CN111334180A - 一种塑胶跑道单组份面漆及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种塑胶跑道单组份面漆及其制备工艺，涉及塑胶跑道的技术领域，其包括以下重量份计原料：水性丙烯酸聚氨酯30‑50份、自修复剂10‑14份、活性稀释剂10‑20份、光引发剂0.6‑1份、颜料3‑7份、无机填料6‑10份、蓖麻油1‑3份、润湿分散剂1‑3份、去离子水20‑40份。通过加入有自修复剂，可以自动修复跑道开裂时产生的裂缝，从而提高塑胶跑道的质量和使用寿命。

Description

一种塑胶跑道单组份面漆及其制备工艺

技术领域

本发明涉及塑胶跑道的技术领域，尤其是涉及一种塑胶跑道单组份面漆及其制备工艺。

背景技术

塑胶跑道具有平整度好、抗压强度高、硬度弹性适当、物理性能稳定的特性，有利于运动员速度和技术的发挥，有效的提高运动成绩，降低摔伤率。塑胶跑道是由聚氨酯橡胶等材料组成的，具有一定的弹性和色彩，具有一定的抗紫外线能力和耐老化力，是国际上公认的最佳全天候室外运动场地材料。

但现有的塑胶跑道在制备完成后，会由于溶剂的挥发和物质之间反应，导致塑胶跑道的组成物质减少，而使得塑胶跑道在制备完成后会发生一定的收缩，从而导致塑胶跑道表面和内部出现裂痕，造成塑胶跑道的质量下降，且降低了塑胶跑道的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种塑胶跑道单组份面漆及其制备工艺，用以提高塑胶跑道的质量和使用寿命。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种塑胶跑道单组份面漆，包括以下重量份计原料：水性丙烯酸聚氨酯30-50份、自修复剂10-14份、活性稀释剂10-20份、光引发剂0.6-1份、颜料3-7份、无机填料6-10份、蓖麻油1-3份、润湿分散剂1-3份、去离子水20-40份。

通过采用上述技术方案，水性丙烯酸聚氨酯是一种以水为溶剂的一类环保型产品，体系中不含酯类、苯类、酮类等挥发性溶剂，与传统溶剂型聚氨酯涂料相比，具有安全、绿色、环保等优点。且其可再光引发剂的作用下，发生交联，固化成膜，从而将EPDM红色颗粒黏附在跑道上，形成塑胶跑道。

自修复剂可以自动修复跑道开裂时产生的裂缝，从而提高塑胶跑道的质量和使用寿命。

活性稀释剂用以稀释水性丙烯酸聚氨酯，降低水性丙烯酸聚氨酯的粘度，且其可以与水性丙烯酸聚氨酯之间在光引发剂的作用下，发生交联固化，提高水性丙烯酸聚氨酯的交联密度，从而提高水性丙烯酸聚氨酯成膜后的强度和耐候性。

光引发剂可在紫外线照射下产生自由基或阳离子，从而引发水性丙烯酸聚氨酯发生交联，使其发生固化，想成固态膜。

颜料用以对涂料进行着色，赋予面漆一定的的色彩。

无机填料其化学稳定、耐磨、耐水等特性好，且价格低廉，在面漆中起骨架作用。通过填充增加涂膜的厚度，改善涂膜力学性能，并能起耐久、防腐蚀、隔热、消光等作用。另一方面把它作为面漆中的填充剂，减少树脂用量，降低生产成本。

蓖麻油作为增塑剂，用以增加涂膜的柔软性。

润湿分散剂采用南京百聚科技有限公司所生产的SURFYNOL 440非离子表面活性剂。

本发明进一步设置为：所述自修复剂包括以下重量百分比计原料：双酚A型环氧丙烯酸酯20-30％、固化剂3-5％、光引发剂1-3％、乳化剂4-6％，以及余量去离子水。

通过采用上述技术方案，双酚A型环氧丙烯酸酯可在固化剂的作用下，形成交联结构的环氧树脂囊壁包覆环氧树脂液芯的自修复微胶囊。

当塑胶跑道表面或内部由于收缩开裂时，内部盛有环氧树脂的自修复微胶囊由于表面受到塑胶跑道开裂对其两侧的拉扯力，囊壁出现破裂，环氧树脂囊芯流出并润湿裂纹面，生成交联物黏合裂纹，阻止微裂纹的扩展，达到材料自修复目的。

