑道，由于使用效果较好，受到各国的重视。1965年西德正式生产塑胶跑道。1967年在加拿大召开的泛美运动会开始采用塑胶跑道。1968年在墨西哥召开的19届奥林匹克运动会上聚氨酯塑胶跑道被正式采用，称为“塔当”跑道，得到国际奥委会的承认。此后国际奥委会就正式把塑胶跑道定为国际比赛的必备条件之一，世界各国竞相铺设。日本、意大利、英国、法国、瑞士、瑞典等国相继生产和铺设了塑胶跑道。我国是1972年开始研制合成材料运动场地用PU塑胶的，于1978年进行部级鉴定。1979年9月北京体育馆室内田径场首次采用Pu材料铺设，面积4500m²。
聚氨酯塑胶跑道具有弹性好、耐磨、防滑、色彩美观、场地清洁、易于维护管理、不受气候等条件影响的优点。这种场地平坦均匀，可吸收震动，弹跳自如，运动员若跃放能减轻受伤程度。由于跑道色彩鲜艳美观，给运动员一种舒适感，可振奋精神，提高竞技水平，加之跑道平坦、不滑、有弹性，有助于运动员提高成绩。自田径赛场采用了聚氨酯跑道以来，比赛成绩不断提高。
虽然国内外聚氨酯跑道铺面材料的品种很多，专业性较强，但是就其结构而言，作为户外用运动型聚氨酯铺面材料基本可以分为两种型号四类：即全塑型、颗粒型、混合型、复合型。
国内大部分塑胶跑道单用TDI作预聚体，为了提高塑胶铺面材料的硬度，必须提高-NCO的含量，使得预聚体中游离的TDI较多，但由于TDI挥发性强，对操作人员的身体健康不利。
在CN1033639A所公布的是一种MOCA扩链交联剂，同样的MOCA为致癌物质。
聚合物/蒙脱土纳米复合材料与传统的复合材料相比，在性能上有很大改善，主要表现在力学性能、热性能、气体阻隔性能和材料的各向异性等方面。
力学性能：优异的力学性能是聚合物/蒙脱土纳米复合材料的一大优势。硅酸盐片层以纳米水平均匀分散在聚合物基体中，由于纳米粒子具有极大的比表面积，表面的原子非常活泼，与聚合物形成强的相互作用，聚合物也可能与无机片层形成氢键和静电作用，使材料的力学性能大大改善。此外，无机片层在聚合物基体中均匀分散，起到了物理交联点的作用，阻止聚合物基体的应力屈服或出现裂纹，即使量很少，力学性能也能显著提高。
热性能：热性能是影响材料应用范围的一个重要因素。大量研究表明，加入蒙脱土后，复合材料的热稳定性增强，热分解温度升高，这是因为蒙脱土的片层结构阻碍了聚合物分子在热分解中产生的小分子的运动。
阻隔性能：复合材料中的蒙脱土片层为纳米尺寸，且为平面趋向，小于可见光波长，光波可绕过片层，因此蒙脱土的加入并不影响材料的透明性，但是一般的气体分子和水分子却不能够穿过片层，必须绕过片层在片层间的间隙扩散，这样大大延长了气体通过的路线。因此聚合物/蒙脱土纳米复合材料具有优异的阻隔性能、低的吸湿性能和高的阻燃性，阻隔性能随蒙脱土含量的增加而增强。
[发明内容]
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，采用挥发性远小于TDI的液化MDI及毒性较小的物质替代MOCA，避免环境污染；使用废橡胶颗粒代替PU颗粒或EPDM颗粒作为弹性涂层的填料，降低弹性涂层的制造成本；采用纳米插层技术以提高弹性涂层的的断裂生长率以及拉伸强度，并且提高场地的阻燃性能，而设计的一种用于体育场地的聚氨酯弹性体及其制备方法。
为实现上述目的，提供一种用于体育场地的聚氨酯弹性体及其制备方法，其特征在于它由下列弹性体甲组分、乙组分和丙组分组成，其中甲组分中的组成百分比：
二苯基甲烷二异氰酸酯            2.280％-5.326％
聚醚二元醇                      9.120％-21.306％
蒙脱土                          9.120％-21.306％
乙组分中的组成百分比：
聚醚三元醇                      10.653％-15.200％
3，5二氯对三氟甲基苯乙醚           2.13％-6.080％
氯化石蜡                           13.317％-21.280％
滑石粉                             13.317％-21.280％
氧化钙                             1.598％-3.040％
铁红或柠檬黄—酞菁绿混合体         0.799％-1.824％
五氯苯酚                           0.266％-0.608％
丙组分中的组成百分比：
