由聚氨酯彈性體製備的體育場地鋪裝材料及其製備方法
2023-05-27 08:06:46
專利名稱：由聚氨酯彈性體製備的體育場地鋪裝材料及其製備方法
技術領域：
本發明屬於高分子材料領域，特別涉及由聚氨酯彈性體製備的體育場地鋪裝材料及其製備方法。
現代體育場的田徑跑道和球類比賽場地鋪裝材料的聚氨酯彈性體，已知的是先用甲苯二異氰酸酯TDI和聚醚二醇及有機稀釋劑製成聚氨酯預聚體(通稱A組份)；再將A組份與擴鏈-交鏈劑聚醚多元醇、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(通稱B組份)混合，再用催化劑作用聚合製成的聚氨酯彈性體。至今，我國各廠家生產用作體育場地鋪裝材料的聚氨酯彈性體的配方，均沿用中國發明專利公開號為CN 1033639A所公開的TDI-MOCA體系。
如《化學危險品消防與急救手冊》，化學工業出版社，1996年1版P262所指出的，甲苯二異酸酯屬化學危險品，其蒸氣與空氣能形成爆炸性混合物，加熱分解放出有毒氣體，特別是對人的皮膚、眼睛具有強刺激作用和致過敏作用；MOCA為致癌物質。由此，國際田聯倡議不要使用這兩種化學物質生產體育場地鋪裝材料。
本發明的目的在於克服由於聚氨酯彈性體使用TDI和MOCA所帶來的對人體的傷害，及不安全隱患，提供一種不使用TDI和MOCA的由聚氨酯彈性體製備的體育場地鋪裝材料及其製備方法，用以製造稱之為環保型的體育場地鋪裝材料。
本發明的目的是這樣實現的聚氨酯彈性體是由彈性體A組份、B組份、黑橡膠粒和金屬羧酸鹽催化劑組成；其中，聚氨酯彈性體中A組份的NCO摩爾與B組份的OH摩爾比為1.05-1.25，黑橡膠粒的含量是A組份和B組份重量總合的20-25％，金屬羧酸鹽催化劑為0.10-0.25％A組份的組成及重量百分比為二苯基甲烷二異氰酸酯 25-45聚醚二元醇 30-50增塑劑 20-40
B組份的組成及重量百分比為聚醚三元醇 30-40聚醚二元醇 20-351，4-丁二醇 0-4.0乙二胺聚氧丙烯醚 0.5-3.0三羥甲基丙烷 0.2-4.0不含氯取代基的有機二胺 1.5-4.0植物油 10-16無機填料 10-21鐵紅(Fe2O3)或檸檬黃-酞菁綠混合體 1.5-4.0所述的金屬羧酸鹽催化劑包括環烷酸鐵、環烷酸鉛、異辛酸鋅、異辛酸鐵或異辛酸鉛；所述的黑橡膠粒可以是廢橡膠粒或廢輪胎膠粒；所述的二苯基甲烷二異氰酸酯包括4，4』-二苯基甲烷二異氰酸酯、2，4』-二苯基甲烷二異氰酸酯或它們的混合物、或碳化二胺-脲酮亞胺改性的4，4』-二苯基甲烷二異氰酸酯；所述的增塑劑包括鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二丁酯、氯化石臘油或它們之間的任意混合物；所述的聚醚三元醇包括丙三醇聚氧丙烯醚，其分子量為3000；所述的聚醚二元醇包括丙二醇聚氧丙烯醚，其分子量為400-2000；乙二胺聚氧丙烯醚的分子量為3000；所述的植物油包括大豆油、蓖麻油、氧化大豆油或它們之間的任意混合物；所述的無機填料包括二氧化矽粉、滑石粉、高嶺土、改性膨潤土或它們之間的任意混合物。氯化石臘油、蓖麻油和滑石粉是工業級的；大豆油是食用級的；二氧化矽粉是氣相白炭黑。鐵紅(Fe2O3)或檸檬黃-酞菁綠混合體本發明聚氨酯彈性體的製備方法，以重量百分比計為1).A組份製備將基於A組份總量的聚醚二元醇30-50％和增塑劑20-40％加入到反應釜中，在80-100℃下攪拌，抽真空脫水脫氣1-3小時，冷卻至40-60℃，加入二苯基甲烷二異氰酸酯25-45％，在70-90℃下反應2-3小時後抽真空脫氣，冷卻至室溫備用；2).B組份製備將基於B組份總量的聚醚三元醇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％、三羥甲基丙烷0.2-4.0％、不含氯取代基的有機二胺1.5-4.0％、植物油10-16％加入到反應釜中攪拌混合，在95-105℃下抽真空脫水脫氣1-3小時，冷卻至40-60℃後加入無機填料10-21％和鐵紅或檸檬黃-酞菁綠混合體1.5-4.0％，攪拌混合，升溫至80-95℃抽真空，脫溼氣1-2小時，冷卻至室溫備用；3).