CN115340813A - 一种环保型光触媒纳米聚氨酯跑道面层材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种环保型光触媒纳米聚氨酯跑道面层材料，所含纳米光触媒组分可以在一定光的作用下，产生强氧化性物质，有效分解材料自身与周围空气中的游离甲醛、苯及苯系物与总挥发性有机化合物，提高材料环保性能。本专利中所用光触媒纳米材料表面富含大量羟基，可以与聚氨酯材料形成强氢键作用，能够进一步提高材料力学性能。本专利涉及的光触媒纳米聚氨酯跑道面层材料为双组份体系，即含有‑nco官能团的预聚体A组份和含有羟基与无机纳米组分的待聚体B组份，按重量比1:2‑1:4搅拌后，均匀铺装在基底上，并在催化剂作用下，自然固化成型形成跑道面层材料。
Description
技术领域
本发明涉及聚氨酯跑道面层材料领域，具体为一种双组份环保型光触媒纳米聚氨酯跑道面层材料。
背景技术
聚氨酯材料是一种由异氰酸酯和聚醚高分子形成的高分子材料，其具有强度高，耐磨性与回弹性能好等优点，常应用于田径赛道、学校操场等场所。传统的聚氨酯跑道材料生产会大量使用扩链剂、增塑剂、催化剂等有害物质，使材料中出现游离的有害化合物，造成材料自身的甲醛、甲苯、TVOC含量超标；使材料在使用过程中缓慢释放具有刺激性气味的有机有害化合物，有损运动员的身体健康。2016年，“毒跑道”事件在社会中发酵，引起社会各界对聚氨酯跑道材料环保性能的广泛重视。目前，生产企业为提高聚氨酯跑道材料的环保性能，一般会减少扩链剂、催化剂等组分添加量，从而降低材料自身有害有机化合物含量，以提高其环保性能。但该策略往往会导致聚氨酯跑道面层材料的韧性降低、易开裂，严重缩短其使用寿命。
如今，国家对聚氨酯跑道材料的环保性能越来越重视，不断革新强制性标准，对生产企业要求不段提高，迫切要求各企业对环保型聚氨酯跑道材料的研发与生产进行技术升级。光触媒是环保材料中的明星材料，能在一定光照的作用下产生羟基自由基、氧气等强氧化性物质，可以分解材料自身与周围环境中的有害有机化合物，能将甲醛、二氯苯、甲苯、二甲苯、TVOC等降解为无毒无害的小分子水和CO2。
发明内容
为了提高聚氨酯跑道材料环保性能和力学特性，本发明提供一种环保性能优异的双组份光触媒纳米聚氨酯跑道面层材料。本发明通过光触媒纳米材料与聚氨酯材料有机结合，利用光触媒纳米材料的光催化性：在一定光照条件下，产生强氧化性物质，分解材料自身与周围空气中的甲醛、甲苯、二甲苯、总挥发性有机化合物，从而提高聚氨酯跑道材料的环保性能；同时，其表面富含的大量羟基与聚氨酯材料形成强氢键作用，利用聚氨酯网络交联特性，可进一步提高跑道材料力学性能。本发明所述材料由含有-nco官能团的预聚体A组份与含有光触媒纳米材料和羟基官能团的待聚体B组份，按照一定配比再加入适量催化剂混合均匀后铺装于基底上，自然成型后制得。综上所述，本发明材料具有强度高、韧性强、耐磨性能良好、环保性能优异、施工简单等特点，面向各类跑道与球场具有良好的普适性。
本发明实施例的第一方面，提供一种环保型光触媒纳米聚氨酯跑道面层材料，利用聚氨酯网络交联特性，锁定光触媒纳米材料以及无机填充材料，形成聚氨酯跑道面层材料的有机/无机纳米复合结构。
可选地，在第一方面的一种可能实现方式中，光触媒纳米材料为一维纳米纤维、二维纳米片、三维纳米粒子、纳米颗粒中的一种或几种混合物。
可选地，在第一方面的一种可能实现方式中，光触媒纳米材料是纳米TiO2和ZrO2、ZnO、CdS、WO3、Fe2O3、PbS、SnO2、ZnS、SrTiO3、SiO2中的一种或几种混合物。
可选地，在第一方面的一种可能实现方式中，由预聚体A组分和待聚体B组分按照1:2-1:4配比组成。
可选地，在第一方面的一种可能实现方式中，所述预聚体A组分的-nco官能团含量为6％-10％，按组成与重量百分比计，其配方比例包括但不限于：
二异氰酸酯 23-27％
聚醚 61-73％
增塑剂 0-16％
可选地，在第一方面的一种可能实现方式中，所述待聚体B组分按组成和质量百分比计，其配方比例包括但不限于：
