專利名稱：由聚氨酯/納米蒙脫土制備的體育運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地鋪裝材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高分子復(fù)合材料，特別涉及由聚氨酯/納米蒙脫土制備的體育運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地鋪裝材料及其制備方法。
聚氨酯彈性體因其高耐磨性，高彈性仍是國(guó)際、國(guó)內(nèi)體育場(chǎng)地(田徑跑道，球類場(chǎng)地)鋪裝材料的最佳選材。我國(guó)現(xiàn)體育場(chǎng)地聚氨酯彈性體為聚氨酯予聚體(通稱A組份)及固化劑(通稱B組份)雙組份現(xiàn)場(chǎng)澆注室溫成型的聚氨酯的配方及工藝。至今，我國(guó)各廠家生產(chǎn)用作體育場(chǎng)地鋪裝材料的聚氨酯彈性體的配方，均沿用中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)號(hào)為CN 1033639A所公開(kāi)的TDI-MOCA體系，產(chǎn)品的質(zhì)量一般僅僅能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表3。此配方通過(guò)近二十年的實(shí)踐，暴露出很多缺陷，如聚氨酯彈性體力學(xué)性能低，尤其制造廠家為降低生產(chǎn)成本，大大增加形成聚氨酯彈性體B組份中的填充料含量，由此進(jìn)一步加劇了聚氨酯彈性體力學(xué)性能的下降，其結(jié)果更易造成由該聚氨酯彈性體鋪裝的體育場(chǎng)地自然龜裂，使用壽命大為縮短。
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有低成本的鋪裝在體育場(chǎng)地的聚氨酯彈性體力學(xué)性能低的缺陷，提供一種由聚氨酯/納米蒙脫土制備的體育運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地鋪裝材料及其制備方法。應(yīng)用納米技術(shù)，在保證材料的低成本前提下，仍保持材料的優(yōu)良力學(xué)性能，尤其保持及提高材料的斷裂伸長(zhǎng)率，并提高場(chǎng)地的防霉及阻燃性能。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的由聚氨酯/納米蒙脫土制備的體育運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地鋪裝材料是由彈性體A組份、B組份和異辛酸鹽催化劑組成；其中，聚氨酯/納米蒙脫土中A組份與B組份的重量比為1∶2-1∶4，異辛酸鹽催化劑的含量是A組份和B組份重量總合的0.10-1.2％；A組份的組成及重量百分比為二異氰酸甲苯 20-30％聚醚二元醇 70-80％B組份的組成及重量百分比為聚醚三元醇 15-30％
3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷 4-10％納米蒙脫土4-10％滑石粉20-30％二氧化硅粉1-4％氯化石臘油25-45％鐵(Fe2O3)或檸檬黃-酞菁綠混合體 2-5％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；氯化石臘油和滑石粉是工業(yè)級(jí)的；二氧化硅粉是氣相或沉淀白炭黑；所述的異辛酸鹽包括異辛酸鈣、異辛酸鋅或異辛酸鉛。
