CN116410506B - 一种防滑耐脏型热塑性塑胶跑道及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种防滑耐脏型热塑性塑胶跑道及其制备方法，包括热塑性弹性基层和覆于所述热塑性弹性基层表面的涂层；热塑性弹性基层包括热塑性弹性体、油性填充剂、增强树脂、无机填充粉末、抗氧剂和表面改性助剂，涂层包括端羟基聚丁二烯、异佛尔酮二异氰酸酯、催化剂、丙烯酸羟乙酯和UV光引发剂。本发明的预制型塑胶跑道利用表面改性剂，通过在UV固化涂层与塑胶跑道界面间构建化学键作用，改善UV固化涂层与SEBS基跑道的界面相容性和粘接力，借助UV固化表面涂层提高塑胶跑道的防滑耐脏性能，具有弹性好、耐用度高、表面防滑耐脏等优点。
Description
技术领域
本发明涉及跑道制备技术领域，具体涉及一种防滑耐脏型热塑性塑胶跑道及其制备方法。
背景技术
塑胶跑道又称全天候田径运动跑道，通常由聚氨酯预聚体、混合聚醚、废轮胎橡胶粒或PU颗粒、颜料、助剂和填料等组成，这种跑道卷材采用硫化橡胶制成，原材料多为热固性材料，难以回收，易造成环境污染。目前热塑性塑胶跑道行业发展迅速，以SEBS为基材的热塑性塑胶跑道被广泛应用于城市体育馆、校园等场景。SEBS基塑胶跑道具有良好的环境耐候性及耐老化性，其机械性能优异，同时为热塑性材料，环保可回收。然而，SEBS为非极性材料，其表面极性小，易吸附污渍，以SEBS为基材制成的塑胶跑道往往存在耐脏性差，抗滑能力不足等问题。
专利CN202010189713.2提供的一种预制型塑胶跑道卷材，以SEBS为基材，添加碳酸钙提高跑道的强度及韧性，添加三元乙丙橡胶提供耐腐蚀及电绝缘性能，但该专利提供的改性技术仍未解决跑道材料表面极性较差的问题，此种跑道实际使用过程中易发生磨损，同时对非极性污渍吸附性强，水洗难以去污，同时该跑道添加聚氨酯导致其回收困难，易造成污染。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种防滑耐脏型热塑性塑胶跑道及其制备方法，以解决现有技术中存在的跑道材料极性差，与极性材料界面亲和力不足，材料极性及防滑性能等其他机械性能同步提升难以实现的难题。本发明利用表面改性剂，通过在UV固化涂层与塑胶跑道界面间构建化学键作用，改善UV固化涂层与SEBS基跑道的界面相容性和粘接力，借助UV固化表面涂层提高塑胶跑道的防滑耐脏性能，实现整体性能的提升。
为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：
一种防滑耐脏型热塑性塑胶跑道，包括热塑性弹性基层和覆于所述热塑性弹性基层表面的涂层；
所述热塑性弹性基层包括以下重量份的组份：热塑性弹性体100份、油性填充剂50～100份、增强树脂10～30份、无机填充粉末20～60份、抗氧剂1～3份和表面改性助剂5～10份；
所述涂层包括以下重量份的组份：端羟基聚丁二烯100份、异佛尔酮二异氰酸酯11.1～22.2份、催化剂0.01～0.2份、丙烯酸羟乙酯5～10份和UV光引发剂0.5～3.0份。
优选的，所述热塑性弹性体为SEBS。
优选的，所述油性填充剂为环烷油、石蜡油或环氧大豆油中的一种。
优选的，所述增强树脂为聚丙烯、高密度聚乙烯或低密度聚乙烯中的一种。
优选的，所述无机填充粉末为碳酸钙、石英粉或滑石粉中的一种。
优选的，所述的抗氧剂为抗氧剂1010或168中的一种。