可选地，在第一方面的一种可能实现方式中，所述二异氰酸酯组分，包括但不限于二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、1,5-萘二异氰酸酯(NDI)、二甲基联苯二异氰酸酯(TODI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)中的一种或几种的混合物。
可选地，在第一方面的一种可能实现方式中，所述聚醚组分包括但不限于平均分子量1000-3000的聚氧化丙烯醚、聚氧化乙烯醚、聚四氢呋喃二醇、聚氧四亚甲基二醇、四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇等聚醚二元醇；平均分子量5000的聚氧化丙烯醚、聚氧化乙烯醚等聚醚三元醇中的一种或几种混合物。
可选地，在第一方面的一种可能实现方式中，所述增塑剂组分包括但不限于对苯二甲酸二辛酯(DOTP)、乙酰柠檬酸三丁酯(ATBC)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二异壬酯(DINP)、环氧大豆油(ESO)、多元醇苯甲酸酯(DEDB)中的一种或几种混合物。
可选地，在第一方面的一种可能实现方式中，所述扩链剂组分包括但不限于3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷(MOCA)、二乙氨基乙醇(DEAE)、氢醌一二(β一羟乙基)醚(HQEE)、N,N-二羟基(二异丙基)苯胺(HPA)、乙二醇(MEG)、二羟甲基丁酸(DMBA)、4,4'-双仲丁氨基二苯基甲烷(MDBA)、甲基环己二胺(HTDA)中的一种或几种混合物。
本发明通过如下技术方案实现：
1、根据本发明，双组份光触媒纳米聚氨酯跑道面层材料，包括但不限于以下重量组份的原料制备而成：聚醚二元醇61份、增塑剂28份、二苯基甲烷二异氰酸酯23份、聚醚三元醇32份、扩链剂5份、颜料3份、滑石粉98份、纳米3份、长链石蜡40份、光触媒2份、催化剂1.5份。
2、根据本发明，预聚体A组份制备：将聚醚二元醇和增塑剂加入反应釜中，控制温度在100℃真空反应1.5小时，降温至75℃-80℃，加入二苯基甲烷二异氰酸酯，反应2小时，测定NCO数值为6.0-10.0之间。
3、根据本发明，待聚体B组份制备：将聚醚三元醇、扩链剂、长链石蜡、增塑剂、纳米加入反应釜中，控制温度100℃真空反应1小时，加入颜料、滑石粉、光触媒，保持温度与真空反应2小时。
4、根据本发明，跑道面层材料的制备：取预聚体A组份料浆15份，加入待聚体B组份料浆30-60份、催化剂0.2-0.4份，混合搅拌均匀。
5、根据本发明，所用催化剂为有机锌、环保锡、胺类催化剂、复合催化剂、环保催化剂中的一种或几种混合物。
具体实施方式
下面结合具体实例，详细说明本发明的具体实施方式：
实施案例1：
将聚醚二元醇(PPG2000)48份，聚醚二元醇(PPG3000)25份加入反应釜中，控制温度100℃，转速300r/min，真空反应1.5小时，降温至75℃-80℃，加入二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)27份，控制温度85℃，反应2小时，测定NCO数值为6.0-6.3之间，制得A组份备用；另一反应釜中加入聚醚三元醇38份、长链石蜡30份、增塑剂23份、纳米3份，控制温度100℃，转速300r/min真空反应1小时，加入扩链剂11份、颜料3份、滑石粉90份、光触媒2份，保持温度与真空反应2小时，制得B组份备用；将所得A、B组份加入1.5-2.5份催化剂搅拌均匀，平铺于基底上。
实施案例2：
将聚醚二元醇(PPG2000)48份，聚醚二元醇(PPG3000)25份加入反应釜中，控制温度100℃，转速300r/min，真空反应1.5小时，降温至75℃-80℃，加入二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)27份，控制温度85℃，反应2小时，测定NCO数值为6.0-6.3之间，制得A组份备用；另一反应釜中加入聚醚三元醇47.5份、长链石蜡37.5份、增塑剂28.75份、纳米3.75份，控制温度100℃，转速300r/min真空反应1小时，加入扩链剂13.75份、颜料3.75份、滑石粉112.5份、光触媒2.5份，保持温度与真空反应2小时，制得B组份备用；将所得A、B组份加入1.5-2.8份催化剂搅拌均匀，平铺于基底上。