本發(fā)明由聚氨酯/納米蒙脫土制備的體育運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地鋪裝材料的制備方法，以重量百分比計(jì)為1).A組份制備將基于A組份總量的聚醚二元醇70-80％加入到反應(yīng)釜中，在80-100℃下攪拌，抽真空脫水脫氣2-3小時(shí)，冷卻至40-60℃，加入二異氰酸甲苯20-30％，在70-90℃下反應(yīng)2-3小時(shí)后抽真空脫氣，冷卻至室溫備用；2).B組份制備將基于B組份總量的納米蒙脫土4-10％與聚醚三元醇15-30％加入到反應(yīng)釜中攪拌混合，在50-60℃下抽真空脫水脫氣1-3小時(shí)，再混入3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷4-10％、滑石粉20-30％、二氧化硅粉1-4％、鐵紅或檸檬黃—酞菁綠混合體2-5％和氯化石臘油25-45％在85℃下攪拌混合，抽真空，脫濕氣1-2小時(shí)，冷卻至室溫備用；3).聚氨酯彈性體的制備按聚氨酯/納米蒙脫土中A組份與B組份的重量比為1∶2-1∶4混合A和B組份，混合均勻后加入量為A和B組份重量總合的0.10-1.2％的異辛酸鹽催化劑，攪拌，聚合固化，制備出體育場(chǎng)地鋪裝材料用的聚氯酯彈性體。
本發(fā)明所用的蒙脫土可從市場(chǎng)購(gòu)得，納米蒙脫土可用如下的制備方法獲得蒙脫±5％(W/W)水溶液，其陽(yáng)離子交換容量CEC 9-10mmol/g，在80℃下逐滴加入十六-十八烷基氯化銨，其量按＞9-10mmol/g計(jì)，攪拌反應(yīng)1小時(shí)，吸濾，水洗至無(wú)Cl-(AgNo3檢測(cè))，烘干、粉碎。
本發(fā)明所用蒙脫土是一種層狀硅酸鹽，其結(jié)構(gòu)片層約1納米(1nm)。在其層狀結(jié)構(gòu)中有一鋁氧八面體亞層，它在其中與兩個(gè)硅氧四面體的亞層通過(guò)共用氧原子連接，由于中間夾層的鋁氧層的鋁原子被低價(jià)離子，如Na+，Ca++等取代，片層因而有負(fù)電荷，容易與烷基季銨鹽或其它有機(jī)陽(yáng)離子進(jìn)行交換，生成有機(jī)化蒙脫土，因而具有親油性。如此，它可與有機(jī)高分子單體混合，也可能單體進(jìn)入被因烷基季銨鹽交換而擴(kuò)大的層間。進(jìn)行高分子聚合反應(yīng)后，它不僅有納米尺寸所提供的納米效應(yīng)(如高的表面能等)，且聚合物分子存在結(jié)構(gòu)片層中，這樣晶體結(jié)構(gòu)對(duì)有機(jī)高分子的力學(xué)性能供獻(xiàn)也不能忽略。
本發(fā)明在改變傳統(tǒng)聚氨酯彈性體育場(chǎng)地用膠的配方時(shí)，著重采用納米蒙脫土復(fù)合技術(shù)，使體育場(chǎng)地(田徑跑道，球場(chǎng))用膠的力學(xué)性能大為增強(qiáng)，拉伸強(qiáng)度增幅在20％以上，斷裂伸長(zhǎng)率增幅在30-40％。大大提高了體育場(chǎng)地的鋪裝質(zhì)量，使用壽命得到了延長(zhǎng)，并為進(jìn)一步改進(jìn)配方，向環(huán)保型改進(jìn)及降低生產(chǎn)成本方面提供了可能。
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述。
實(shí)施例1.田徑跑道鋪裝用膠(室溫放置14日后測(cè)力學(xué)性能)。
1).A組份制備將基于A組份總量的，其分子量為2000的丙二醇聚氧丙烯醚45％和分子量為1000的丙二醇聚氧丙烯醚32％加入到反應(yīng)釜中，在80℃下攪拌，抽真空脫水脫氣3小時(shí)，冷卻至40℃，加入二異氰酸甲苯23％，在70℃下反應(yīng)2-3小時(shí)后抽真空脫氣，冷卻至室溫備用；2).B組份制備將基于B組份總量的納米蒙脫土4.5％與丙三醇聚氧丙烯醚22％加入到反應(yīng)釜中攪拌混合，在60℃下抽真空脫水脫氣3小時(shí)，再混入3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷5％、滑石粉26％、二氧化硅粉3％、鐵紅4％和氯化石臘油35.5％在85℃下攪拌混合，抽真空，脫濕氣1小時(shí)，冷卻至室溫備用；3).聚氨酯彈性體的制備按聚氨酯/納米蒙脫土中A組份與B組份的重量比為1∶2混合A和B組份，混合均勻后加入量為A和B組份重量總合的0.8％的異辛酸鉛催化劑，攪拌，聚合固化，制備出體育場(chǎng)地鋪裝材料用的聚氯酯彈性體。
實(shí)施例2.田徑跑道鋪裝用膠(納米蒙脫土占彈性體5％，室溫放置14日后測(cè)力學(xué)性能)。