由于环氧树脂具有很强的内聚力，分子结构致密，所以它具有优异的力学性能，是一种很好的囊壁材料，可以很好的将囊芯保护在内。同时，环氧树脂中含有活性较强的环氧基团，它能与水性丙烯酸聚氨酯中的氨基、羟基、羧基等极性基团发生反应，形成交联网络结构，提高自修复剂与漆膜的结合力度。因此，当塑胶跑道开裂时，自修复微胶囊表面受到塑胶跑道开裂对其两侧的拉扯力会变大，便于囊壁出现破裂，防止自修复微胶囊由于囊壁太厚，无法开裂，影响自修复剂的自修复效果。

光引发剂一部分位于自修复微胶囊内，当囊壁出现破裂，光引发剂会随环氧树脂囊芯一起流出，用以引发环氧树脂发生交联，使得生成交联物黏合裂纹。另一部分位于自修复微胶囊内外部，引发环氧树脂囊壁发生交联，提高环氧树脂囊壁与水性丙烯酸聚氨酯交联密度，从而便于囊壁开裂，提高自修复剂的自修复效果。

本发明进一步设置为：所述无机填料包括以下重量百分比计原料：有机蒙脱土26-30％、偶联剂1-3％、纳米氧化锌10-14％、纳米二氧化钛6-10％、***树胶6-8％，以及余量去离子水。

通过采用上述技术方案，纳米氧化锌和纳米二氧化钛可利用自然光催化分解细菌和污染物，两者会在光照射下，产生电子—空穴对。电子和空穴在两者表面与水和水中氧气或者空气中的氧反应生成氧化性很高的OH氢氧自由基和超氧阴离子自由基·O2-，可以和空气中CO、SO2、NOx、H2S、NH3、甲醛、乙醛、苯及其同系物、总挥发性有机化合物(TVOC)或者水许多生物难降解的有毒有机物反应生成二氧化碳和水等无机物及其它无毒物质。

蒙脱土可作为吸附剂，将塑胶跑道挥发出来的有害物质吸附在其体内。此时，位于蒙脱土表面和内部的纳米氧化锌和纳米二氧化钛可将有害物质催化分解，防止有害物质挥发在空气中，影响人们的使用安全。

同时，由于纳米氧化锌是一种金属离子溶出型抗菌剂，在无光照的条件下仍具有抗菌的性能。通过纳米氧化锌和纳米二氧化钛复配使用，使得其在有光和无光的作用下，皆可分解细菌，提高无机填料的分解效率。且纳米氧化锌和纳米二氧化钛还可以作为抗老化剂，防止塑胶跑道老化，提高塑胶跑道的使用寿命。

有机蒙脱土由于带有有机基团，可提高填料在面漆中的分散性，增强了有机无机相之间的相容性。且由于蒙脱土特殊的结构，具有较大的比表面积，可以吸附更多的纳米氧化锌和纳米二氧化钛。

偶联剂可提高纳米氧化锌和纳米二氧化钛在有机蒙脱土上的附着效果和附着力度，以及提高有机蒙脱土在面漆中的分散效果和结合力度。

本发明进一步设置为：所述面漆中还包括以下重量份计原料：纤维填料4-8份；所述纤维填料包括以下重量份计原料：碳纤维30-40％、钢纤维30-40％、玄武岩纤维20-40％。

通过采用上述技术方案，钢纤维可以赋予面漆良好的导热性，可以将塑胶跑道表面的热量传导到地面上，防止热量在塑胶跑道上堆积，造成热岛效应，影响塑胶跑道的使用寿命。玄武岩纤维是一种天然纤维，有优良的耐久、防水和力学性能，其破坏延伸率和失效应变比碳纤维高，并且价格低廉，对环境无污染，能够有效地应用于混杂复合材料中。碳纤维可以吸附面漆中挥发出来的有害物质，提高塑胶跑道使用寿命。通过多种纤维复配使用，提高面漆的导热性和延展性，从而提高面漆的强度。碳纤维、玄武岩纤维和钢纤维可以与基体紧密结合，形成了稳定的三维网状承力结构，提高面漆的强度。

本发明的上述发明目的二是通过以下技术方案得以实现的：

一种塑胶跑道单组份面漆的制备工艺，包括以下制备工艺：

1)制备自修复剂和无机填料；

2)按比例将无机填料、纤维填料、润湿分散剂和去离子水混合均匀后，浸泡2-4h后，制得A混合液；

3)按比例将水性丙烯酸聚氨酯、光引发剂、活性稀释剂、自修复剂、蓖麻油、颜料和A混合液混合均匀后，制得一种塑胶跑道单组份面漆。

通过采用上述技术方案，先将无机填料、纤维填料和润湿分散剂混合后，使得润湿分散剂可以将无机填料和纤维填料充分润湿，提高无机填料和纤维填料的分散效果，从而提高漆膜的成膜效果和成膜后强度。