实施案例3：
将聚醚二元醇(PPG2000)48份，聚醚二元醇(PPG3000)25份加入反应釜中，控制温度100℃，转速300r/min，真空反应1.5小时，降温至75℃-80℃，加入二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)27份，控制温度85℃，反应2小时，测定NCO数值为6.0-6.3之间，制得A组份备用；另一反应釜中加入聚醚三元醇57份、长链石蜡45份、增塑剂34.5份、纳米4.5份，控制温度100℃，转速300r/min真空反应1小时，加入扩链剂16.5份、颜料4.5份、滑石粉135份、光触媒3份，保持温度与真空反应2小时，制得B组份备用；将所得A、B组份加入2-3.2份催化剂搅拌均匀，平铺于基底上。
实施案例4：
将聚醚二元醇(PPG2000)40份，聚醚二元醇(PPG3000)21份、增塑剂16份加入反应釜中，控制温度100℃，转速300r/min，真空反应1.5小时，降温至75℃-80℃，加入二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)23份，控制温度85℃，反应2小时，测定NCO数值为5.9-6.3之间，制得A组份备用；另一反应釜中加入聚醚三元醇32份、长链石蜡40份、增塑剂10份、纳米3份，控制温度100℃，转速300r/min真空反应1小时，加入扩链剂10份、颜料3份、滑石粉100份、光触媒2份，保持温度与真空反应2小时，制得B组份备用；将所得A、B组份加入1.5-2.5份催化剂搅拌均匀，平铺于基底上。
实施案例5：
将聚醚二元醇(PPG2000)40份，聚醚二元醇(PPG3000)21份、增塑剂16份加入反应釜中，控制温度100℃，转速300r/min，真空反应1.5小时，降温至75℃-80℃，加入二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)23份，控制温度85℃，反应2小时，测定NCO数值为5.9-6.3之间，制得A组份备用；另一反应釜中加入聚醚三元醇40份、长链石蜡50份、增塑剂12.5份、纳米3.75份，控制温度100℃，转速300r/min真空反应1小时，加入扩链剂12.5份、颜料3.75份、滑石粉125份、光触媒2.5份，保持温度与真空反应2小时，制得B组份备用；将所得A、B组份加入1.5-2.8份催化剂搅拌均匀，平铺于基底上。
实施案例6：
将聚醚二元醇(PPG2000)48份，聚醚二元醇(PPG3000)25份、增塑剂20份加入反应釜中，控制温度100℃，转速300r/min，真空反应1.5小时，降温至75℃-80℃，加入二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)27份，控制温度85℃，反应2小时，测定NCO数值为6.9-7.2之间，制得A组份备用；另一反应釜中加入聚醚三元醇38份、长链石蜡100份、增塑剂37份、纳米5份，控制温度100℃，转速300r/min真空反应1小时，加入扩链剂12份、颜料3份、滑石粉280份、光触媒5份，保持温度与真空反应2小时，制得B组份备用；将所得A、B组份加入3-5份催化剂搅拌均匀，平铺于基底上。
实施案例7：
将聚醚二元醇(PPG2000)48份，聚醚二元醇(PPG3000)25份、增塑剂33份加入反应釜中，控制温度100℃，转速300r/min，真空反应1.5小时，降温至75℃-80℃，加入二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)27份，控制温度85℃，反应2小时，测定NCO数值为7.9-8.1之间，制得A组份备用；另一反应釜中加入聚醚三元醇38份、长链石蜡100份、增塑剂24份、纳米5份，控制温度100℃，转速300r/min真空反应1小时，加入扩链剂12份、颜料3份、滑石粉280份、光触媒5份，保持温度与真空反应2小时，制得B组份备用；将所得A、B组份加入3-5份催化剂搅拌均匀，平铺于基底上。