优选的，所述表面改性助剂为1,2-环氧-4-乙烯基环己烷和端羟基聚二甲基硅氧烷的组合物。更优选的，1,2-环氧-4-乙烯基环己烷和端羟基聚二甲基硅氧烷的质量比为2:1～1:1。
优选的，所述端羟基聚丁二烯的分子量为2000～4000。
优选的，所述催化剂为辛酸亚锡或二丁基锡二月桂酸酯中的一种。
优选的，所述UV光引发剂为二苯甲酮或2,4-二羟基二苯甲酮中的一种。
本发明还提供上述防滑耐脏热塑性塑胶跑道的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)UV固化表面涂层的制备：将端羟基聚丁二烯、异佛尔酮二异氰酸酯和催化剂在无水条件下搅拌反应，控制羟基与异氰酸酯基的摩尔比为1:2，反应温度60～80℃，时间3～6小时，后加入丙烯酸羟乙酯，继续反应5～7小时，冷却后加入UV光引发剂，得到涂层液；
(2)防滑耐脏型预制型塑胶跑道的制备：将各原料混合均匀后熔融共混挤出，之后辊压得到表面含有粗糙花纹的热塑性弹性基层；
(3)在所述热塑性弹性基层的表面涂刷步骤(1)得到的涂层液，干燥成型后进行紫外光辐照，得到所述防滑耐脏型热塑性塑胶跑道。
优选的，步骤(2)中所述的混合的温度为25℃，混合的时间为5～15分钟。
优选的，步骤(2)中所述的挤出的温度为170～200℃。
优选的，步骤(2)中所述的挤出采用双螺杆挤出机进行。
优选的，步骤(3)中所述的辐照的剂量为10～15M rad。
本发明的有益效果在于：
本发明提供的防滑耐脏型热塑性塑胶跑道能够提高塑胶跑道表面与UV固化涂层的界面亲和力，既保证了跑道原有的机械性能不受影响，又解决了热塑性弹性体基预制型塑胶跑道不耐脏不防滑的问题。
本发明采用聚氨酯型UV固化涂层作为跑道表层结构，该涂层为极性结构，其本身耐磨与防污性能优异，然而SEBS基的热塑性塑胶跑道因SEBS材料为非极性材料，且加入的主要辅料油性填充剂与增强树脂极性同样很小，存在表面极性低、表面涂层难附着等问题。本发明通过1,2-环氧-4-乙烯基环己烷和端羟基聚二甲基硅氧烷的组合物作为表面改性剂提升跑道基体与表面涂层的粘接性，两层间剥离强度明显提升，同时跑道表面接触角降低，抗滑值和防污效果同步提升。
本发明设计UV固化涂层的聚氨酯软段结构为聚丁二烯聚合物链段，该聚合物链段中含大量丁二烯类结构，而跑道基材SEBS为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，同样含有丁二烯结构，这样基层与表面涂层均含有同样的链段结构，保证了两者良好的相容性与粘接性。
本发明采用的表面改性剂为1,2-环氧-4-乙烯基环己烷和端羟基聚二甲基硅氧烷的组合物，在优选的条件下，两者质量比为2:1～1:1。第一，1,2-环氧-4-乙烯基环己烷和端羟基聚二甲基硅氧烷均与跑道基体中油性填充剂相容性良好；第二，1,2-环氧-4-乙烯基环己烷含有不饱和双键，在UV光照和UV光引发剂的作用下，其可与UV固化涂层中的聚氨酯丙烯酸酯预聚物(丙烯酸官能团)于界面处发生共固化反应，提高UV固化涂层与SEBS基材的相容性和粘接力；第三，端羟基聚二甲基硅氧烷中羟基可与UV固化涂层中少量残余异氰酸酯基团(控制羟基丙烯酸酯用量使异氰酸酯基团有少量残余)发生交联反应，亦可提高UV固化涂层与SEBS基材的相容性和粘接力；最后，通过调控1,2-环氧-4-乙烯基环己烷和端羟基聚二甲基硅氧烷的用量比例，可实现对界面粘接效果的调控。
附图说明