聚氨酯彈性體的製備按聚氨酯彈性體中A組份的NCO摩爾與B組份的OH摩爾比為1.05-1.25混合A和B組份，然後加入量為A和B組份重量總合的20-25％的黑橡膠粒，混合均勻後加入量為A和B組份重量總合的0.10-0.25％的金屬羧酸鹽催化劑，攪拌，聚合固化，製備出體育場地鋪裝材料用的聚氯酯彈性體。
本發明的聚氨酯彈性體主要指標測試為1.硬度，用上海六凌儀器廠生產的橡膠硬度計LX-A型；2.拉伸強度和拉伸斷裂伸長率，用英國Instorn 1122型材料試驗機測定，按國家標準GB/T14833-93方法進行測試；3.樣品製備按國家標準GB/T538-92方法。
從本發明的實施例可看出，本發明的聚氨酯彈性體不使用甲苯二異氰酸酯TDI和3，3』-二氯-4，4』二氨基二苯基甲烷MOCA，其組成物質與中國發明專利公開號為CN 1033639A也大不一樣。本發明實施例所製成的聚氨酯彈性體跑道膠主要性能測試結果列於下表。
表1 由三種二苯基甲烷二異氰酸酯分別製成的聚氨酯彈性體跑道膠性能比較
MDI-50為2，4』-二苯基甲烷二異氰酸酯；MDI-100為4，4』-二苯基甲烷二異氰酸酯；液化MDI為碳化二胺-脲酮亞胺改性的4，4』-二苯基甲烷二異氰酸酯。
表2列出本發明實施例3用碳化亞胺改性的液化MDI製備的田徑跑道膠，經國家體育用品質量監督檢測中心測定的各項指標，均達到國家標準GB/T 14833-93。
因此，本發明改變了傳統聚氨酯彈性體育場地用膠的配方，生產安全，由於不使用刺激性，傷害性的TDI，因而不會再對施工現場工人的眼睛造成傷害和致皮膚過敏，並且有利於環保。
表2本發明製成的田徑跑道膠和中國發明專利CN1033639由TDI-MOCA體系製成的跑道膠性能比較。
1.國家標準GB/T 14833-932.中國發明專利公開號為CN 1033639A的報告數據3.本發明聚氨酯彈性體跑道膠測定結果，國家體育用品質量監督檢驗中心。
下面結合實施例對本發明的技術方案作進一步的描述。
實施例11).A組份製備將基於A組份總量的，其分子量為2000的丙二醇聚氧丙烯醚45％，鄰苯二甲酸二辛酯5％和氯化石臘油20％加入到反應釜中，在90℃下攪拌，抽真空脫水脫氣2小時左右，冷卻至50℃，加入4，4』-二苯基甲烷二異氰酸酯和2，4』-二苯基甲烷二異氰酸酯的混合物30％，在85℃下反應2小時左右後抽真空脫氣，冷卻至室溫備用；2).B組份製備將基於B組份總量的，其分子量為3000的丙三醇聚氧丙烯醚37％、分子量為1000的丙二醇聚氧丙烯醚26％、分子量為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％、三羥甲基丙烷0.3％、不含氯取代基的有機二胺1.2％、蓖麻油1.5％和大豆油12％加入到反應釜中攪拌混合，在95℃下抽真空脫水脫氣1小時左右，冷卻至45℃後加入滑石粉14％，SiO2粉2.3％，鐵紅1.5％，攪拌混合，升溫至85℃抽真空，脫溼氣1-2小時，冷卻至室溫備用；3).聚氨酯彈性體的製備按聚氨酯彈性體中A組份的NCO摩爾與B組份的OH摩爾比為1.10混合A和B組份，然後加入量為A和B組份重量總合的22％的黑橡膠粒，混合均勻後加入量為A和B組份重量總合的0.12％的異辛酸鉛催化劑，攪拌，聚合固化，製備出體育場地鋪裝材料用的聚氯酯彈性體。
實施例2.
