CN1352214A - 由聚氨酯弹性体制备的体育场地铺装材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高分子材料领域,特别涉及由聚氨酯弹性体制备的体育场地铺装材料及其制备方法。将聚醚二元醇和氯化石蜡油混合,然后加入二苯基甲烷二异氰酸酯,经进一步反应及抽真空,制备出A组份;将聚醚多元醇、乙二胺聚氧丙烯醚、三羟甲基丙烷、不含氯取代基的有机二胺等混合,经进一步反应及抽真空,制备出B组份;将A组份、B组份、黑橡胶粒和金属羧酸盐混合,A组份的NCO摩尔与B组份的OH摩尔比为1.05－1.25;搅拌,聚合固化,制备出本发明的聚氯酯弹性体。本发明不使用刺激性、伤害性的TDI,有利于施工和环保。

Description

由聚氨酯弹性体制备的体育场地铺装材料及其制备方法
本发明属于高分子材料领域，特别涉及由聚氨酯弹性体制备的体育场地铺装材料及其制备方法。
现代体育场的田径跑道和球类比赛场地铺装材料的聚氨酯弹性体，已知的是先用甲苯二异氰酸酯TDI和聚醚二醇及有机稀释剂制成聚氨酯预聚体(通称A组份)；再将A组份与扩链-交链剂聚醚多元醇、二元醇的丁二醇、二元胺MOCA(3，3’-二氯-4，4’二氨基二苯基甲烷)和填料(通称B组份)混合，再用催化剂作用聚合制成的聚氨酯弹性体。至今，我国各厂家生产用作体育场地铺装材料的聚氨酯弹性体的配方，均沿用中国发明专利公开号为CN 1033639A所公开的TDI-MOCA体系。
如《化学危险品消防与急救手册》，化学工业出版社，1996年1版P262所指出的，甲苯二异酸酯属化学危险品，其蒸气与空气能形成***性混合物，加热分解放出有毒气体，特别是对人的皮肤、眼睛具有强刺激作用和致过敏作用；MOCA为致癌物质。由此，国际田联倡议不要使用这两种化学物质生产体育场地铺装材料。
本发明的目的在于克服由于聚氨酯弹性体使用TDI和MOCA所带来的对人体的伤害，及不安全隐患，提供一种不使用TDI和MOCA的由聚氨酯弹性体制备的体育场地铺装材料及其制备方法，用以制造称之为环保型的体育场地铺装材料。
本发明的目的是这样实现的：
聚氨酯弹性体是由弹性体A组份、B组份、黑橡胶粒和金属羧酸盐催化剂组成；其中，聚氨酯弹性体中A组份的NCO摩尔与B组份的OH摩尔比为1.05-1.25，黑橡胶粒的含量是A组份和B组份重量总合的20-25％，金属羧酸盐催化剂为0.10-0.25％：
A组份的组成及重量百分比为：
二苯基甲烷二异氰酸酯               25-45
聚醚二元醇                         30-50
增塑剂                             20-40
B组份的组成及重量百分比为：
聚醚三元醇                           30-40
聚醚二元醇                           20-35
1，4-丁二醇                          0-4.0
乙二胺聚氧丙烯醚                     0.5-3.0
三羟甲基丙烷                         0.2-4.0
不含氯取代基的有机二胺               1.5-4.0
植物油                               10-16
无机填料                             10-21
铁红(Fe2O3)或柠檬黄-酞菁绿混合体  1.5-4.0
所述的金属羧酸盐催化剂包括环烷酸铁、环烷酸铅、异辛酸锌、异辛酸铁或异辛酸铅；所述的黑橡胶粒可以是废橡胶粒或废轮胎胶粒；所述的二苯基甲烷二异氰酸酯包括4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯或它们的混合物、或碳化二胺-脲酮亚胺改性的4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯；所述的增塑剂包括邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、氯化石腊油或它们之间的任意混合物；所述的聚醚三元醇包括丙三醇聚氧丙烯醚，其分子量为3000；所述的聚醚二元醇包括丙二醇聚氧丙烯醚，其分子量为400-2000；乙二胺聚氧丙烯醚的分子量为3000；所述的植物油包括大豆油、蓖麻油、氧化大豆油或它们之间的任意混合物；所述的无机填料包括二氧化硅粉、滑石粉、高岭土、改性膨润土或它们之间的任意混合物。氯化石腊油、蓖麻油和滑石粉是工业级的；大豆油是食用级的；二氧化硅粉是气相白炭黑。铁红(Fe2O3)或柠檬黄-酞菁绿混合体
本发明聚氨酯弹性体的制备方法，以重量百分比计为：
1).A组份制备：将基于A组份总量的聚醚二元醇30-50％和增塑剂20-40％加入到反应釜中，在80-100℃下搅拌，抽真空脱水脱气1-3小时，冷却至40-60℃，加入二苯基甲烷二异氰酸酯25-45％，在70-90℃下反应2-3小时后抽真空脱气，冷却至室温备用；