图1为实施例1及对比例1所制得的片材防污性能测试照片，其中a为实施例1及对比例1片材的初始状态，b为实施例1及对比例1片材经污染后过水清洗的状态。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，而不限制本发明的范围。
实施例1
(1)UV固化表面涂层的制备：将100g端羟基聚丁二烯(分子量4000)、11.1g异佛尔酮二异氰酸酯和0.01g辛酸亚锡在无水条件下搅拌反应，控制羟基与异氰酸酯基的摩尔比为1:2，反应温度60℃，时间6小时，后加入5g丙烯酸羟乙酯，继续反应5小时，冷却后加入1.5g二苯甲酮，得到UV固化聚丁二烯型聚氨酯涂层液。
(2)防滑耐脏预制型塑胶跑道的制备：
将100g热塑性弹性体SEBS，50g环烷油，10g低密度聚乙烯，20g碳酸钙，1g抗氧剂1010，5g 1,2-环氧-4-乙烯基环己烷，5g端羟基聚二甲基硅氧烷在混合搅拌机中混合均匀，混合温度为25℃，混合时间为5分钟。
将上述混合均匀的物料通过双螺杆挤出机熔融共混，控制挤出温度为170℃。
将上述熔融挤出的热塑性弹性体跑道卷材由模头处导入双辊挤压，一辊将跑道表面挤压出粗糙花纹，另一辊将跑道底部挤压出镂空形状，最终冷却成型后得到预制型塑胶跑道。
(3)将冷却定型所得的预制型塑胶跑道的表面涂刷涂层液，待其干燥成型后，进行紫外光辐照，辐照剂量为10M rad，得到所述防滑耐脏预制型塑胶跑道。
实施例2
(1)UV固化表面涂层的制备：将100g端羟基聚丁二烯(分子量2000)、22.2g异佛尔酮二异氰酸酯和0.2g二丁基锡二月桂酸酯在无水条件下搅拌反应，控制羟基与异氰酸酯基的摩尔比为1:2，反应温度80℃，时间3小时，后加入10g丙烯酸羟乙酯，继续反应7小时，冷却后加入3g 2,4-二羟基二苯甲酮，得到UV固化聚丁二烯型聚氨酯涂层液。
(2)防滑耐脏预制型塑胶跑道的制备：
将100g热塑性弹性体SEBS，100g环烷油，30g聚丙烯，60g碳酸钙，3g抗氧剂1010，6g1,2-环氧-4-乙烯基环己烷，3g端羟基聚二甲基硅氧烷在混合搅拌机中混合均匀，混合温度为25℃，混合时间为15分钟。
将上述混合均匀的物料通过双螺杆挤出机熔融共混，控制挤出温度为200℃。
将上述熔融挤出的热塑性弹性体跑道卷材由模头处导入双辊挤压，一辊将跑道表面挤压出粗糙花纹，另一辊将跑道底部挤压出镂空形状，最终冷却成型后得到预制型塑胶跑道。
(3)将冷却定型所得的预制型塑胶跑道的表面涂刷涂层液，待其干燥成型后，进行紫外光辐照，辐照剂量为15M rad，得到所述防滑耐脏预制型塑胶跑道。
实施例3
(1)UV固化表面涂层的制备：将100g端羟基聚丁二烯(分子量4000)、11.1g异佛尔酮二异氰酸酯和0.05g辛酸亚锡在无水条件下搅拌反应，控制羟基与异氰酸酯基的摩尔比为1:2，反应温度70℃，时间5小时，后加入5g丙烯酸羟乙酯，继续反应5小时，冷却后加入0.5g二苯甲酮，得到UV固化聚丁二烯型聚氨酯涂层液。
(2)防滑耐脏预制型塑胶跑道的制备：
将100g热塑性弹性体SEBS，75g石蜡油，20g高密度聚乙烯，40g滑石粉，2g抗氧剂1010，2.5g 1,2-环氧-4-乙烯基环己烷，2.5g端羟基聚二甲基硅氧烷在混合搅拌机中混合均匀，混合温度为25℃，混合时间为10分钟。
将上述混合均匀的物料通过双螺杆挤出机熔融共混，控制挤出温度为180℃。
将上述熔融挤出的热塑性弹性体跑道卷材由模头处导入双辊挤压，一辊将跑道表面挤压出粗糙花纹，另一辊将跑道底部挤压出镂空形状，最终冷却成型后得到预制型塑胶跑道。
(4)将冷却定型所得的预制型塑胶跑道的表面涂刷涂层液，待其干燥成型后，进行紫外光辐照，辐照剂量为12M rad，得到所述防滑耐脏预制型塑胶跑道。
