CN103627310B - 一种环保型聚氨酯塑胶跑道的喷涂面层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环保型聚氨酯塑胶跑道喷涂面层的制备方法。该方法包括甲组分制备：将聚醚多元醇加入到反应釜中，搅拌升温至80～160℃，脱水，降温至40～50℃，加入异氰酸酯，搅拌，温至80～85℃恒温反应2～4h；乙组分制备：将聚醚多元醇、扩链剂、增塑剂、紫外线吸收剂防霉变剂、触变剂、硅烷偶联剂和填料混合均匀，高速剪切，碾磨，60～70℃真空加热1～3h；甲乙组分按1:3～5.5质量比混合，加入惰性胺类催干剂，搅拌均匀后，喷涂在聚氨酯跑道底层上。本发明克服常规性聚氨酯跑道特有的刺鼻性气味，降低了起泡效果，提高跑道的使用性能和寿命。
Description
技术领域
本发明涉及聚氨酯塑胶跑道的喷涂面层领域，具体涉及到一种新型惰性胺类催干剂聚氨酯塑胶跑道的喷涂面层的制备方法。
背景技术
近几年，我国的聚氨酯田径塑胶材料进入高速发展阶段，聚氨酯塑胶田径场、球场的铺装朝着大众化和广泛化的趋势发展，铺装范围从专业的体育场馆扩展到大、中、小学校，材料的环保性能也日益受到广泛关注。聚氨酯跑道具有平整度好、抗压强度高、硬度弹性适当、物理性能稳定等特性。但传统的聚氨酯跑道在催干、固化过程中，使用的是环烷酸铅、环烷酸锌、异辛酸锌、异辛酸铅等催干剂，此类催干剂属于重金属类，在长期露天使用过程中，随着材料的磨损、老化、开裂，重金属的释放难以避免，日益严重的酸雨现象更加剧了重金属的流失，对地下水资源和土壤构成严重威胁，对人民的身体健康也形成潜在的伤害。
传统聚氨酯球场材料在施工固化过程中，及施工后相当长的时间内均会释放出刺鼻性气味，说明单体在材料中固化不充分，挥发性有机物对空气环境也产生了破坏作用。
随着人们环保观念的日益增强，用户对聚氨酯球场材料的环保要求也越来越高，替代重金属催干剂成为该产业发展的重要趋势。催干剂对聚合物交联固化过程起着决定性作用，对聚合物交联网络结构和综合性能有着显著影响。现有的环保型催干剂的使用效果不理想，制备的聚氨酯塑胶跑道易起泡，跑道的综合物理性能不能完全达到国家标准要求，硬度、强度等关键性能与传统聚氨酯跑道材料有较大差距，造成塑胶跑道的使用寿命短，使用效果打折扣。
发明内容
为克服现有技术的缺点和不足，本发明提供一种不使用重金属类催干剂，综合性能优异的环保型聚氨酯塑胶跑道的喷涂面层的制备方法，改善了聚氨酯塑胶跑道的机械性能，减少了气泡。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种环保型聚氨酯塑胶跑道的喷涂面层的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1）甲组分制备：以质量百分比计，将15～35%的异氰酸酯和65～85%聚醚多元醇，将聚醚多元醇加入到反应釜中，搅拌升温至80～160℃，真空脱水至水的质量分数低于或等于0.05%，降温至40～50℃，加入异氰酸酯，搅拌温至60～65℃，恒温搅拌10～15min后继续升温至80～85℃恒温反应2～4h，降温至45℃以下，出料，储罐密封，备用；
2）乙组分制备：以质量百分比计，将10～20%的聚醚多元醇、2～10%的扩链剂、5～40%的增塑剂、1～3%的紫外线吸收剂，5～15%的防霉变剂、2～6%的触变剂、0.2～1%的硅烷偶联剂、30～70%的填料混合均匀，1000～1200r/min高速剪切，碾磨至细度≤50微米，60～70℃真空加热1～3h，出料，储罐密封，备用；
所述的扩链剂为3,3，-二氯-4,4，-二苯基甲烷二胺（MOCA）、3,5-二乙基甲苯二胺（DEDTA）、1,4-丁二醇、、三羟甲基丙烷、3-氨基-1-丙醇、3-氨基-1,2-丙二醇的一种或多种混合物；