本发明进一步设置为：所述自修复剂包括以下制备工艺：

a.按比例将乳化剂和去离子水混合后，在40℃条件下搅拌20min，使乳化剂完全溶解，制得第一混合液；

b.按比例在第一混合液中加入双A型环氧丙烯酸酯和光引发剂，在55℃和400r/min条件下乳化1h，制得第二混合液；

c.按比例向第二混合液内滴加固化剂，固化剂滴加速率为1.2-1.4g/h；

d.待固化剂滴加完毕，持续反应2-4h，反应结束时，向水浴锅加入冰块迅速降至室温，抽滤，并将抽滤后的固体进行洗涤；

e.将洗涤完后的固体在室温下干燥24h后，100℃干燥10min，制得自修复剂。

通过采用上述技术方案，采用界面聚合法，固化剂在环氧树脂液滴表面形成交联结构的环氧树脂囊壁包覆环氧树脂液芯的自修复微胶囊.这种环氧树脂微胶囊采用与基体相同材料作为微胶囊囊壁，壁材表面含有未反应的氨基和环氧官能团，在加入到水性丙烯酸聚氨酯中后，囊壁表面的官能团可与水性丙烯酸聚氨酯发生交联反应，通过微胶囊表面与树脂基体间形成化学键改善基体与胶囊的界面相容性，提高自修复剂与水性丙烯酸聚氨酯的结合力度和分散效果。

本发明进一步设置为：所述无机填料包括以下制备工艺：按比例将水和***树胶混合均匀后；按比例加入偶联剂、纳米氧化锌和纳米二氧化钛，搅拌均匀后；按比例加入有机蒙脱土，搅拌均匀后，浸泡30min，真空下脱水，并将脱水后的混合物研磨成粒径为1-3微米的粉末，制得无机填料。

通过采用上述技术方案，先将去离子水和***树胶混合后，形成一定粘度的混合液，便于将偶联剂、纳米氧化锌和纳米二氧化钛黏附在有机蒙脱土上，提高纳米氧化锌和纳米二氧化钛在有机蒙脱土上的连接强度和附着量，提高无机填料的分解效果。同时，***树胶还可以作为分散剂，提高偶联剂、纳米氧化锌和纳米二氧化钛在水中的分散性。

本发明进一步设置为：所述面漆在施工时，将所述面漆和EPDM红色颗粒以(5-9)：1的料液比混合均匀后，将拌合物铺设在跑道上，并用工具压平后，制得一种塑胶跑道。

通过采用上述技术方案，提高塑胶颗粒在跑道上的黏附效果和力度，防止面漆过少，影响EPDM红色颗粒的黏附效果，或者面漆过多，导致塑胶跑道的干燥速度过慢，或者塑胶跑道的成型效果不好，影响工作效率和效果。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

1、通过在面漆中加入自修复剂，可以自动修复跑道开裂时产生的裂缝，从而提高塑胶跑道的质量和使用寿命；

2、通过在面漆中加入无机填料，赋予面漆成膜后良好的机械性能的同时，还可以吸附和分解塑胶跑道中产生的有害物质，防止有害物质挥发在空气中，影响人们的使用安全；

3、通过在面漆中加入纤维填料，赋予面漆成膜后良好的机械性能的同时，还可以将塑胶跑道表面的热量传导到地面上，防止热量在塑胶跑道上堆积，造成热岛效应，提高塑胶跑道的使用寿命。

具体实施方式

实施例一：

本发明公开了一种塑胶跑道单组份面漆的制备工艺，其包括以下制备工艺：

1)制备自修复剂：

a.将6％的乳化剂和66％的去离子水混合后，在40℃条件下搅拌20min，使乳化剂完全溶解，制得第一混合液；

b.在第一混合液中加入20％的双A型环氧丙烯酸酯和3％的光引发剂，在55℃和400r/min条件下乳化1h，制得第二混合液；

c.向第二混合液内滴加5％的固化剂，固化剂滴加速率为1.2g/h；

d.待固化剂滴加完毕，持续反应2h，反应结束时，向水浴锅加入冰块迅速降至室温，抽滤，并将抽滤后的固体进行洗涤；

e.将洗涤完后的固体在室温下干燥24h后，100℃干燥10min，制得自修复剂；

乳化剂采用济南源宝来化工科技有限公司所生产的吐温80；固化剂采用河南特莱尔化工产品有限公司所生产的三乙烯四胺固化剂；

制备无机填料：将43％的去离子水和6％的***树胶混合均匀后；加入1％的偶联剂、10％的纳米氧化锌和10％的纳米二氧化钛，搅拌均匀后；加入30％的有机蒙脱土，搅拌均匀后，浸泡30min，真空下脱水，并将脱水后的混合物研磨成粒径为1微米的粉末，制得无机填料；

