用于制作塑料跑道的聚氨酯接着剂及其预浸体的制作方法

[0001]
本发明涉及一种聚氨酯接着剂，特别是涉及一种用于制作塑料跑道的聚氨酯接着剂及其预浸体。


背景技术：

[0002]
现有用于制作塑料跑道的接着剂主要为二液型聚氨酯接着剂(或称双液型聚氨酯接着剂)，尽管使用单液型的接着剂，其也会因为扩链剂的添加而导致许多问题。上述问题诸如：由于接着剂的黏度过高，而不易将塑料颗粒完全湿润的问题；接着剂与塑料颗粒混合所形成的预浸体在进行跑道铺设时，预浸体不易流平、且厚度均一性差的问题；或着，在接着剂硬化后，因橡胶颗粒之间的接着性不佳而容易彼此剥离的问题。基于上述问题，利用现有的聚氨酯接着剂所制作的塑料跑道，具有质量不佳及使用寿命短的缺陷。
[0003]
也就是说，现有的聚氨脂接着剂普扁存在接着剂黏度过高、与塑料颗粒不容易完全湿润、及可施工时间短的问题，再者，由于现有的聚氨脂接着剂添加了可塑剂、扩链剂、及挥发性有机溶剂等有害物质，因此现有的聚氨脂接着剂大部分不符合环保的要求。
[0004]
于是，本发明人有感上述缺陷可改善，乃特潜心研究并配合科学原理的运用，终于提出一种设计合理且有效改善上述缺陷的本发明。


