由聚氨酯/纳米蒙脱土制备的体育场地耐磨层材料及其制备方法 技术领域
本发明属于高分子复合材料，特别涉及由聚氨酯/纳米蒙脱土制备的体育运动场地耐磨层材料(纳米聚氨酯颗粒)及其制备方法。
背景技术
聚氨酯颗粒因其高耐磨性，高弹性仍是国际、国内体育场地(田径跑道)铺装材料的最佳选择。我国现体育场地使用的是聚氨酯粒料胶(通称A组份)及固化剂(通称B组份)双组份配方，浇注室温成型。至今，我国各厂家生产用作体育场地耐磨层材料的普通聚氨酯粒料胶的配方，均沿用中国发明专利公开号为C N 1033639A所公开的TDI-MOCA体系，产品的质量一般仅仅能达到国家标准。此配方通过近二十年的实践，暴露出很多缺陷，如聚氨酯弹性体力学性能低，尤其制造厂家为降低生产成本，大大增加形成聚氨酯弹性体B组份中的填充料含量，由此进一步加剧了聚氨酯弹性体力学性能的下降，耐磨性差，粘接力不好，其结果更易造成由该聚氨酯弹性体铺装的体育场地自然脱粒，不耐磨，使用寿命大为缩短。
发明内容
本发明的目的之一是提供由聚氨酯/纳米蒙脱土制备的体育运动场地耐磨层材料(纳米聚氨酯颗粒)，用以提高聚氨酯弹性体力学性能及耐磨性，延长其使用寿命。
本发明的另一目的是提供由聚氨酯/纳米蒙脱土制备的体育运动场地耐磨层材料的制备方法。
本发明的目的是这样实现的：
由聚氨酯/纳米蒙脱土制备的体育运动场地耐磨层材料是由弹性体A组份、B组份和异辛酸盐催化剂组成；其中，聚氨酯/纳米蒙脱土中A组份与B组份的重量比为1∶2～1∶4，异辛酸盐催化剂的用量是A组份和B组份重量总和的3～7wt％；
A组份地组成及重量百分比为：
甲苯二异氰酸 22～33％
聚醚二元醇 67～78％
B组份的组成及重量百分比为：
聚醚三元醇 15～30％
3，3’-二绿-4，4’-二氨基二本基甲烷 4～8％
纳米蒙脱土 1～5％
滑石粉 28～38％
二氧化硅粉 1～3％
氯化石腊油 25～34％
铁红(Fe2O3)或柠檬黄-酞青绿混合体 2～4％
所述的聚醚三元醇包括丙三醇聚氧丙稀醚，其分子量为3000；所述的聚醚二元醇包括丙二醇聚氧丙稀醚，其分子量为400～2000；氯化石腊油和滑石粉是工业级的；二氧化硅是气相或沉淀白炭黑；所述的异辛酸盐包括异辛酸钙或异辛酸锌等。
本发明的由聚氨酯/纳米蒙脱土制备的体育场地耐磨层材料的制备方法，以重量百分比计为，该方法的步骤包括：
(1)、A组份制备：将基于A组份总量的聚醚二元醇67～78％加入到反应釜中，在80～100℃下搅拌，抽真空脱水脱气2～3小时，冷却至40～60℃，加入甲苯二异氰酸酯22～32％，在70～90℃下反应2～3小时，冷却至室温备用；
(2)、B组份制备：将基于B组份总量的纳米蒙脱土1～5％与聚醚三元醇15～30％加入到反应釜中搅拌混合，在50～60℃下抽真空脱水脱气1～3小时，再混入3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷4～8％、滑石粉28～38％、二氧化硅粉1～3％、铁红或柠檬黄-酞菁绿混合体2～4％和氯化石蜡油25～35％在80℃～90℃下搅拌混合，抽真空脱水脱气1～2小时，冷却至室温备用；
(3)、纳米聚氨酯颗粒的制备：按聚氨酯/纳米蒙脱土中A组份与B组份的重量比为1∶2～1∶4混合A和B组份，混合均匀后加入量为A和B组份重量总合的3～7％的异辛酸盐催化剂，搅拌，聚合固化，制备出体育场地铺装材料用的纳米聚氨酯弹性体胶板，经过7～14天的老化，再进行颗粒加工，颗粒粒径为2～4.5mm。
本发明所用的蒙脱土可从市场购得，纳米蒙脱土可用如下的制备方法获得：蒙脱土5％(W/W)水溶液，其阳离子交换容量CEC9～10mmol/g计，搅拌反应1小时，吸滤，水洗至无Cl-(AgNO3检测)，烘干、粉碎。
本发明所用蒙脱土是一种层状硅酸盐，其结构片层约1纳米(1nm)。在其层状结构中有一铝氧八面体亚层，它在其中与两个硅氧四面体的亚层通过共用氧原子连接，由于中间夹层的铝氧层的铝原子被低价离子，如Na+，Ca++等取代，片层因而有负电荷，容易与烷基季铵盐或其他有机阳离子进行交换，生成有机化蒙脱土，因而具有亲油性。如此，它可与有机高分子单体混合，也可能单体进入被因烷基季铵盐交换而扩大的层间。进行高分子聚合反应，它不仅有纳米尺寸所提供的纳米效应(如高的表面能等)，且聚合物分子存在结构片层中，这样晶体结构对有机高分子的力学性能贡献也不能忽视。