所述的紫外线吸收剂为UV-9、UV-327或UV-531；
所述的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛脂、环氧大豆油或DMEP；
所述的硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570、KH792、DL602或DL171；
所述的防霉变剂为五氯苯酚或8-羟基喹啉；
所述的填料为陶土粉、滑石粉、钛白粉、白炭黑、高岭土和轻质碳酸钙中一种或多种；
3）施工时，把甲乙组分按1:3～5.5质量比混合，加入乙组分质量0.2～0.8%的惰性胺类催干剂，搅拌均匀后，喷涂在聚氨酯跑道底层上。
为进一步实现本发明目的，优选地，所述的异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯（TDI）、4,4，－二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）、多元醇改性MDI、多亚甲基多苯基二异氰酸酯（PAPI）的一种或多种混合物。
优选地，所述的聚醚多元醇为含有2～4个官能团的，平均分子量为2000～4000的聚醚多元醇。
优选地，所述的聚醚多元醇为N-210、N-220、N-2208、N-330、N-305、N-403、N-405的一种或多种混合物。
优选地，所述乙组分原料中还包括0～3%质量的着色剂；所述的着色剂为氧化铁红、柠檬黄、酞菁绿、酞菁蓝、海晶蓝、永固红、永固黄、永固桔红和络绿中的一种或多种。
优选地，所述的惰性胺类催干剂为N,N-二甲基环己胺或N,N,N',N'-四甲基亚烷基二胺。
优选地，步骤1）所述搅拌的速度为400～600r/min。
优选地，所述碾磨至细度≤50微米是在三辊碾磨机上碾磨。
与现有技术相比，本发明的具有以下优点和效果：
1)本发明所用的催干剂为惰性胺类催干剂，比常用的过氧化物、重金属铅、锌催干剂等更环保，消除了重金属环境威胁，不会污染地下水与土壤环境，同时制备的聚氨酯材料无刺激性气味，对人体的影响和伤害非常小，以惰性胺为催干剂的固化效果优异，残余单体含量低，消除了传统聚氨酯跑道材料的刺鼻异味，减少了对空气的污染。
2)本发明使用的消泡剂为硅烷偶联剂，大大降低了跑道的气泡，改善填料在树脂中的分散性及粘合力，改善无机填料与树脂之间的相容性，改善工艺性能和提高填料的机械、耐气候等性能。
3)本发明实现了聚氨酯塑胶跑道材料低成本与环保性的完美结合，简化施工工艺，促进聚氨酯跑道材料的普及应用，进一步推动我国体育事业的发展。
具体实施方式
下面结合实例，对本发明做进一步地详细说明，但发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种环保型聚氨酯塑胶跑道的喷涂面层的原料由甲组分、乙组分和惰性胺类催干剂组分组成。本实施例的原料配比如表1所示：
表1
催干剂组分：N,N-二甲基环己胺，占乙组分质量的0.5%。
甲组分制备方法：按配方把混合聚醚多元醇N210、N220组分加入到反应釜中，搅拌升温至120℃，真空脱水至水的质量分数为0.05%，降温至50℃，加入TDI，缓慢升温到60℃，500r/min恒温搅拌10min后继续升温至80℃，保持恒温2小时，降温至40℃储罐密封，备用。
乙组分制备方法：把以上物料按顺序加入到搅拌桶内混合均匀，以1000r/min高速剪切，然后用三辊研磨机充分研磨后，70℃加热并真空脱水反应1小时，出料，储罐密封，备用。
施工方法：在施工时，甲、乙组分以1：4的比例混合，在搅拌后加入惰性胺催干剂组分，搅拌均匀后，喷涂在聚氨酯跑道底层上，即可。测试情况见表5。
实施例2