技术实现要素：

[0005]
本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种用于制作塑料跑道的聚氨酯接着剂及其预浸体。
[0006]
为了解决上述的技术问题，本发明所采用的其中一技术方案是，提供一种聚氨酯接着剂，其适用于塑料跑道的制作，其特征在于，所述聚氨酯接着剂包括：一氨基甲酸酯预聚物，其是由至少一种异氰酸酯与至少一种多元醇反应所形成；其中，所述多元醇是选自由聚醚多元醇及聚丁二烯多元醇所组成的材料群组的至少其中一种，并且所述多元醇的数量平均分子量是介于1,000克/摩尔至6,000克/摩尔之间；其中，基于所述聚氨酯接着剂的总重为100wt％，所述氨基甲酸酯预聚物的含量是介于80wt％至99.5wt％之间，并且所述聚氨酯接着剂于摄氏15度至40度下的黏度是介于1,000cps至3,000cps之间。
[0007]
优选的，所述氨基甲酸酯预聚物是将所述异氰酸酯的异氰酸酯基(-nco)与所述多元醇的羟基(-oh)以nco：oh介于3：1至6：1之间的摩尔比例进行反应所形成。
[0008]
优选的，所述聚醚多元醇是选自由聚氧化丙烯多元醇、聚氧化乙烯多元醇、及聚氧化丙烯-聚氧化乙烯共聚物多元醇所组成的材料群组的至少其中一种。
[0009]
优选的，所述多元醇的分子结构中具有羟基官能基，并且所述多元醇的平均官能度是介于2至3之间；其中，所述多元醇分子结构的侧端进一步具有能与异氰酸酯基(-nco)反应的氨基官能基(-nh2)。
[0010]
优选的，所述多元醇的分子结构中具有一个以上的甲基官能基、亚甲基官能基、或乙烯基官能基。
[0011]
优选的，所述聚氨酯接着剂进一步包括：一抗氧化剂、一紫外线吸收剂、及一阻聚剂；其中，基于所述聚氨酯接着剂的总重为100wt％，所述抗氧化剂的含量是介于0.1wt％至1.0wt％之间，所述紫外线吸收剂的含量是介于0.1wt％至0.6wt％之间，并且所述阻聚剂的含量是介于0.05wt％至0.5wt％之间。
[0012]
优选的，所述抗氧化剂是选自由四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、二丁基羟基甲苯、及亚磷酸脂所组成的材料群组的至少其中一种；其中，所述紫外线吸收剂是选自由2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2
’-
羟基-3’，5
’-
二叔苯基)5-氯化苯并三唑、及4-苯甲酰氧基-2，2，6，6-四甲基呱啶所组成的材料群组的至少其中一种；其中，所述阻聚剂是选自由苯甲酸及苯甲酰氯所组成的材料群组的至少其中一种。
[0013]
优选的，所述聚氨酯接着剂的组成中未包含有任何的扩链剂、可塑剂、及挥发性有机溶剂。
[0014]
优选的，所述多元醇的数量平均分子量是介于2,000克/摩尔至5,000克/摩尔；其中，基于所述聚氨酯接着剂的总重为100wt％，所述氨基甲酸酯预聚物的含量是介于90wt％至99.5wt％之间，并且所述聚氨酯接着剂于摄氏15度至40度下的黏度是介于1,500cps至2,500cps之间。
[0015]
为了解决上述的技术问题，本发明所采用的另外一技术方案是，提供一种聚氨酯接着剂的预浸体，其适用于塑料跑道的制作，其特征在于，所述聚氨酯接着剂的预浸体包括：一聚氨酯接着剂，包含由至少一种异氰酸酯与至少一种多元醇反应所形成的一氨基甲酸酯预聚物；其中，所述多元醇是选自由聚醚多元醇及聚丁二烯多元醇所组成的材料群组的至少其中一种，并且所述多元醇的数量平均分子量是介于1,000克/摩尔至6,000克/摩尔之间；其中，基于所述聚氨酯接着剂的总重为100wt％，所述氨基甲酸酯预聚物的含量是介于80wt％至99.5wt％之间，并且所述聚氨酯接着剂于摄氏15度至40度下的黏度是介于1,000cps至3,000cps之间；以及多个塑料颗粒，混合于所述聚氨酯接着剂中；其中，多个所述塑料颗粒的平均粒径是介于1毫米至10毫米之间，多个所述塑料颗粒的材质是选自由橡胶颗粒及聚氨酯颗粒所组成的材料群组的至少其中一种，并且多个所述塑料颗粒与所述聚氨酯接着剂的混合比例，以重量计，是介于4：1至10：1之间。
[0016]
优选的，所述预浸体经配置涂布于一平坦路面上，以形成厚度介于0.3厘米至1.2厘米之间的一涂布层，并且所述涂布层于摄氏15度至40度下、经时12小时以上、能固化形成为所述塑料跑道。
[0017]
优选的，所述氨基甲酸酯预聚物是将所述异氰酸酯的异氰酸酯基(-nco)与所述多元醇的羟基(-oh)以nco：oh介于3：1至6：1之间的摩尔比例进行反应而形成。
[0018]
优选的，所述聚醚多元醇是选自由聚氧化丙烯多元醇、聚氧化乙烯多元醇、及聚氧化丙烯聚氧化乙烯共聚物多元醇所组成的材料群组的至少其中一种。
[0019]
优选的，所述多元醇的分子结构中具有羟基官能基，并且所述多元醇的平均官能度是介于2至3之间；其中，所述多元醇分子结构的侧端进一步具有能与异氰酸酯基(-nco)反应的氨基官能基(-nh2)。
[0020]
本发明的有益效果在于，本发明所提供的聚氨酯接着剂及其预浸体，能通过“所述多元醇是选自由聚醚多元醇及聚丁二烯多元醇所组成的材料群组的至少其中一种，并且所述多元醇的数量平均分子量是介于1,000克/摩尔至6,000克/摩尔之间”以及“基于所述聚
氨酯接着剂的总重为100wt％，所述氨基甲酸酯预聚物的含量是介于80wt％至99.5wt％之间，并且所述聚氨酯接着剂于摄氏15度至40度下的黏度是介于1,000cps至3,000cps之间”的技术方案，以使得所述聚氨酯接着剂在常温下呈液态、且具有低黏度及可操作时间长的特性，从而有利于接着剂对于塑料颗粒的湿润，并且可以改善可施工时间短(或施工不易)的问题。
[0021]
