本发明涉及铺地材料
技术领域：
，尤其涉及一种聚氨酯材料、其制备方法及聚氨酯跑道粒料。
背景技术：
：现代化体育运动场的田径跑道、篮球场、排球场、羽毛球场、网球场，以及幼儿园、医院、中小学校等都有弹性适宜、运动安全、防滑、耐磨的铺地材料的要求。传统铺地材料多采用聚氨酯、聚氯乙烯、氯丁橡胶等制备，这些材料各项性能优良，特别是具有优良的缓冲性，得到较为广泛的应用。然而，上述广泛使用的传统材料也存在一些缺点，如聚氯乙烯材料本身热稳定性差，在使用过程中性能逐渐下降，同时也会缓慢分解，释放出对人体有害的物质如氯化氢。为了解决聚氯乙烯热稳定性，一般需要加入大量的热稳定剂，如有机无机酸的铅盐；高级脂肪酸的金属盐主要是硬脂酸，月桂酸和棕榈酸的钡、镉、铅、钙、锌、镁、锶等金属盐；有机锡类热稳定剂；稀土类热稳定剂等。另外，为了降低聚氯乙烯铺地材料的硬度，提高舒服性，需要加入大量的增塑剂如低分子氯化石蜡、DOP等。上述的热稳定剂、增塑剂属于小分子化合物，在使用过程中逐渐迁移、释放到环境中，这些物质大多具有毒性。在幼儿园、中小学校、医院接触这些铺地材料的多为幼儿、老人、病人等抵抗力较弱人群；在运动场所，人体大量运动时，抵抗力也较差，容易受这些有毒、有害物质影响。氯丁橡胶存在类似情况，同时，为了软化氯丁橡胶，一般加入多环芳烃，氯丁橡胶在加工过程中，也产生一些有毒有害物质，同时氯丁橡胶具有难闻的气味。随人们对健康要求的提高，以及对化合物毒性认识的加强，含氯化合物在铺地材料的应用将逐渐消失。聚氨酯材料具有极强的可裁剪性，在制备成产品后无毒无味，是一种理想的铺装材料。目前，市面上的聚氨酯铺地材料多采用聚醚多元醇(聚氧化丙烯二醇以及少量聚氧化丙烯三醇)与二异氰酸酯制备的预聚体、填料(如无机碳酸钙、滑石粉、废弃轮胎橡胶粒)及稀释剂等现场反应制备，然而该聚氨酯铺地材料的力学性能较差。技术实现要素：有鉴于此，本发明的目的在于提供一种聚氨酯材料、其制备方法及聚氨酯跑道粒料，该聚氨酯材料制备的聚氨酯跑道粒料具有优异的力学性能。本发明提供了一种聚氨酯材料，由包括以下组分的原料制得：二氧化碳共聚物多元醇100份，二异氰酸酯20～60份，扩链交联剂4～10份，有机金属催化剂0.1～1份，颜料0.2～4份和填料0～50份。优选地，所述二氧化碳共聚物多元醇的分子量为1000～8000g/mol，二氧化碳共聚物多元醇的羟基官能度为2～6，二氧化碳共聚物多元醇的分子内碳酸酯基团的摩尔分率为0.25～0.45。优选地，所述二异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、改性二苯基甲烷二异氰酸酯和聚合异氰酸酯中的一种或多种。优选地，所述扩链交联剂选自乙二醇、丁二醇、二乙二醇、二丙二醇、1,6-己二醇、1,3-丙二醇、1,2-丙二醇、1,4-羟甲基环己烷、三甲基戊二醇、二正丁胺、乙二胺、三甲基己二胺、四乙烯五胺、二乙烯三胺和异氟尔酮二胺中的一种或多种。优选地，所述颜料选自钛白粉、酞青绿、铁绿、铁红和铁黄中的一种或多种。优选地，所述有机金属催化剂选自辛酸亚锡、异辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡和有机铋中的一种或多种。优选地，所述填料选自气相二氧化硅、滑石粉、纳米碳酸钙、陶土和重钙中的一种或多种。本发明提供了一种上述技术方案所述聚氨酯材料的制备方法，包括以下步骤：将二氧化碳共聚物多元醇、二异氰酸酯和有机金属催化剂混合，反应，得到预聚体；将所述预聚体和扩链交联剂、颜料混合，反应，然后固化和熟化，再和填料混合，得到聚氨酯材料。优选地，所述二氧化碳共聚物多元醇、二异氰酸酯和有机金属催化剂反应的温度为70℃～90℃；所述二氧化碳共聚物多元醇、二异氰酸酯和有机金属催化剂反应的时间为0.5～4h。本发明提供了一种聚氨酯跑道粒料，由上述技术方案所述聚氨酯材料或上述技术方案所述制备方法制备的聚氨材料造粒制得；所述聚氨酯跑道粒料的粒径为1～5mm。本发明提供了一种聚氨酯材料，由包括以下组分的原料制得：二氧化碳共聚物多元醇100份，二异氰酸酯20～60份，扩链交联剂4～10份，颜料0.2-4份，有机金属催化剂0.1～1份，颜料0.2～4份和填料0～50份。