实施例4
(1)UV固化表面涂层的制备：将100g端羟基聚丁二烯(分子量2000)、22.2g异佛尔酮二异氰酸酯和0.1g二丁基锡二月桂酸酯在无水条件下搅拌反应，控制羟基与异氰酸酯基的摩尔比为1:2，反应温度70℃，时间4小时，后加入10g丙烯酸羟乙酯，继续反应7小时，冷却后加入2g2,4-二羟基二苯甲酮，得到UV固化聚丁二烯型聚氨酯涂层液。
(2)防滑耐脏预制型塑胶跑道的制备：
将100g热塑性弹性体SEBS，80g环氧大豆油，30g聚丙烯，50g石英粉，2g抗氧剂168，5g1,2-环氧-4-乙烯基环己烷，2.5g端羟基聚二甲基硅氧烷在混合搅拌机中混合均匀，混合温度为25℃，混合时间为12分钟。
将上述混合均匀的物料通过双螺杆挤出机熔融共混，控制挤出温度为200℃。
将上述熔融挤出的热塑性弹性体跑道卷材由模头处导入双辊挤压，一辊将跑道表面挤压出粗糙花纹，另一辊将跑道底部挤压出镂空形状，最终冷却成型后得到预制型塑胶跑道。
(3)将冷却定型所得的预制型塑胶跑道的表面涂刷涂层液，待其干燥成型后，进行紫外光辐照，辐照剂量为15M rad，得到所述防滑耐脏预制型塑胶跑道。
对比例1
防滑耐脏预制型塑胶跑道的制备：
(1)将100g热塑性弹性体SEBS，50g环烷油，10g低密度聚乙烯，20g碳酸钙，1g抗氧剂1010在混合搅拌机中混合均匀，混合温度为25℃，混合时间为5分钟。
(2)将上述混合均匀的物料通过双螺杆挤出机熔融共混，控制挤出温度为170℃。
(3)将上述熔融挤出的热塑性弹性体跑道卷材由模头处导入双辊挤压，一辊将跑道表面挤压出粗糙花纹，另一辊将跑道底部挤压出镂空形状，最终冷却成型后得到预制型塑胶跑道。
对比例2
(1)UV固化表面涂层的制备：将100g端羟基聚丁二烯(分子量4000)、11.1g异佛尔酮二异氰酸酯和0.01g辛酸亚锡在无水条件下搅拌反应，控制羟基与异氰酸酯基的摩尔比为1:2，反应温度60℃，时间6小时，后加入5g丙烯酸羟乙酯，继续反应5小时，冷却后加入1.5g二苯甲酮，得到UV固化聚丁二烯型聚氨酯涂层液。
(2)防滑耐脏预制型塑胶跑道的制备：
将100g热塑性弹性体SEBS，50g环烷油，10g低密度聚乙烯，20g碳酸钙，1g抗氧剂1010在混合搅拌机中混合均匀，混合温度为25℃，混合时间为5分钟。
将上述混合均匀的物料通过双螺杆挤出机熔融共混，控制挤出温度为170℃。
将上述熔融挤出的热塑性弹性体跑道卷材由模头处导入双辊挤压，一辊将跑道表面挤压出粗糙花纹，另一辊将跑道底部挤压出镂空形状，最终冷却成型后得到预制型塑胶跑道。
(3)将冷却定型所得的预制型塑胶跑道的表面涂刷涂层液，待其干燥成型后，进行紫外光辐照，辐照剂量为10M rad，得到所述防滑耐脏预制型塑胶跑道。
对各实施例制备的跑道样品进行性能测试以展示跑道的性能。检测依据为田径场地设施标准手册。试验结果如表1所示：
表1跑道实例性能测试
| 试验跑道 | 180°剥离强度(N/m) | 表面接触角(°) | 抗滑值(BPN20℃) |
| 实施例1 | 278 | 78.6 | 52 |
| 实施例2 | 297 | 76.4 | 54 |
| 实施例3 | 231 | 78.9 | 50 |
| 实施例4 | 254 | 76.2 | 55 |
| 对比例1 | / | 94.3 | 40 |
| 对比例2 | 85 | 82.6 | 45 |