实施案例8：
将聚醚二元醇(PPG2000)48份，聚醚二元醇(PPG3000)25份、增塑剂67份加入反应釜中，控制温度100℃，转速300r/min，真空反应1.5小时，降温至75℃-80℃，加入二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)27份，控制温度85℃，反应2小时，测定NCO数值为10-10.2之间，制得A组份备用；另一反应釜中加入聚醚三元醇38份、长链石蜡90份、纳米5份，控制温度100℃，转速300r/min真空反应1小时，加入扩链剂12份、颜料3份、滑石粉280份、光触媒5份，保持温度与真空反应2小时，制得B组份备用；将所得A、B组份加入3-5份催化剂搅拌均匀，平铺于基底上。
Claims (10)
1.一种环保型光触媒纳米聚氨酯跑道面层材料，其特征在于，利用聚氨酯网络交联特性，锁定光触媒纳米材料以及无机填充材料，形成聚氨酯跑道面层材料的有机/无机纳米复合结构。
2.根据权利1所述的环保型光触媒纳米聚氨酯跑道面层材料，其特种在于，光触媒纳米材料为一维纳米纤维、二维纳米片、三维纳米粒子、纳米颗粒中的一种或几种混合物。
3.根据权利2中所述环保型光触媒纳米聚氨酯跑道面层材料，其特征在于，光触媒纳米材料是纳米TiO2和ZrO2、ZnO、CdS、WO3、Fe2O3、PbS、SnO2、ZnS、SrTiO3、SiO2中的一种或几种混合物。
4.根据权利1中所述的环保型光触媒纳米聚氨酯跑道面层材料，其特征在于，由预聚体A组分和待聚体B组分按照1:2-1:4配比组成。
5.根据权利4中所述的环保型光触媒纳米聚氨酯跑道面层材料，其特征在于，所述预聚体A组分的-nco官能团含量为6％-10％，按组成与重量百分比计，其配方比例包括但不限于：
二异氰酸酯 23-27％
聚醚 61-73％
增塑剂 0-16％
6.根据权利4中所述的环保型光触媒纳米聚氨酯跑道面层材料，其特征在于，所述待聚体B组分按组成和质量百分比计，其配方比例包括但不限于：
7.根据权利5中所述的环保型光触媒纳米聚氨酯跑道面层材料，其特征在于，所述二异氰酸酯组分，包括但不限于二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、1,5-萘二异氰酸酯(NDI)、二甲基联苯二异氰酸酯(TODI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)中的一种或几种的混合物。
8.根据权利5或6中任意一项所述的环保型光触媒纳米聚氨酯跑道面层材料，其特征在于，所述聚醚组分包括但不限于平均分子量1000-3000的聚氧化丙烯醚、聚氧化乙烯醚、聚四氢呋喃二醇、聚氧四亚甲基二醇、四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇等聚醚二元醇；平均分子量5000的聚氧化丙烯醚、聚氧化乙烯醚等聚醚三元醇中的一种或几种混合物。
9.根据权利5或6中任意一项所述的环保型光触媒纳米聚氨酯跑道面层材料，其特征在于，所述增塑剂组分包括但不限于对苯二甲酸二辛酯(DOTP)、乙酰柠檬酸三丁酯(ATBC)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二异壬酯(DINP)、环氧大豆油(ESO)、多元醇苯甲酸酯(DEDB)中的一种或几种混合物。
10.根据权利6所述的环保型光触媒纳米聚氨酯跑道面层材料，其特征在于，所述扩链剂组分包括但不限于3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷(MOCA)、二乙氨基乙醇(DEAE)、氢醌一二(β一羟乙基)醚(HQEE)、N,N-二羟基(二异丙基)苯胺(HPA)、乙二醇(MEG)、二羟甲基丁酸(DMBA)、4,4'-双仲丁氨基二苯基甲烷(MDBA)、甲基环己二胺(HTDA)中的一种或几种混合物。
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