废橡胶颗粒                         20.000％-23.000％
金属催化剂                         0.099％-0.999％
所述的二苯基甲烷二异氰酸酯为4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯或2，4-二苯基甲烷二异氰酸酯或他们的混合物。所述的聚醚二元醇为聚环氧丙烷醚二元醇。所述的聚醚三元醇为丙三醇聚环氧丙烷醚。聚氨酯弹性体的制备方法：甲组分的制备：将基于甲组分重量的真空脱水脱气后的聚醚二元醇60％-80％投入反应釜中，再加入蒙脱土15％-5％，搅拌均匀，最后加入二苯基甲烷二异氰酸酯20％-15％，搅拌升温，在80-90℃保温2-3小时，降温到室温备用，得到的合成物便为聚氨酯预聚体。乙组分的制备：将将基于乙组分重量的聚醚三元醇20％-25％投入反应釜中，70℃下真空脱水脱气，再依次加入3，5二氯对三氟甲基苯乙醚4-10％，氯化石蜡25％-35％，滑石粉25-35％，氧化钙3-5％，铁红或柠檬黄-酞菁绿混合体1.5％-3.0％，五氯苯酚0.5％，搅拌混合均匀，将温度升到85℃抽真空，脱水份1-2小时，冷却到室温备用。聚氨酯弹性体的制备：将重量比为1∶2-1∶4的甲乙两组分混合均匀后加入量为甲、乙组分总重量的25-30％的废橡胶颗粒及0.1％-1％的金属催化剂，搅拌，聚合固化，制备出体育场地弹性涂层聚氨酯弹性体。所述的金属催化剂可为异辛酸锌或辛酸锌或辛酸铅或异辛酸铅。
与现有技术相比，本发明原料易得、生产成本低、工艺简便易于产业化、更环保、产品具有更高的耐用性和阻燃性，应用性能优异，极具市场推广价值。
[附图说明]
参见附图1，1为蒙脱土地预处理；2为甲组分的制备；3为乙组分的制备；4为聚氨酯弹性体的制备。
[具体实施方式]
下面对本发明作进一步说明，本发明对于本专业技术领域的人来说还是比较清楚地。
蒙脱土的预处理：本发明中使用的蒙脱土是一种改性过的纳米级的钠基蒙脱土，蒙脱土作为无机矿物具有亲水疏油性，同聚合物的相容性不好，因而利用蒙脱土层间有大量无机金属离子的可交换性，用有机阳离子来交换金属离子，使蒙脱土有机化，对其进行有机改性。常用的有机阳离子应选用烷基铵盐、季铵盐，如选用十八烷基苄基氯化铵、二甲基十八烷基羟乙基铵、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基铵、双十八烷基甲基苄基氯化铵、N-十八烷基对苯二甲酸钠、双十八烷基二甲基氯化铵、苯基二甲基十八烷基铵盐、二羟乙基甲基铵盐等作为改性剂。方法是：将6份的经过精制、改性后，阳离子交换容量为10的钠基蒙脱土，分散在94份的蒸馏水中，溶胀一段时间后，加入1份有机阳离子改性剂-十八烷基三甲基氯化铵，在70℃下使用超声波剧烈搅拌1.5-2小时，经过滤，水洗，脱水，干燥，粉碎即得产品。
经过有机化处理的蒙脱土由于体积较大的有机阳离子交换了原来的金属离子，使蒙脱土层间距增大，同时因蒙脱土片层表面被有机阳离子覆盖，蒙脱土由亲水性变为亲油性。所以经过有机化处理的蒙脱土与插层的有机聚合物或有机小分子化合物有了良好的亲和性，这样有机化合物可以较容易地插层到蒙脱土层间。由于改性剂分子与聚合物单体或高分子具有较强的化学或物理作用，利于单体或聚合物插层反应进行，可以增强蒙脱土片层与聚合物两相间的界面粘接。从分子设计的观点来看，有机阳离子分子结构与单体及其聚合物相容，且具有可参与聚合的基团，这样聚合物基体能通过化学键与蒙脱土片层相连接，极大地提高了聚合物与层状蒙脱土的界面相互作用，有助于提高复合材料的性能。改性剂进入蒙脱土片层之间，可使片层间距扩大，在以后的聚合过程中可分离为纳米片层均匀地分散于聚合物基体中，因而得到的纳米复合材料具有一般复合材料所不具备的物理力学性能。
实施例1：
1)甲组分的制备：将商品名为N330，分子量3000，水份≤0.1％，酸值≤0.1mgKOH/g的73份聚醚二元醇真空脱水脱气后，投入反应釜中，再加入有机蒙脱土7份，搅拌均匀，最后加入含量在98％以上的二苯基甲烷二异氰酸酯20份，搅拌升温，在85℃保温2-3小时，降温到室温备用，合成物就是聚氨酯预聚体。
2)乙组分的制备：将聚醚三元醇25份投入反应釜中，70℃下真空脱水脱气，再依次加入3，5二氯对三氟甲基苯乙醚7.5份，氯化石蜡30份，滑石粉30，氧化钙4份，铁红3份，五氯苯酚0.5份，搅拌混合均匀，将温度升到85℃抽真空，脱水份1-2小时，冷却到室温备用。