偶联剂采用南京品宁偶联剂有限公司所生产的硅烷偶联剂A-172；

2)将6份无机填料、4份纤维填料、1份润湿分散剂和20份去离子水混合均匀后，浸泡2h后，制得A混合液；

纤维填料包括以下重量份计原料：30％的碳纤维30％、30％的钢纤维、40％的玄武岩纤维；

3)将30份水性丙烯酸聚氨酯、0.6份光引发剂、10份活性稀释剂、10份自修复剂、1份蓖麻油、3份颜料和A混合液混合均匀后，制得一种塑胶跑道单组份面漆。

上述面漆在施工时，将面漆和EPDM红色颗粒以5：1的料液比混合均匀后，将拌合物铺设在跑道上，并用工具压平后，制得一种塑胶跑道。

实施例2-5与实施例1的区别在于，面漆包括以下重量份计原料：

实施例6-9与实施例1的区别在于，自修复剂包括以下重量百分比计原料：

实施例10-13与实施例1的区别在于，无机填料包括以下重量百分比计原料：

实施例14-17与实施例1的区别在于，纤维填料包括以下重量百分比计原料：

实施例18-21与实施例1的区别在于，在制备面漆时，步骤2中无机填料和纤维填料的浸泡时间如下表所示：

实施例	实施例18	实施例19	实施例20	实施例21
					时间/h	2.5	3	3.5	4

实施例22-25与实施例1的区别在于，在制备自修复剂时，步骤c中固化剂滴加速率如下表所示：

实施例	实施例22	实施例23	实施例24	实施例25
					时间/(g/h)	1.25	1.3	1.35	1.4

实施例26-29与实施例1的区别在于，在制备自修复剂时，步骤d中的反应时间如下表所示：

实施例	实施例26	实施例27	实施例28	实施例29
					时间/h	2.5	3	3.5	4

实施例30-33与实施例1的区别在于，在面漆施工时，面漆和EPDM红色颗粒的料液比如下表所示：

实施例	实施例30	实施例31	实施例32	实施例33
					料液比	6：1	7:1	8:1	9:1

对比例：

对比例1与实施例1的区别在于，面漆中不含有自修复剂；

对比例2与实施例1的区别在于，面漆中不含有无机填料；

对比例3与实施例1的区别在于，面漆中不含有纤维填料；

对比例4与实施例1的区别在于，面漆包括以下制备工艺：按比例将水性聚氨酯丙烯酸酯、活性稀释剂、自修复剂、无机填料，纤维填料、光引发剂、颜料、蓖麻油、润湿分散剂和去离子水混合，并在3000r/min的转速下搅拌30min，制得一种塑胶跑道无溶剂单组份面漆。

1)将实施例1-3和对比例1-4中所制得的面漆分别涂抹在7块150mmx200mmx3mm的石棉水泥板上，涂抹厚度为1mm，然后根据GB/T23988-2009涂料耐磨性测定，测定实施例1-3和对比例1-4面漆成膜后的耐磨性。放置2天后，根据GB/T 23988-2009涂料耐磨性测定，再次测定实施例1-3和对比例1-4面漆成膜后的耐磨性。

由上表可知，通过实施例1-3与对比例1-4比较可知，对比例1两天前的耐磨性与两天后的耐磨性差距最大，说明加入有自修复剂，可以修复跑道由于各种原因而产生的裂缝和磨痕，从而提高跑道的质量和使用寿命。通过实施例1-3与对比例2-3比较可知，加入有无机填料和纤维填料，可以赋予面漆成膜后良好的机械性能，从而提高塑胶跑道的使用寿命。通过实施例1-3与对比例4比较可知，采用本发明的制备工艺所制备的面漆具有良好的分散性，从而可提高面漆成膜后的力学性能。