2).B组份制备：将基于B组份总量的聚醚三元醇30-40％、聚醚二元醇20-35％、1，4-丁二醇0-4.0、乙二胺聚氧丙烯醚0.5-3.0％、三羟甲基丙烷0.2-4.0％、不含氯取代基的有机二胺1.5-4.0％、植物油10-16％加入到反应釜中搅拌混合，在95-105℃下抽真空脱水脱气1-3小时，冷却至40-60℃后加入无机填料10-21％和铁红或柠檬黄-酞菁绿混合体1.5-4.0％，搅拌混合，升温至80-95℃抽真空，脱湿气1-2小时，冷却至室温备用；
3).聚氨酯弹性体的制备：按聚氨酯弹性体中A组份的NCO摩尔与B组份的OH摩尔比为1.05-1.25混合A和B组份，然后加入量为A和B组份重量总合的20-25％的黑橡胶粒，混合均匀后加入量为A和B组份重量总合的0.10-0.25％的金属羧酸盐催化剂，搅拌，聚合固化，制备出体育场地铺装材料用的聚氯酯弹性体。
本发明的聚氨酯弹性体主要指标测试为：
1.硬度，用上海六凌仪器厂生产的橡胶硬度计LX-A型；
2.拉伸强度和拉伸断裂伸长率，用英国Instorn 1122型材料试验机测定，按
国家标准GB/T14833-93方法进行测试；
3.样品制备按国家标准GB/T538-92方法。
从本发明的实施例可看出，本发明的聚氨酯弹性体不使用甲苯二异氰酸酯TDI和3，3’-二氯-4，4’二氨基二苯基甲烷MOCA，其组成物质与中国发明专利公开号为CN 1033639A也大不一样。本发明实施例所制成的聚氨酯弹性体跑道胶主要性能测试结果列于下表。
表1  由三种二苯基甲烷二异氰酸酯分别制成的聚氨酯弹性体跑道胶性能比较
实施例 异氰酸酯 硬度(邵氏A)，度 拉伸强度，MPa 断裂伸长率，％ 阻燃性，级
1  MDI-50  55-58 1.20±0.07 116±8 1
2  MDI-100  52-55 0.96±0.03 117±3 1
 3  液化MDI  55-58 1.19±0.06 120±9 1
MDI-50为2，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯；MDI-100为4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯；液化MDI为碳化二胺-脲酮亚胺改性的4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯。
表2列出本发明实施例3用碳化亚胺改性的液化MDI制备的田径跑道胶，经国家体育用品质量监督检测中心测定的各项指标，均达到国家标准GB/T 14833-93。
因此，本发明改变了传统聚氨酯弹性体育场地用胶的配方，生产安全，由于不使用刺激性，伤害性的TDI，因而不会再对施工现场工人的眼睛造成伤害和致皮肤过敏，并且有利于环保。
表2本发明制成的田径跑道胶和中国发明专利CN1033639由TDI-MOCA体系制成的跑道胶性能比较。
要求1 TDI-MOCA体系2 MDI-DA体系3
硬度(邵氏A)，度 45-60  48  56
回弹值，％ ≥20  31  32
压缩复原率，％ ≥95  98  99
抗拉强度，Mpa ≥0.7  1.14  1.15
扯断伸长率，％ ≥90  105  100
阻燃性，级 1  1  1
1.国家标准GB/T 14833-932.中国发明专利公开号为CN 1033639A的报告数据3.本发明聚氨酯弹性体跑道胶测定结果，国家体育用品质量监督检验中心。
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。
实施例1
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45％，邻苯二甲酸二辛酯5％和氯化石腊油20％加入到反应釜中，在90℃下搅拌，抽真空脱水脱气2小时左右，冷却至50℃，加入4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯和2，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物30％，在85℃下反应2小时左右后抽真空脱气，冷却至室温备用；
2).B组份制备：将基于B组份总量的，其分子量为3000的丙三醇聚氧丙烯醚37％、分子量为1000的丙二醇聚氧丙烯醚26％、分子量为400的丙二醇聚氧丙烯醚3％、1，4-丁二醇0.2％、乙二胺聚氧丙烯醚1.0％、三羟甲基丙烷0.3％、不含氯取代基的有机二胺1.2％、蓖麻油1.5％和大豆油12％加入到反应釜中搅拌混合，在95℃下抽真空脱水脱气1小时左右，冷却至45℃后加入滑石粉14％，SiO2粉2.3％，铁红1.5％，搅拌混合，升温至85℃抽真空，脱湿气1-2小时，冷却至室温备用；
3).聚氨酯弹性体的制备：按聚氨酯弹性体中A组份的NCO摩尔与B组份的OH摩尔比为1.10混合A和B组份，然后加入量为A和B组份重量总合的22％的黑橡胶粒，混合均匀后加入量为A和B组份重量总合的0.12％的异辛酸铅催化剂，搅拌，聚合固化，制备出体育场地铺装材料用的聚氯酯弹性体。
实施例2.