3)聚氨酯弹性体的制备：胶料配比—甲组分∶乙组份为90∶40，按胶料配比迅速将甲乙组分混合均匀，依次加入为甲、乙组分总重量的25％的废橡胶颗粒0.3％的金属催化剂，搅拌均匀，浇注，室温固化10天后对得到的弹性涂层进行性能测试结果为：用GB/T531方法测试硬度为：59邵A，用GB/T 10654方法测试拉伸强度为2.1Mpa，用GB/T 10654方法测试扯断伸长率为160％，用GB/T 14833方法测试压缩复原值为：99％，用GB/T 1681方法测试的回弹值为30％，用GB/T 14833方法测试的阻燃值为1级。
实施例2：
1)甲组分的制备：将商品名为N330，分子量3000，水份≤0.1％，酸值≤0.1mgKOH/g的75份聚醚二元醇真空脱水脱气后，投入反应釜中，再加入有机蒙脱土5份，搅拌均匀，最后加入含量在98％以上的二苯基甲烷二异氰酸酯20份，搅拌升温，在85℃保温2-3小时，降温到室温备用，合成物就是聚氨酯预聚体。
2)乙组分的制备：将聚醚三元醇25份投入反应釜中，70℃下真空脱水脱气，再依次加入3，5二氯对三氟甲基苯乙醚7.5份，氯化石蜡30份，滑石粉30，氧化钙4份，铁红3份，五氯苯酚0.5份，搅拌混合均匀，将温度升到85℃抽真空，脱水份1-2小时，冷却到室温备用。
3)聚氨酯弹性体的制备：胶料配比—甲组分∶乙组份为90∶40，按胶料配比迅速将甲乙组分混合均匀，依次加入为甲、乙组分总重量的25％的废橡胶颗粒0.3％的金属催化剂，搅拌均匀，浇注，室温固化10天后对得到的弹性涂层进行性能测试结果为：用GB/T531方法测试硬度为：56邵A，用GB/T 10654方法测试拉伸强度为2.0Mpa，用GB/T 10654方法测试扯断伸长率为140％，用GB/T 14833方法测试压缩复原值为：99％，用GB/T 1681方法测试的回弹值为30％，用GB/T 14833方法测试的阻燃值为1级。
实施例3：
1)甲组分的制备：将商品名为N330，分子量3000，水份≤0.1％，酸值≤0.1mgKOH/g的67份聚醚二元醇真空脱水脱气后，投入反应釜中，再加入有机蒙脱土15份，搅拌均匀，最后加入含量在98％以上的二苯基甲烷二异氰酸酯18份，搅拌升温，在85℃保温2-3小时，降温到室温备用，合成物就是聚氨酯预聚体。
2)乙组分的制备：将聚醚三元醇25份投入反应釜中，70℃下真空脱水脱气，再依次加入3，5二氯对三氟甲基苯乙醚7.5份，氯化石蜡30份，滑石粉30，氧化钙4份，铁红3份，五氯苯酚0.5份，搅拌混合均匀，将温度升到85℃抽真空，脱水份1-2小时，冷却到室温备用。
3)聚氨酯弹性体的制备：胶料配比—甲组分∶乙组份为90∶40，按胶料配比迅速将甲乙组分混合均匀，依次加入为甲、乙组分总重量的25％的废橡胶颗粒0.3％的金属催化剂，搅拌均匀，浇注，室温固化10天后对得到的弹性涂层进行性能测试结果为：用GB/T531方法测试硬度为：53邵A，用GB/T 10654方法测试拉伸强度为2.4Mpa，用GB/T 10654方法测试扯断伸长率为145％，用GB/T 14833方法测试压缩复原值为：95％，用GB/T 1681方法测试的回弹值为30％，用GB/T 14833方法测试的阻燃值为1级。。
实施例4：
1)甲组分的制备：将商品名为N330，分子量3000，水份≤0.1％，酸值≤0.1mgKOH/g的75份聚醚二元醇真空脱水脱气后，投入反应釜中，搅拌均匀，最后加入含量在98％以上的二苯基甲烷二异氰酸酯25份，搅拌升温，在85℃保温2-3小时，降温到室温备用，合成物就是聚氨酯预聚体。
2)乙组分的制备：将聚醚三元醇25份投入反应釜中，70℃下真空脱水脱气，再依次加入3，5二氯对三氟甲基苯乙醚7.5份，氯化石蜡30份，滑石粉30，氧化钙4份，铁红3份，五氯苯酚0.5份，搅拌混合均匀，将温度升到85℃抽真空，脱水份1-2小时，冷却到室温备用。
3)聚氨酯弹性体的制备：胶料配比—甲组分∶乙组份为90∶40，按胶料配比迅速将甲乙组分混合均匀，依次加入为甲、乙组分总重量的25％的废橡胶颗粒0.3％的金属催化剂，搅拌均匀，浇注，室温固化10天后对得到的弹性涂层进行性能测试结果为：用GB/T531方法测试硬度为：58邵A，用GB/T 10654方法测试拉伸强度为1.5Mpa，用GB/T 10654方法测试扯断伸长率为103％，用GB/T 14833方法测试压缩复原值为：98％，用GB/T 1681方法测试的回弹值为30％，用GB/T 14833方法测试的阻燃值为1级。