从表1中可以看出，添加了表面改性助剂1,2-环氧-4-乙烯基环己烷和端羟基聚二甲基硅氧烷的防滑耐脏预制型塑胶跑道相比于未添加UV固化表面涂层、添加UV固化表面涂层而未添加表面改性助剂的塑胶跑道而言，具有更高的180°剥离强度、表面极性及防滑性能，这是由于表面改性助剂与UV固化涂层中的聚氨酯丙烯酸酯预聚物于界面处发生共固化反应，提高UV固化涂层与SEBS基材的相容性和粘接力，实现材料防滑耐脏性能的提升。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些替换和修改。
Claims (11)
1.一种防滑耐脏型热塑性塑胶跑道，其特征在于，包括热塑性弹性基层和覆于所述热塑性弹性基层表面的涂层；
所述热塑性弹性基层包括以下重量份的组份：热塑性弹性体100份、油性填充剂50~100份、增强树脂10~30份、无机填充粉末20~60份、抗氧剂1~3份和表面改性助剂5~10份；所述热塑性弹性体为SEBS；所述表面改性助剂为1,2-环氧-4-乙烯基环己烷和端羟基聚二甲基硅氧烷的组合物，1,2-环氧-4-乙烯基环己烷和端羟基聚二甲基硅氧烷的质量比为2:1~1:1；
所述涂层包括以下重量份的组份：端羟基聚丁二烯100份、异佛尔酮二异氰酸酯11.1~22.2份、催化剂0.01~0.2份、丙烯酸羟乙酯5~10份和UV光引发剂0.5~3.0份。
2.根据权利要求1所述的防滑耐脏型热塑性塑胶跑道，其特征在于，所述的抗氧剂为抗氧剂1010或168中的一种。
3.根据权利要求1所述的防滑耐脏型热塑性塑胶跑道，其特征在于，所述油性填充剂为环烷油、石蜡油或环氧大豆油中的一种。
4.根据权利要求1所述的防滑耐脏型热塑性塑胶跑道，其特征在于，所述增强树脂为聚丙烯、高密度聚乙烯或低密度聚乙烯中的一种。
5.根据权利要求1所述的防滑耐脏型热塑性塑胶跑道，其特征在于，所述无机填充粉末为碳酸钙、石英粉或滑石粉中的一种。
6.根据权利要求1所述的防滑耐脏型热塑性塑胶跑道，其特征在于，所述端羟基聚丁二烯的分子量为2000~4000。
7.根据权利要求1所述的防滑耐脏型热塑性塑胶跑道，其特征在于，所述催化剂为辛酸亚锡或二丁基锡二月桂酸酯中的一种。
8.根据权利要求1所述的防滑耐脏型热塑性塑胶跑道，其特征在于，所述UV光引发剂为二苯甲酮或2,4-二羟基二苯甲酮中的一种。
9.权利要求1-8任一所述的防滑耐脏热塑性塑胶跑道的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）UV固化表面涂层的制备：将端羟基聚丁二烯、异佛尔酮二异氰酸酯和催化剂在无水条件下搅拌反应，控制羟基与异氰酸酯基的摩尔比为1:2，反应温度60~80℃，时间3~6小时，后加入丙烯酸羟乙酯，继续反应5~7小时，冷却后加入UV光引发剂，得到涂层液；
（2）防滑耐脏型预制型塑胶跑道的制备：将各原料混合均匀后熔融共混挤出，之后辊压得到表面含有粗糙花纹的热塑性弹性基层；
（3）在所述热塑性弹性基层的表面涂刷步骤（1）得到的涂层液，干燥成型后进行紫外光辐照，得到所述防滑耐脏型热塑性塑胶跑道。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的挤出的温度为170~200℃。
11. 根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述的辐照的剂量为10~15M rad。
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