1).A組份制備將基于A組份總量的，其分子量為2000的丙二醇聚氧丙烯醚40％和分子量為1000的丙二醇聚氧丙烯醚34％加入到反應(yīng)釜中，在85℃下攪拌，抽真空脫水脫氣2.5小時(shí)，冷卻至45℃，加入二異氰酸甲苯26％，在80℃下反應(yīng)2小時(shí)后抽真空脫氣，冷卻至室溫備用；
2).B組份制備將基于B組份總量的納米蒙脫土6.7％與丙三醇聚氧丙烯醚22％加入到反應(yīng)釜中攪拌混合，在55℃下抽真空脫水脫氣1小時(shí)，再混入3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷5％、滑石粉23.8％、二氧化硅粉3％、鐵紅4％和氯化石臘油35.5％在90℃下攪拌混合，抽真空，脫濕氣2小時(shí)，冷卻至室溫備用；3).聚氨酯彈性體的制備按聚氨酯/納米蒙脫土中A組份與B組份的重量比為1∶3混合A和B組份，混合均勻后加入量為A和B組份重量總合的1.1％的異辛酸鈣催化劑，攪拌，聚合固化，制備出體育場(chǎng)地鋪裝材料用的聚氯酯彈性體。
實(shí)施例3.球場(chǎng)鋪裝用膠(納米蒙脫土占彈性體3％)1).A組份制備將基于A組份總量的，其分子量為2000的丙二醇聚氧丙烯醚45％和分子量為1000的丙二醇聚氧丙烯醚32％加入到反應(yīng)釜中，在100℃下攪拌，抽真空脫水脫氣2小時(shí)，冷卻至55℃，加入二異氰酸甲苯23％，在70℃下反應(yīng)2小時(shí)后抽真空脫氣，冷卻至室溫備用；2).B組份制備將基于B組份總量的納米蒙脫土4.5％與丙三醇聚氧丙烯醚28％加入到反應(yīng)釜中攪拌混合，在50℃下抽真空脫水脫氣3小時(shí)，再混入3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷8％、滑石粉20％、二氧化硅粉2％、鐵紅3％和氯化石臘油34.5％在80℃下攪拌混合，抽真空，脫濕氣1.5小時(shí)，冷卻至室溫備用；3).聚氨酯彈性體的制備按聚氨酯/納米蒙脫土中A組份與B組份的重量比為1∶2混合A和B組份，混合均勻后加入量為A和B組份重量總合的0.9％的異辛酸鋅催化劑，攪拌，聚合固化，制備出體育場(chǎng)地鋪裝材料用的聚氯酯彈性體。
實(shí)施例4.球場(chǎng)鋪裝用膠(納米蒙脫土占彈性體5％)1).A組份制備將基于A組份總量的，其分子量為2000的丙二醇聚氧丙烯醚40％和分子量為1000的丙二醇聚氧丙烯醚32％加入到反應(yīng)釜中，在100℃下攪拌，抽真空脫水脫氣2小時(shí)，冷卻至55℃，加入二異氰酸甲苯28％，在70℃下反應(yīng)2小時(shí)后抽真空脫氣，冷卻至室溫備用；2).B組份制備將基于B組份總量的納米蒙脫土5.7％與丙三醇聚氧丙烯醚28％加入到反應(yīng)釜中攪拌混合，在50℃下抽真空脫水脫氣2小時(shí)，再混入3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷5％、滑石粉21.8％、二氧化硅粉2％、氧化鐵紅3％和氯化石臘油34.5％在85℃下攪拌混合，抽真空，脫濕氣2小時(shí)，冷卻至室溫備用；
3).聚氨酯彈性體的制備按聚氨酯/納米蒙脫土中A組份與B組份的重量比為1∶3.5混合A和B組份，混合均勻后加入量為A和B組份重量總合的1.2％的異辛酸鈣催化劑，攪拌，聚合固化，制備出體育場(chǎng)地鋪裝材料用的聚氯酯彈性體。
表1實(shí)施例1和2跑道鋪裝膠測(cè)試結(jié)果，測(cè)試樣按GB/T 14833-93檢驗(yàn)
表2實(shí)施例3和4球場(chǎng)鋪裝膠測(cè)試結(jié)果，測(cè)試樣按GB/T 14833-93檢驗(yàn)
表3國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 14833-9權(quán)利要求