本发明提供的聚氨酯材料的制备原料中包括二氧化碳共聚物多元醇，该组分内含有大量的碳酸酯键及醚键，这些键使得二氧化碳共聚物多元醇在制备成聚氨酯跑道粒料时，容易形成较强的分子内及分子间氢键，其与其它组分协同作用下，制备的聚氨酯跑道粒料具有优异的耐磨性和力学强度。实验结果表明：该聚氨酯跑道粒料的硬度为55～95邵A；拉伸强度6.6～19.4MPa；断裂伸长率为326～562％；撕裂强度为39～110KN/m。具体实施方式本发明提供了一种聚氨酯跑道粒料，以重量份数计，由包括以下组分的原料制得：二氧化碳共聚物多元醇100份，二异氰酸酯20～60份，扩链交联剂4～10份，有机金属催化剂0.1～1份，颜料0.2～4份和填料0～50份。在本发明中，所述聚氨酯材料，以重量份数计，制备原料包括二氧化碳共聚物多元醇100份。在本发明中，所述二氧化碳共聚物多元醇的分子量优选为1000～8000g/mol，更优选为1500～4000g/mol；二氧化碳共聚物多元醇的羟基官能度优选为2～6，更优选为2～3；二氧化碳共聚物多元醇的分子内碳酸酯基团的摩尔分率优选为0.25～0.45，更优选为0.3～0.4。本发明对所述二氧化碳共聚物多元醇的来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的二氧化碳共聚物多元醇即可，如可以采用其市售商品，也可以采用本领域技术人员熟知的制备方法自行制备。在本发明中，所述二氧化碳共聚物多元醇是以二氧化碳为起始原料，在引发剂、催化剂作用下与环氧丙烷共聚合成的。所述二氧化碳共聚物多元醇是以廉价的工业废气二氧化碳作为主要原材料制备，成本比较低廉，规模生产后对环境保护、节能减排均具有重要意义，同时解决目前铺地材料不环保的缺点。在本发明中，聚氨酯材料的制备原料包括二异氰酸酯20～60份，优选为25～55份。在本发明的具体实施例中，所述二异氰酸酯的用量为25份或35份或45份或55份。在本发明中，所述二异氰酸酯优选选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、改性二苯基甲烷二异氰酸酯和聚合异氰酸酯中的一种或多种。所述二苯基甲烷二异氰酸酯为纯的固态二苯基甲烷二异氰酸酯；所述改性二苯基甲烷二异氰酸酯为经碳化二亚胺改性的液态二苯基甲烷二异氰酸酯。在本发明的具体实施例中，所述二异氰酸酯具体为二苯基甲烷二异氰酸酯。在本发明中，聚氨酯材料的制备原料包括扩链交联剂4～10份，优选为4～10份。在本发明的具体实施例中，所述扩链交联剂的用量具体为4.4份、6.4份、8.3份或9.8份。所述扩链交联剂优选选自乙二醇、丁二醇、二乙二醇、二丙二醇、1,6-己二醇、1,3-丙二醇、1,2-丙二醇、1,4-羟甲基环己烷、三甲基戊二醇、二正丁胺、乙二胺、三甲基己二胺、四乙烯五胺、二乙烯三胺和异氟尔酮二胺中的一种或多种。在本发明的具体实施例中，所述扩链交联剂具体为1,4-丁二醇。在本发明中，聚氨酯材料的制备原料包括颜料0.2～4份，优选为0.5～2份。在本发明的具体实施例中，所述颜料的用量具体为1份。所述颜料优先选自钛白粉、酞青绿、铁绿、铁红和铁黄中的一种或多种。在本发明的具体实施例中，所述颜料具体为铁红。在本发明中，聚氨酯材料的制备原料包括有机金属催化剂0.1～1份，优选为0.1～0.4份。在本发明的具体实施例中，所述有机金属催化剂的用量具体为份0.2份。所述有机金属催化剂优选选自辛酸亚锡、异辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡和有机铋中的一种或多种。在本发明的具体实施例中，所述有机金属催化剂具体为辛酸亚锡。在本发明中，聚氨酯材料的制备原料包括填料0～50份，优选为5～45份。在本发明的具体实施例中，所述填料的用量具体为10份、20份、25份和30份。所述填料优选选自气相二氧化硅、滑石粉、纳米碳酸钙、陶土和重钙中的一种或多种。在本发明的具体实施例中，所述填料具体为滑石粉。