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％，邻苯二甲酸二丁酯10％和氯化石腊油14％加入到反应釜中，在90℃下搅拌，抽真空脱水脱气2小时左右，冷却至50℃，加入4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯33％，在85℃下反应2小时左右后抽真空脱气，冷却至室温备用；
2).B组份制备：将基于B组份总量的，其分子量为3000的丙三醇聚氧丙烯醚36％、分子量为1000的丙二醇聚氧丙烯醚25％、分子量为400的丙二醇聚氧丙烯醚3.0％、1，4-丁二醇0.5％、乙二胺聚氧丙烯醚1.2％、三羟甲基丙烷0.3％、不含氯取代基的有机二胺1.5％、蓖麻油1.5％和大豆油12％加入到反应釜中搅拌混合，在95℃下抽真空脱水脱气1小时左右，冷却至45℃后加入滑石粉15％、SiO2粉2.0％、铁红2.0％，搅拌混合，升温至85℃抽真空，脱湿气1-2小时，冷却至室温备用；
3).聚氨酯弹性体的制备：按聚氨酯弹性体中A组份的NCO摩尔与B组份的OH摩尔比为1.1混合A和B组份，然后加入量为A和B组份重量总合的20％的黑橡胶粒，混合均匀后加入量为A和B组份重量总合的0.15％的异辛酸铅催化剂，搅拌，聚合固化，制备出体育场地铺装材料用的聚氯酯弹性体。
实施例3.
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％，和氯化石腊油25％加入到反应釜中，在90℃下搅拌，抽真空脱水脱气1.5小时左右，冷却至50℃，加入碳化二胺-脲酮亚胺改性的4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯35％，在85℃下反应2小时左右后抽真空脱气，冷却至室温备用；
2).B组份制备：将基于B组份总量的，其分子量为3000的丙三醇聚氧丙烯醚35％、分子量为1000的丙二醇聚氧丙烯醚26％、分子量为400的丙二醇聚氧丙烯醚3.2％、乙二胺聚氧丙烯醚1.5％、三羟甲基丙烷0.7％、不含氯取代基的有机二胺1.3％、蓖麻油1.0％和大豆油11％加入到反应釜中搅拌混合，在95℃下抽真空脱水脱气1小时左右，冷却至45℃后加入改性膨润土4％、滑石粉12.5％、SiO2粉1.6％、柠檬黄-酞菁绿混合体2.2％，搅拌混合，升温至85℃抽真空，脱湿气1-2小时，冷却至室温备用；
3).聚氨酯弹性体的制备：按聚氨酯弹性体中A组份的NCO摩尔与B组份的OH摩尔比为1.20混合A和B组份，然后加入量为A和B组份重量总合的25％的黑橡胶粒，混合均匀后加入量为A和B组份重量总合的0.15％的异辛酸铅催化剂，搅拌，聚合固化，制备出体育场地铺装材料用的聚氯酯弹性体。

Claims (12)

1.一种由聚氨酯弹性体制备的体育场地铺装材料，其特征在于：聚氨酯弹性体是由弹性体A组份、B组份、黑橡胶粒和金属羧酸盐催化剂组成；其中，聚氨酯弹性体中A组份的NCO摩尔与B组份的OH摩尔比为1.05-1.25，黑橡胶粒的含量是A组份和B组份重量总合的20-25％，金属羧酸盐催化剂为0.10-0.25％；
A组份的组成及重量百分比为：
二苯基甲烷二异氰酸酯                       25-45％
聚醚二元醇                                30-50％
增塑剂                                    20-40％
B组份的组成及重量百分比为：
聚醚三元醇                                30-40％
聚醚二元醇                                20-35％
1，4-丁二醇                               0-4.0
乙二胺聚氧丙烯醚                          0.5-3.0％
三羟甲基丙烷                              0.2-4.0％
不含氯取代基的有机二胺                     1.5-4.0％