1.一種由聚氨酯/納米蒙脫土制備的體育運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地鋪裝材料，其特征在于該材料是由彈性體A組份、B組份和異辛酸鹽催化劑組成；其中，聚氨酯/納米蒙脫土中A組份與B組份的重量比為1∶2-1∶4，異辛酸鹽催化劑的含量是A組份和B組份重量總合的0.10-1.2％；A組份的組成及重量百分比為二異氰酸甲苯 20-30％聚醚二元醇 70-80％B組份的組成及重量百分比為聚醚三元醇 15-30％3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷 4-10％納米蒙脫土 4-10％滑石粉 20-30％二氧化硅粉 1-4％氯化石臘油 25-45％鐵紅(Fe2O3)或檸檬黃-酞菁綠混合體 2-5％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于所述的聚醚三元醇是丙三醇聚氧丙烯醚。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于所述的聚醚二元醇是丙二醇聚氧丙烯醚。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于所述的異辛酸鹽是異辛酸鈣、異辛酸鋅或異辛酸鉛。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的由聚氨酯/納米蒙脫土制備的體育運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地鋪裝材料的制備方法，其特征在于，以重量百分比計(jì)為1).A組份制備將基于A組份總量的聚醚二元醇70-80％加入到反應(yīng)釜中，在80-100℃下攪拌，抽真空脫水脫氣2-3小時(shí)，冷卻至40-60℃，加入二異氰酸甲苯20-30％，在70-90℃下反應(yīng)2-3小時(shí)后抽真空脫氣，冷卻至室溫備用；2).B組份制備將基于B組份總量的納米蒙脫土4-10％與聚醚三元醇15-30％加入到反應(yīng)釜中攪拌混合，在50-60℃下抽真空脫水脫氣1-3小時(shí)，再混入3，3’-二氯-4，4’-二氨基二苯基甲烷4-10％、滑石粉20-30％、二氧化硅粉1-4％、鐵紅或檸檬黃—酞菁綠混合體2-5％和氯化石臘油25-45％在85℃下攪拌混合，抽真空，脫濕氣1-2小時(shí)，冷卻至室溫備用；3).聚氨酯彈性體的制備按聚氨酯/納米蒙脫土中A組份與B組份的重量比為1∶2-1∶4混合A和B組份，混合均勻后加入量為A和B組份重量總合的0.10-1.2％的異辛酸鹽催化劑，攪拌，聚合固化，制備出體育場(chǎng)地鋪裝材料用的聚氯酯彈性體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的材料制備方法，其特征在于所述的聚醚三元醇是丙三醇聚氧丙烯醚。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的材料制備方法，其特征在于所述的聚醚二元醇是丙二醇聚氧丙烯醚。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的材料制備方法，其特征在于所述的異辛酸鹽是異辛酸鈣、異辛酸鋅或異辛酸鉛。
全文摘要
本發(fā)明屬于高分子復(fù)合材料,特別涉及由聚氨酯/納米蒙脫土制備的體育運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地鋪裝材料及其制備方法。將聚醚二元醇抽真空,加入二異氰酸甲苯,進(jìn)一步抽真空脫氣,制備出A組份;將納米蒙脫土與聚醚三元醇混合,抽真空脫水脫氣,再混入3,3’－二氯－4,4’－二氨基二苯基甲烷、無(wú)機(jī)填料及顏料和氯化石蠟油,抽真空,制備出B組份;將A組份與B組份按重量比1∶2－1∶4混合,再加入異辛酸鹽催化劑,攪拌,聚合固化,制備出體育場(chǎng)地鋪裝材料用的聚氯酯彈性體。本發(fā)明的材料斷裂伸長(zhǎng)率增幅在30－40%,提高了場(chǎng)地的鋪裝質(zhì)量。
文檔編號(hào)E01C13/00GK1352213SQ0013240
公開(kāi)日2002年6月5日 申請(qǐng)日期2000年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月15日
發(fā)明者孫賢育, 曾繁杰, 楊亞君, 魯開(kāi)娟, 劉必前, 江雷 申請(qǐng)人:北京中商世紀(jì)納米塑膠材料有限公司