1).A組份製備將基於A組份總量的，其分子量為2000的丙二醇聚氧丙烯醚43％，鄰苯二甲酸二丁酯10％和氯化石臘油14％加入到反應釜中，在90℃下攪拌，抽真空脫水脫氣2小時左右，冷卻至50℃，加入4，4』-二苯基甲烷二異氰酸酯33％，在85℃下反應2小時左右後抽真空脫氣，冷卻至室溫備用；2).B組份製備將基於B組份總量的，其分子量為3000的丙三醇聚氧丙烯醚36％、分子量為1000的丙二醇聚氧丙烯醚25％、分子量為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％、三羥甲基丙烷0.3％、不含氯取代基的有機二胺1.5％、蓖麻油1.5％和大豆油12％加入到反應釜中攪拌混合，在95℃下抽真空脫水脫氣1小時左右，冷卻至45℃後加入滑石粉15％、SiO2粉2.0％、鐵紅2.0％，攪拌混合，升溫至85℃抽真空，脫溼氣1-2小時，冷卻至室溫備用；3).聚氨酯彈性體的製備按聚氨酯彈性體中A組份的NCO摩爾與B組份的OH摩爾比為1.1混合A和B組份，然後加入量為A和B組份重量總合的20％的黑橡膠粒，混合均勻後加入量為A和B組份重量總合的0.15％的異辛酸鉛催化劑，攪拌，聚合固化，製備出體育場地鋪裝材料用的聚氯酯彈性體。
實施例3.
1).A組份製備將基於A組份總量的，其分子量為2000的丙二醇聚氧丙烯醚40％，和氯化石臘油25％加入到反應釜中，在90℃下攪拌，抽真空脫水脫氣1.5小時左右，冷卻至50℃，加入碳化二胺-脲酮亞胺改性的4，4』-二苯基甲烷二異氰酸酯35％，在85℃下反應2小時左右後抽真空脫氣，冷卻至室溫備用；2).B組份製備將基於B組份總量的，其分子量為3000的丙三醇聚氧丙烯醚35％、分子量為1000的丙二醇聚氧丙烯醚26％、分子量為400的丙二醇聚氧丙烯醚3.2％、乙二胺聚氧丙烯醚1.5％、三羥甲基丙烷0.7％、不含氯取代基的有機二胺1.3％、蓖麻油1.0％和大豆油11％加入到反應釜中攪拌混合，在95℃下抽真空脫水脫氣1小時左右，冷卻至45℃後加入改性膨潤土4％、滑石粉12.5％、SiO2粉1.6％、檸檬黃-酞菁綠混合體2.2％，攪拌混合，升溫至85℃抽真空，脫溼氣1-2小時，冷卻至室溫備用；3).聚氨酯彈性體的製備按聚氨酯彈性體中A組份的NCO摩爾與B組份的OH摩爾比為1.20混合A和B組份，然後加入量為A和B組份重量總合的25％的黑橡膠粒，混合均勻後加入量為A和B組份重量總合的0.15％的異辛酸鉛催化劑，攪拌，聚合固化，製備出體育場地鋪裝材料用的聚氯酯彈性體。
權利要求
1.一種由聚氨酯彈性體製備的體育場地鋪裝材料，其特徵在於聚氨酯彈性體是由彈性體A組份、B組份、黑橡膠粒和金屬羧酸鹽催化劑組成；其中，聚氨酯彈性體中A組份的NCO摩爾與B組份的OH摩爾比為1.05-1.25，黑橡膠粒的含量是A組份和B組份重量總合的20-25％，金屬羧酸鹽催化劑為0.10-0.25％；A組份的組成及重量百分比為二苯基甲烷二異氰酸酯 25-45％聚醚二元醇30-50％增塑劑20-40％B組份的組成及重量百分比為聚醚三元醇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％三羥甲基丙烷 0.2-4.0％不含氯取代基的有機二胺 1.5-4.0％植物油10-16％無機填料 10-20％鐵紅或檸檬黃-酞菁綠混合體 1.5-4.0％。
2.根據權利要求1所述的由聚氨酯彈性體製備的體育場地鋪裝材料，其特徵在於所述的金屬羧酸鹽催化劑是環烷酸鐵、環烷酸鉛、異辛酸鋅、異辛酸鐵或異辛酸鉛。
3.根據權利要求1所述的由聚氨酯彈性體製備的體育場地鋪裝材料，其特徵在於所述的二苯基甲烷二異氰酸酯是4，4』-二苯基甲烷二異氰酸酯、2，4』-二苯基甲烷二異氰酸酯或它們的混合物、或碳化二胺-脲酮亞胺改性的4，4』-二苯基甲烷二異氰酸酯。