本发明提供了一种上述技术方案所述聚氨酯材料的制备方法，包括以下步骤：将二氧化碳共聚物多元醇、二异氰酸酯和有机金属催化剂混合，反应，得到预聚体；将所述预聚体和扩链交联剂、颜料混合，反应，然后固化和熟化，再和填料混合，得到聚氨酯跑道粒料。本发明将二氧化碳共聚物多元醇、二异氰酸酯和有机金属催化剂混合，反应，得到预聚体。在本发明中，所述二氧化碳共聚物多元醇、二异氰酸酯和有机金属催化剂的种类、用量和来源与上述技术方案所述一致，在此不再赘述。在本发明中，所述二氧化碳共聚物多元醇、二异氰酸酯和有机金属催化剂反应的温度优选为70℃～90℃，更优选为80℃；所述二氧化碳共聚物多元醇、二异氰酸酯和有机金属催化剂反应的时间优选为0.5～4h，更优选为3h。得到预聚体后，本发明将所述预聚体、颜料和扩链交联剂反应，然后固化和熟化，再和填料混合，造粒，得到聚氨酯跑道粒料。在本发明中，所述扩链交联剂、颜料和填料的种类、用量和来源与上述技术方案所述一致，在此不再赘述。在本发明中，所述预聚体、颜料和扩链交联剂反应的温度优选为50℃～60℃；所述预聚体、颜料和扩链交联剂反应的时间优选为5～15min。在本发明中，所述固化的温度优选为75～85℃，更优选为75～85℃；在本发明的具体实施例中，所述固化的温度为80℃；所述固化的时间优选为10～14h，更优选为11～13h；在本发明的具体实施例中，所述固化的时间具体为12h。在本发明中，所述熟化的温度优选为95～105℃，更优选为100℃；所述熟化的时间优选为10～14h，更优选为12h。本发明优选将熟化后的产物放置24h后再和填料混合，得到聚氨酯材料。在本发明中，所述填料优选选自气相二氧化硅、滑石粉、纳米碳酸钙、陶土和重钙中的一种或多种。本发明提供了一种聚氨酯跑道粒料，由上述技术方案所述聚氨酯材料或上述技术方案所述制备方法制备的聚氨酯材料造粒制得。在本发明中，所述聚氨酯跑道粒料的粒径为1～5mm，优选为2～4mm。该聚氨酯跑道粒料以二氧化碳共聚物多元醇为基础，不仅生产成本低，而且工艺简单、操作方便、绿色环保无污染，目前很多铺地材料存在VOC含量高、气味大、多环芳烃超标等行业共性难题。可以有效解决目前跑道材料容易降解释放有毒物质及加工助剂用量高，不少加工助剂对人体有害的缺点，为跑道材料行业也提供一种环保解决方案。本发明采用GB/T528-2009测试上述技术方案所述聚氨酯跑道粒料的拉伸强度和断裂伸长率；本发明按照GB/T529-2008测试上述技术方案所述聚氨酯跑道粒料的撕裂强度。本发明采用GB/T6031-1998测试上述技术方案所述聚氨酯跑道粒料的邵A硬度。本发明提供了一种聚氨酯材料，由包括以下组分的原料制得：二氧化碳共聚物多元醇100份，二异氰酸酯20～60份，扩链交联剂4～10份，有机金属催化剂0.1～1份，颜料0.2～4份和填料0～50份。本发明提供的聚氨酯材料的制备原料中包括二氧化碳共聚物多元醇，该组分内含有大量的碳酸酯键及醚键，这些键使得二氧化碳共聚物多元醇在制备成聚氨酯跑道粒料时，容易形成较强的分子内及分子间氢键，其与其它组分协同作用下，制备的聚氨酯跑道粒料具有优异的耐磨性和力学强度。实验结果表明：该聚氨酯跑道粒料的硬度为55～95邵A；拉伸强度6.6～19.4MPa；断裂伸长率为326～562％；撕裂强度为39～110KN/m。为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种聚氨酯材料、其制备方法及聚氨酯跑道粒料进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。实施例1取二氧化碳共聚物多元醇100份，加入反应釜中，加热到60℃，搅拌速度为500r/min，加入二苯基甲烷二异氰酸酯25份，辛酸亚锡0.2份，逐步升温到80℃反应3小时，得到预聚体；取预聚体100份降温到60℃，再将含有事先脱水的扩链剂1,4-丁二醇4.4份加入反应釜中，再加入1份的铁红颜料高速搅拌反应5分钟后快速倒入预热好的模具，在烘箱中80℃下固化12h后，再在100℃熟化12h，并在室温放置24h后破碎，在挤出机中加入20份滑石粉造粒，制得新型环保聚氨酯跑道粒料，所述聚氨酯跑道粒料的粒径为2～4mm。