一种环保型聚氨酯塑胶跑道的喷涂面层的原料由甲组分、乙组分和惰性胺类催干剂组分组成。本实施例的原料配比如表2所示：
表2
催干剂组分：N,N-二甲基环己胺，占乙组分质量的0.3%。
甲组分制备方法：按配方将混合聚醚多元醇MDI、N210、N220组分加入到反应釜中，搅拌升温至130℃，真空脱水至水的质量分数为0.04%，降温至50℃，加入TDI，缓慢升温到60℃，550r/min恒温搅拌12min后继续升温至82℃，保持恒温2.5小时，降温至40℃储罐密封，备用。
乙组分制备方法：把以上物料按顺序加入到搅拌桶内混合均匀，以1050r/min高速剪切，然后用三辊研磨机充分研磨，70℃加热并真空脱水反应2小时，出料，储罐密封，备用。
施工方法：在施工时，甲、乙组分以1：3.5的比例混合，在搅拌后加入惰性胺催干剂组分，搅拌均匀后，喷涂在聚氨酯跑道底层上，即可。测试情况见表5。
实施例3
一种环保型聚氨酯塑胶跑道的喷涂面层的原料由甲组分、乙组分和惰性胺类催干剂组分组成。本实施例的原料配比如表3所示：
表3
催干剂组分：N,N-二甲基环己胺，占乙组分质量的0.5%。
甲组分制备方法：按配方将混合聚醚多元醇N220、N320组分加入到反应釜中，搅拌升温至110℃，真空脱水至水的质量分数为0.04%，降温至50℃，加入TDI，缓慢升温到60℃，600r/min恒温搅拌10min后继续升温至80℃，保持恒温2小时，降温至40℃储罐密封，备用。
乙组分制备方法：把以上物料按顺序加入到搅拌桶内混合均匀，以1180r/min高速剪切，然后用三辊研磨机充分研磨，70℃加热并真空脱水反应1小时，出料，储罐密封，备用。
施工方法：在施工时，甲、乙组分以1：4的比例混合，在搅拌均匀后加入惰性胺催干剂组分，搅拌均匀后，喷涂在聚氨酯跑道底层上，即可。测试情况见表5。
实施例4
一种环保型聚氨酯塑胶跑道的喷涂面层的原料由甲组分、乙组分和惰性胺类催干剂组分组成。本实施例的原料配比如表4所示：
表4
催干剂组分：N,N,N',N'-四甲基亚烷基二胺，占乙组分质量的0.4%。
甲组分制备方法：按配方将混合聚醚多元醇N220、N210组分加入到反应釜中，搅拌升温至100℃，真空脱水至水的质量分数为0.05%，降温至50℃，加入TDI，缓慢升温到65℃，450r/min恒温搅拌15min后继续升温至85℃，保持恒温2.5小时，降温至40℃储罐密封，备用。
乙组分制备方法：把以上物料按顺序加入到搅拌桶内混合均匀，以1200r/min高速剪切，然后用三辊研磨机充分研磨，70℃加热并真空脱水反应1小时，出料，储罐密封，备用。
施工方法：在施工时，甲、乙组分以1：4.5的比例混合，在搅拌后加入惰性胺催干剂，搅拌均匀后，喷涂在聚氨酯跑道底层上，即可。测试情况见表5。
测试说明：
将实施例中甲、乙组分和催干剂按上述比例混合均匀，倒入预先装有脱模剂的模具中、室温固化，熟化1周后，制得样品，进行力学性能测试。
样片物理力学性能测试：
邵A硬度按GB/T531-99测定；拉伸强度和伸长率按GB/T528-1992测定；其他指标按GB/T14833-93测定。
测定结果如下表5所示。
表5
根据表5的测试结果可知，实施例产品中，邵A硬度达到国标：拉伸强度和伸长率大幅度提高，其中伸长率的提升对产品的使用寿命都有很大帮助；撕裂强度得到明显提升。
在正常的施工工艺下，一般选在在天气晴朗，温度适应，上午九点以后正式铺设，经检测，基本可以达到无气泡产生。
上述实施例所用的催干剂为惰性胺类催干剂，比常用的过氧化物、重金属铅、锌催干剂等更环保，不会污染地下水与土壤环境，无刺鼻性气味，对人体的影响和伤害更小，以惰性胺为催干剂的固化效果优异，残余单体含量低，消除了传统聚氨酯跑道材料的刺鼻异味，减少了对空气的污染。