植物油                                    10-16％
无机填料                                  10-20％
铁红或柠檬黄-酞菁绿混合体                  1.5-4.0％。
2.根据权利要求1所述的由聚氨酯弹性体制备的体育场地铺装材料，其特征在于：所述的金属羧酸盐催化剂是环烷酸铁、环烷酸铅、异辛酸锌、异辛酸铁或异辛酸铅。
3.根据权利要求1所述的由聚氨酯弹性体制备的体育场地铺装材料，其特征在于：所述的二苯基甲烷二异氰酸酯是4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯或它们的混合物、或碳化二胺-脲酮亚胺改性的4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯。
4.根据权利要求1所述的由聚氨酯弹性体制备的体育场地铺装材料，其特征在于：所述的聚醚二元醇是丙二醇聚氧丙烯醚。
5.根据权利要求1所述的由聚氨酯弹性体制备的体育场地铺装材料，其特征在于：所述的增塑剂是邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、氯化石腊油或它们之间的任意混合物。
6.根据权利要求1所述的由聚氨酯弹性体制备的体育场地铺装材料，其特征在于：所述的聚醚三元醇是丙三醇聚氧丙烯醚。
7.根据权利要求1-6所述的由聚氨酯弹性体制备的体育场地铺装材料的制备方法，其特征在于，以重量百分比计为：
1).A组份制备：将基于A组份总量的聚醚二元醇30-50％和增塑剂20-40％加入到反应釜中，在80-100℃下搅拌，抽真空脱水脱气1-3小时，冷却至40-60℃，加入二苯基甲烷二异氰酸酯25-45％，在70-90℃下反应2-3小时后抽真空脱气，冷却至室温备用；
2).B组份制备：将基于B组份总量的聚醚三元醇30-40％、聚醚二元醇20-35％、1，4-丁二醇0-4.0、乙二胺聚氧丙烯醚0.5-3.0％、三羟甲基丙烷0.2-4.0％、不含氯取代基的有机二胺1.5-4.0％、植物油10-16％加入到反应釜中搅拌混合，在95-105℃下抽真空脱水脱气1-3小时，冷却至40-60℃后加入无机填料10-21％和铁红或柠檬黄-酞菁绿混合体1.5-4.0％，搅拌混合，升温至80-95℃抽真空，脱湿气1-2小时，冷却至室温备用；
3).聚氨酯弹性体的制备：按聚氨酯弹性体中A组份的NCO摩尔与B组份的OH摩尔比为1.05-1.25混合A和B组份，然后加入量为A和B组份重量总合的20-25％的黑橡胶粒，混合均匀后加入量为A和B组份重量总合的0.10-0.25％的金属羧酸盐催化剂，搅拌，聚合固化，制备出体育场地铺装材料用的聚氯酯弹性体。
8.根据权利要求7所述的由聚氨酯弹性体制备的体育场地铺装材料的制备方法，其特征在于：所述的金属羧酸盐催化剂是环烷酸铁、环烷酸铅、异辛酸锌、异辛酸铁或异辛酸铅。
9.根据权利要求7所述的由聚氨酯弹性体制备的体育场地铺装材料的制备方法，其特征在于：所述的增塑剂是邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、氯化石腊油或它们之间的任意混合物。
10.根据权利要求7所述的由聚氨酯弹性体制备的体育场地铺装材料的制备方法，其特征在于：所述的二苯基甲烷二异氰酸酯是4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯或它们的混合物、或碳化二胺-脲酮亚胺改性的4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯。
11.根据权利要求7所述的由聚氨酯弹性体制备的体育场地铺装材料的制备方法，其特征在于：所述的聚醚三元醇是丙三醇聚氧丙烯醚。
12.根据权利要求7所述的由聚氨酯弹性体制备的体育场地铺装材料的制备方法，其特征在于：所述的聚醚二元醇是丙二醇聚氧丙烯醚。
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