本发明在平板硫化机中制样，测试聚氨酯跑道粒料的性能。本发明按照上述技术方案所述测试方法对实施例1制备的聚氨酯跑道粒料进行力学性能测试，力学性能包括拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度和硬度，测试结果见表1，表1为本发明实施例1～4制备的聚氨酯跑道粒料的力学性能测试结果：表1本发明实施例1～4制备的聚氨酯跑道粒料的力学性能测试结果性能实施例1实施例2实施例3实施例4硬度25℃(邵A)55688495拉伸强度(MPa)6.611.215.819.4断裂伸长率％562498453326撕裂强度(KN/m)394785110实施例2取二氧化碳共聚物多元醇100份，加入反应釜中，加热到60℃，搅拌速度为500r/min，加入二苯基甲烷二异氰酸酯35份，辛酸亚锡0.2份，逐步升温到80℃反应3小时，得到预聚体；取预聚体100份降温到60℃，再将事先脱水的扩链剂1,4-丁二醇6.4份加入反应釜中，再加入1份的铁红颜料高速搅拌反应5分钟后快速倒入预热好的模具，在烘箱中80℃下固化12h后，再在100℃熟化12h，并在室温放置24h后破碎，在挤出机中加入20份滑石粉填料，挤出造粒，制得新型环保聚氨酯跑道粒料，所述聚氨酯跑道粒料的粒径为2～4mm。本发明在平板硫化机中制样，测试聚氨酯跑道粒料的性能。本发明按照上述技术方案所述测试方法对实施例2制备的聚氨酯跑道粒料进行力学性能测试，测试结果见表1。实施例3取二氧化碳共聚物多元醇100份，加入反应釜中，加热到60℃，搅拌速度为500r/min，加入二苯基甲烷二异氰酸酯45份，辛酸亚锡0.2份，逐步升温到80℃反应3小时，得到预聚体；取预聚体100份降温到60℃，再将含有事先脱水的扩链剂1,4-丁二醇8.3份加入反应釜中，再加入1份的铁红颜料高速搅拌反应5分钟后快速倒人预热好的模具，在烘箱中80℃下固化12h后，再在100℃熟化12h，并在室温放置24h后破碎，在挤出机中加入25份滑石粉，挤出造粒，制得新型环保聚氨酯跑道粒料，所述聚氨酯跑道粒料的粒径为2～4mm。本发明在平板硫化机中制样，测试聚氨酯跑道粒料的性能。本发明按照上述技术方案所述测试方法对实施例3制备的聚氨酯跑道粒料进行力学性能测试，测试结果见表1。实施例4取二氧化碳共聚物多元醇100份，加入反应釜中，加热到60℃，搅拌速度为500r/min，加入二苯基甲烷二异氰酸酯55份，辛酸亚锡0.2份，逐步升温到80℃反应3小时，得到预聚体；取预聚体100份降温到60℃，再将含有事先脱水的扩链剂1,4-丁二醇9.8份加入反应釜中，再加入1份的铁红颜料高速搅拌反应5分钟后快速倒人预热好的模具，在烘箱中80℃下固化12h后，再在100℃熟化12h，并在室温放置24h后破碎，在挤出机中加入30份滑石粉，挤出造粒，制得新型环保聚氨酯跑道粒料，所述聚氨酯跑道粒料的粒径为2～4mm。本发明在平板硫化机中制样，测试聚氨酯跑道粒料的性能。本发明按照上述技术方案所述测试方法对实施例4制备的聚氨酯跑道粒料进行力学性能测试，测试结果见表1。由以上实施例可知，本发明提供了一种聚氨酯材料，由包括以下组分的原料制得：二氧化碳共聚物多元醇100份，二异氰酸酯20～60份，扩链交联剂4～10份，有机金属催化剂0.1～1份，颜料0.2～4份和填料0～50份。本发明提供的聚氨酯材料的制备原料中包括二氧化碳共聚物多元醇，该组分内含有大量的碳酸酯键及醚键，这些键使得二氧化碳共聚物多元醇在制备成聚氨酯跑道粒料时，容易形成较强的分子内及分子间氢键，其与其它组分协同作用下，制备的聚氨酯跑道粒料具有优异的耐磨性和力学强度。实验结果表明：该聚氨酯跑道粒料的硬度为55～95邵A；拉伸强度6.6～19.4MPa；断裂伸长率为326～562％；撕裂强度为39～110KN/m。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页1 2 3