本发明再改变传统聚氨酯弹性体体育场地耐磨层的配方时，着重采用纳米蒙脱土复合技术，使体育场地耐磨层的力学性能大为增强，拉伸强度增幅在20％以上，断裂伸长率增幅在30～40％以上。大大提高了体育场地的铺装质量，使用寿命得到了延长，并为进一步改进配方，降低生产成本方面提供了可能。
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。
具体实施方式
实施例1：田径跑道铺装用纳米聚氨酯颗粒
1)、A组份制备：将基于A组份总量的，其分子量为2000的丙二醇聚氧丙烯醚43％和分子量为1000的丙二醇聚氧丙烯醚32％加入到反应釜中，在80℃下搅拌，抽真空脱水脱气3小时，冷却至40～60℃，加入甲苯二异氰酸酯25％，在70℃下反应2～3小时，冷却至室温备用；
2)、B组份制备：将基于B组份总量的纳米蒙脱土4％与丙三醇聚氧丙烯醚22％加入到反应釜中搅拌混合，在80℃下抽真空脱水脱气3小时，再混入3，3’-二氯-4，4’二氨基二苯基甲烷8％、滑石粉27.4％、二氧化硅粉1％、铁红3.6％和氯化石蜡油34％在85℃下搅拌混合，抽真空，脱湿气1小时，冷却至室温备用；
3)、纳米聚氨酯颗粒的制备：按聚氨酯/纳米蒙脱土中A组份与B组份的重量比为1∶2混合A和B组份，混合均匀后加入量为A和B组份重量总合的5％的异辛酸铅催化剂，搅拌，聚合固化，制备出体育场地耐磨层材料用的纳米聚氨酯弹性体胶板，经过7～14天自然老化后，再将胶板加工成颗粒，粒径为2～5mm。以备田径场跑道铺装耐磨层时用。
实施例2.田径跑道铺装用纳米聚氨酯颗粒
1).A组份制备：将基于A组份总量的，其分子量为2000的丙二醇聚氧丙烯醚40％和分子量为1000的丙二醇聚氧丙烯醚30％加入到反应釜中，在85℃下搅拌，抽真空脱水脱气2.5小时，冷却至40～60℃，加入甲苯二异氰酸30％，在80℃下常压反应2小时后，冷却至室温备用。
2).B组份制备：将基于B组份总量的纳米蒙脱土4.4％与丙三醇聚氧丙烯醚22％加入到反应釜中搅拌混合，在80℃下脱水脱气1小时，再混入3，3’-二氧-4，4’-二氨基二苯基甲烷7.3％、滑石粉26.7％、二氧化硅1％、铁红3.6％和氯化石腊油35％在90℃下搅拌混合，抽真空，脱湿气2小时，冷却到室温备用；
3).纳米聚氨酯颗粒的制备：按聚氨酯/纳米蒙脱土中A组份与B组份的重量比为1∶3混合A和B组份，混合均匀后加入量为A和B组份重量总合的5％的异锌酸铅催化剂，搅拌，聚合固化，制备出体育场地耐磨层用的纳米聚氨酯弹性体胶板，经过7～14天的自然老化，再将胶板加工成颗粒，粒径为2～5mm，以备田径场铺装耐磨层时用。
实施例3、田径跑道铺装用纳米聚氨酯颗粒：
1)、A组份制备：将基于A组份总量的，其分子量为2000的丙二醇聚氧丙烯醚38％和分子量为1000的丙二醇聚氧丙烯醚29％加入到反应釜中，在100℃下搅拌，抽真空脱水脱气2小时，冷却至40～60℃，加入甲苯二氰酸酯33％，在80℃下反应2小时，冷却至室温备用；
2)、B组份制备：将基于B组份总量的纳米蒙脱土4.5％与丙三醇聚氧丙烯醚22％加入到反应釜中搅拌混合，在80～100℃下抽真空脱水脱气3小时，再混入3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷6％、滑石粉27.9％、二氧化硅粉1％、铁红3.6％和氯化石蜡油35％在80℃下搅拌混合，抽真空，脱湿气1.5小时，冷却至室温备用；
3)、纳米聚氨酯颗粒的制备：按聚氨酯/纳米蒙脱土中A组份与B组份的重量比为1∶4混合A和B组份，混合均匀后加入量为A和B组份重量总合的5％的异辛酸铅催化剂，搅拌，聚合固化，制备出体育场地耐磨层用的纳米聚氨酯弹性胶板，经过7～14天的自然老化，再将胶板加工成颗粒，粒径为2～5mm，以备田径场地铺装耐磨层时用。
实施例1～3跑道铺装耐磨层材料(纳米聚氨酯粒料胶)测试结果，测试样按GB/T 14833-93检验
硬度(邵氏A) 固弹值 压缩复原率 拉伸强度 断裂伸长率 阻燃性
度 ％ ％ Mpa ％ 级
国家标准 45-60 ≥20 ≥95 ≥0.7 ≥90 1
无纳米蒙脱土 66 34 98 1.9 370 1
实施例1 65 36 99 4.0 520 1
实施例2 63 35 99 3.8 550 1
实施例3 64 35 99 3.5 480 1