上述实施例使用的消泡剂为硅烷偶联剂，大大降低了跑道的气泡，改善填料在树脂中的分散性及粘合力，改善无机填料与树脂之间的相容性，改善工艺性能和提高填料的机械、耐气候等性能。
以上实施案例都符合国家标准，可以满足生产应用。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种环保型聚氨酯塑胶跑道的喷涂面层的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)甲组分制备：以质量百分比计，将15～35％的异氰酸酯和65～85％聚醚多元醇，将聚醚多元醇加入到反应釜中，搅拌升温至80～160℃，真空脱水至水的质量分数低于或等于0.05％，降温至40～50℃，加入异氰酸酯，搅拌温至60～65℃，恒温搅拌10～15min后继续升温至80～85℃恒温反应2～4h，降温至45℃以下，出料，储罐密封，备用；
2)乙组分制备：以质量百分比计，将10～20％的聚醚多元醇、2～10％的扩链剂、5～40％的增塑剂、1～3％的紫外线吸收剂，5～15％的防霉变剂、2～6％的触变剂、0.2～1％的硅烷偶联剂、30～70％的填料混合均匀，1000～1200r/min高速剪切，碾磨至细度≤50微米，60～70℃真空加热1～3h，出料，储罐密封，备用；
所述的扩链剂为3,3’-二氯-4,4’-二苯基甲烷二胺、3,5-二乙基甲苯二胺、1,4-丁二醇、三羟甲基丙烷、3-氨基-1-丙醇、3-氨基-1,2-丙二醇的一种或多种混合物；
所述的紫外线吸收剂为UV-9、UV-327或UV-531；
所述的增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛脂、环氧大豆油或DMEP；
所述的硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570、KH792、DL602或DL171；
所述的防霉变剂为五氯苯酚或8-羟基喹啉；
所述的填料为陶土粉、滑石粉、钛白粉、白炭黑、高岭土和轻质碳酸钙中一种或多种；
3)施工时，把甲乙组分按1:3～5.5质量比混合，加入乙组分质量0.2～0.8％的惰性胺类催干剂，搅拌均匀后，喷涂在聚氨酯跑道底层上；
所述的惰性胺类催干剂为N,N-二甲基环己胺或N,N,N',N'-四甲基亚烷基二胺。
2.根据权利要求书1所述的环保型聚氨酯塑胶跑道的喷涂面层的制备方法，其特征在于：所述的异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、4,4’－二苯基甲烷二异氰酸酯、多元醇改性MDI、多亚甲基多苯基二异氰酸酯的一种或多种混合物。
3.根据权利要求书1所述的环保型聚氨酯塑胶跑道的喷涂面层的制备方法，其特征在于：所述的聚醚多元醇为含有2～4个官能团的，平均分子量为2000～4000的聚醚多元醇。
4.根据权利要求书3环保型聚氨酯塑胶跑道的喷涂面层的制备方法，其特征在于：所述的聚醚多元醇为N-210、N-220、N-2208、N-330、N-305、N-403、N-405的一种或多种混合物。
5.根据权利要求书1所述的环保型聚氨酯塑胶跑道的喷涂面层的制备方法，其特征在于：所述乙组分原料中还包括0～3％质量的着色剂；所述的着色剂为氧化铁红、柠檬黄、酞菁绿、酞菁蓝、海晶蓝、永固红、永固黄、永固桔红和络绿中的一种或多种。
6.根据权利要求书1所述的环保型聚氨酯塑胶跑道的喷涂面层的制备方法，其特征在于：步骤1)所述搅拌的速度为400～600r/min。
7.根据权利要求书1所述的环保型聚氨酯塑胶跑道的喷涂面层的制备方法，其特征在于：所述碾磨至细度≤50微米是在三辊碾磨机上碾磨。
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