2)采用2个规格均为500mm×500mm×500mm的密闭箱，其中分别放置一块尺寸为200mm×200mm的石棉水泥板，2块石棉水泥板为同一品种。其中一块石棉水泥板上涂覆实施例1中所制备的面漆，在另一块石棉水泥板上涂覆对比例2中所制备的面漆，涂覆膜层的厚度皆为1mm。密闭箱置于同一个避光房间中，该房间恒温恒湿，温度为25℃，湿度为50％。将2块石棉水泥板静止与2个密闭箱中2h，关闭灯光，通过甲醛含量检测仪(Mot500)对甲醛的含量进行检测，作为参照值；打开紫外线灯，确保每个密闭箱都能被充足的光包围，静置5h，前2h内每隔20min检测一次甲醛的浓度，后3个小时中，每隔一小时，进行检测一次。甲醛的浓度单位为：μg/m³。

由上表可知：通过加入有无机填料，可以吸附和分解塑胶跑道中产生的有害物质(甲醛)，防止有害物质挥发在空气中，提高塑胶跑道的使用安全性。之所以对比例2中5h后，甲醛含量降低，是因为有部分甲醛又被塑胶跑道吸附在跑道内。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种塑胶跑道单组份面漆，其特征在于：包括以下重量份计原料：水性丙烯酸聚氨酯30-50份、自修复剂10-14份、活性稀释剂10-20份、光引发剂0.6-1份、颜料3-7份、无机填料6-10份、蓖麻油1-3份、润湿分散剂1-3份、去离子水20-40份。

2.根据权利要求1所述的一种塑胶跑道单组份面漆，其特征在于：所述自修复剂包括以下重量百分比计原料：双酚A型环氧丙烯酸酯20-30%、固化剂3-5%、光引发剂1-3%、乳化剂4-6%，以及余量去离子水。

3.根据权利要求1所述的一种塑胶跑道单组份面漆，其特征在于：所述无机填料包括以下重量百分比计原料：有机蒙脱土26-30%、偶联剂1-3%、纳米氧化锌10-14%、纳米二氧化钛6-10%、***树胶6-8%，以及余量去离子水。

4.根据权利要求1所述的一种塑胶跑道单组份面漆，其特征在于：所述面漆中还包括以下重量份计原料：纤维填料4-8份；所述纤维填料包括以下重量份计原料：碳纤维30-40%、钢纤维30-40%、玄武岩纤维20-40%。

5.一种塑胶跑道单组份面漆的制备工艺，其特征在于：包括以下制备工艺：

1）制备自修复剂和无机填料；

2）按比例将无机填料、纤维填料、润湿分散剂和去离子水混合均匀后，浸泡2-4h后，制得A混合液；

3）按比例将水性丙烯酸聚氨酯、光引发剂、活性稀释剂、自修复剂、蓖麻油、颜料和A混合液混合均匀后，制得一种塑胶跑道单组份面漆。

6.根据权利要求5所述的一种塑胶跑道单组份面漆工艺，其特征在于：所述自修复剂包括以下制备工艺：

a.按比例将乳化剂和去离子水混合后，在40℃条件下搅拌20 min，使乳化剂完全溶解，制得第一混合液；

b.按比例在第一混合液中加入双A型环氧丙烯酸酯和光引发剂，在55℃和400 r/min条件下乳化1h，制得第二混合液；

c.按比例向第二混合液内滴加固化剂，固化剂滴加速率为1.2 -1.4g/h；

d.待固化剂滴加完毕，持续反应2-4h，反应结束时，向水浴锅加入冰块迅速降至室温，抽滤，并将抽滤后的固体进行洗涤；

e.将洗涤完后的固体在室温下干燥 24h后，100 ℃干燥10 min，制得自修复剂。

7.根据权利要求5所述的一种塑胶跑道单组份面漆的制备工艺，其特征在于：所述无机填料包括以下制备工艺：按比例将去离子水和***树胶混合均匀后；按比例加入偶联剂、纳米氧化锌和纳米二氧化钛，搅拌均匀后；按比例加入有机蒙脱土，搅拌均匀后，浸泡30min，真空下脱水，并将脱水后的混合物研磨成粒径为1-3微米的粉末，制得无机填料。

8.根据权利要求5所述的一种塑胶跑道单组份面漆的制备工艺，其特征在于：所述面漆在施工时，将所述面漆和EPDM红色颗粒以（5-9）：1的料液比混合均匀后，将拌合物铺设在跑道上，并用工具压平后，制得一种塑胶跑道。