4.根據權利要求1所述的由聚氨酯彈性體製備的體育場地鋪裝材料，其特徵在於所述的聚醚二元醇是丙二醇聚氧丙烯醚。
5.根據權利要求1所述的由聚氨酯彈性體製備的體育場地鋪裝材料，其特徵在於所述的增塑劑是鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二丁酯、氯化石臘油或它們之間的任意混合物。
6.根據權利要求1所述的由聚氨酯彈性體製備的體育場地鋪裝材料，其特徵在於所述的聚醚三元醇是丙三醇聚氧丙烯醚。
7.根據權利要求1-6所述的由聚氨酯彈性體製備的體育場地鋪裝材料的製備方法，其特徵在於，以重量百分比計為1).A組份製備將基於A組份總量的聚醚二元醇30-50％和增塑劑20-40％加入到反應釜中，在80-100℃下攪拌，抽真空脫水脫氣1-3小時，冷卻至40-60℃，加入二苯基甲烷二異氰酸酯25-45％，在70-90℃下反應2-3小時後抽真空脫氣，冷卻至室溫備用；2).B組份製備將基於B組份總量的聚醚三元醇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％、三羥甲基丙烷0.2-4.0％、不含氯取代基的有機二胺1.5-4.0％、植物油10-16％加入到反應釜中攪拌混合，在95-105℃下抽真空脫水脫氣1-3小時，冷卻至40-60℃後加入無機填料10-21％和鐵紅或檸檬黃-酞菁綠混合體1.5-4.0％，攪拌混合，升溫至80-95℃抽真空，脫溼氣1-2小時，冷卻至室溫備用；3).聚氨酯彈性體的製備按聚氨酯彈性體中A組份的NCO摩爾與B組份的OH摩爾比為1.05-1.25混合A和B組份，然後加入量為A和B組份重量總合的20-25％的黑橡膠粒，混合均勻後加入量為A和B組份重量總合的0.10-0.25％的金屬羧酸鹽催化劑，攪拌，聚合固化，製備出體育場地鋪裝材料用的聚氯酯彈性體。
8.根據權利要求7所述的由聚氨酯彈性體製備的體育場地鋪裝材料的製備方法，其特徵在於所述的金屬羧酸鹽催化劑是環烷酸鐵、環烷酸鉛、異辛酸鋅、異辛酸鐵或異辛酸鉛。
9.根據權利要求7所述的由聚氨酯彈性體製備的體育場地鋪裝材料的製備方法，其特徵在於所述的增塑劑是鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二丁酯、氯化石臘油或它們之間的任意混合物。
10.根據權利要求7所述的由聚氨酯彈性體製備的體育場地鋪裝材料的製備方法，其特徵在於所述的二苯基甲烷二異氰酸酯是4，4』-二苯基甲烷二異氰酸酯、2，4』-二苯基甲烷二異氰酸酯或它們的混合物、或碳化二胺-脲酮亞胺改性的4，4』-二苯基甲烷二異氰酸酯。
11.根據權利要求7所述的由聚氨酯彈性體製備的體育場地鋪裝材料的製備方法，其特徵在於所述的聚醚三元醇是丙三醇聚氧丙烯醚。
12.根據權利要求7所述的由聚氨酯彈性體製備的體育場地鋪裝材料的製備方法，其特徵在於所述的聚醚二元醇是丙二醇聚氧丙烯醚。
全文摘要
本發明屬於高分子材料領域,特別涉及由聚氨酯彈性體製備的體育場地鋪裝材料及其製備方法。將聚醚二元醇和氯化石蠟油混合,然後加入二苯基甲烷二異氰酸酯,經進一步反應及抽真空,製備出A組份;將聚醚多元醇、乙二胺聚氧丙烯醚、三羥甲基丙烷、不含氯取代基的有機二胺等混合,經進一步反應及抽真空,製備出B組份;將A組份、B組份、黑橡膠粒和金屬羧酸鹽混合,A組份的NCO摩爾與B組份的OH摩爾比為1.05－1.25;攪拌,聚合固化,製備出本發明的聚氯酯彈性體。本發明不使用刺激性、傷害性的TDI,有利於施工和環保。
文檔編號C08L75/08GK1352214SQ0013240
公開日2002年6月5日 申請日期2000年11月15日 優先權日2000年11月15日
發明者曾繁傑, 孫賢育, 楊亞君, 江雷, 劉必前 申請人:北京中商世紀納米塑膠材料有限公司