为能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与附图仅用来说明本发明，而非对本发明的保护范围作任何的限制。
具体实施方式
[0022]
以下是通过特定的具体实施例来说明本发明所公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的构思下进行各种修改与变更。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。
[0023]
[聚氨酯接着剂]
[0024]
本实施例提供一种聚氨酯接着剂，并且本实施例的聚氨酯接着剂优选为一种单液型聚氨酯接着剂。也就是说，本实施例的聚氨酯接着剂可以在不需要额外配合硬化剂的情况下、直接用于黏着需要接着的材料。
[0025]
再者，本实施例的聚氨酯接着剂特别适用于塑料跑道的制作。更具体地说，本实施例的聚氨酯接着剂特别适用于接着塑料跑道用的塑料颗粒(如：橡胶颗粒或聚氨酯颗粒)，以于接着剂固化后，形成具有良好密着性、回弹性、及柔软手感的塑料跑道。
[0026]
为了实现上述目的，本实施例的聚氨酯接着剂，能通过材料的选择及配方比例的调整，而在常温下呈液态、且具有低黏度及可操作时间长的特性，从而有利于湿润塑料颗粒且提升塑料颗粒之间的接着强度。
[0027]
更具体地说，在本实施例中，所述聚氨酯接着剂的主要成分为氨基甲酸酯预聚物(urethane prepolymer)、且依据产品的设计需求、还可以添加有其它的添加助剂(如下文所述的抗氧化剂、紫外线吸收剂、及阻聚剂等添加助剂)。
[0028]
其中，所述氨基甲酸酯预聚物是由至少一种异氰酸酯(isocyanate)与至少一种多元醇(polyol)反应所形成。
[0029]
为了让所述聚氨酯接着剂对于塑料颗粒(如：橡胶颗粒或聚氨酯颗粒)有更好的黏着性，所述多元醇具有一优选的材料范围。具体而言，所述多元醇是选自由聚醚多元醇(polyether polyol)及聚丁二烯多元醇(polybutadiene polyol)所组成的材料群组的至少其中一种。
[0030]
其中，所述聚醚多元醇是选自由聚氧化丙烯多元醇、聚氧化乙烯多元醇、及聚氧化丙烯-聚氧化乙烯共聚物多元醇所组成的材料群组的至少其中一种。
[0031]
进一步地说，为了让所述聚氨酯接着剂在常温下呈液态、且具有低黏度及可操作时间长的特性，所述多元醇具有一优选的分子量范围。具体而言，所述多元醇的数量平均分子量通常是介于1,000克/摩尔至6,000克/摩尔、优选是介于2,000克/摩尔至5,000克/摩尔、且特优选是介于3,000克/摩尔至4,000克/摩尔。
[0032]
再者，所述多元醇于聚氨酯接着剂中具有一优选的含量范围。具体而言，基于所述聚氨酯接着剂的总重为100wt％，所述氨基甲酸酯预聚物的含量通常是介于80wt％至99.5wt％之间、优选是介于90wt％至99.5wt％之间、且特优选是介于95wt％至99.5wt％之间。
[0033]
根据上述材料种类、平均分子量、及含量范围的选择，所述聚氨酯接着剂于摄氏15度至40度下的黏度通常是介于1,000cps至3,000cps之间、优选是介于1,500cps至2,500cps之间、且特优选是介于1,750cps至2,250cps之间。
[0034]
也就是说，本实施例的聚氨酯接着剂能依据多元醇的材料种类及平均分子量的选择、且搭配于预聚物于接着剂中含量范围的调配，而使得接着剂实现低黏度、在常温下呈可流动的液态、且可操作时间长(固化时间长)的特性。
[0035]
值得一提的是，若所述多元醇的平均分子量超出(如：低于)上述所界定的范围，则所述聚氨酯接着剂将无法达到所需要的物化特性。举例来说，若所述多元醇的平均分子量低于上述所界定的范围(如：平均分子量低于1,000克/摩尔)，则所述聚氨酯接着剂的体系黏度将会偏高，从而使得接着剂对于塑料颗粒的湿润性变差，进而导致施工不易的问题存在。
[0036]
另外，值得一提的是，用于合成本实施例的异氰酸酯优选为4,4'-二苯甲烷二异氰酸酯(mdi)，但本发明不受限于此。举例来说，所述异氰酸酯可包括但不限于，芳香族聚异氰酸酯，例如4,4'-二苯甲烷二异氰酸酯(mdi)、2,2'-二苯甲烷二异氰酸酯、二苯甲烷2,4'-二异氰酸酯、1,3-伸苯基二异氰酸酯、1,4-伸苯基二异氰酸酯、萘-1,5-二异氰酸酯(ndi)、甲苯二异氰酸酯(tdi)、四甲基二甲苯二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、萘、二和四烷基二苯甲烷二异氰酸酯、4,4'-二苄基二异氰酸酯，及其组合。另外，所述异氰酸酯亦可包括但不限于，脂族异氰酸酯，例如十二烷二异氰酸酯、二聚脂肪酸二异氰酸酯、4,4'-二苄基二异氰酸酯、1,6-二异氰酸基-2,4,4-三甲基己烷、1,4-二异氰丁酯、1,6-二异氰己酯(hdi)、1,4-二异氰四甲氧丁酯、二环己甲烷二异氰酸酯、1,12-二异氰酸基十二烷，环状二异氰酸酯例如4,4-二环己甲烷二异氰酸酯、1,3-环己烷或1,4-环己烷二异氰酸酯、1-甲基-2,4-二异氰酸基环己烷、1-异氰基甲基-3-异氰基-1,5,5-三甲基环己烷(ipdi)、氢化或部分氢化mdi、二甲苯二异氰酸酯(xdi)、四甲基二甲苯二异氰酸酯(tmxdi)、二-和四亚烷基二苯甲烷二异氰酸酯。
[0037]
在本发明的一优选实施例中，为了让所述聚氨酯接着剂实现所需的物化特性(如：黏度特性)，所述氨基甲酸酯预聚物是将异氰酸酯的异氰酸酯基(-nco)与多元醇的羟基(-oh)以nco：oh介于3：1至6：1之间的摩尔比例(优选是介于4：1至5：1之间)进行反应所形成。
[0038]
在本发明的一优选实施例中，所述多元醇的分子结构中具有羟基官能基，并且所述多元醇的平均官能度是介于2至3之间。其中，所述多元醇分子结构的侧端进一步具有能与异氰酸酯基(-nco)反应的氨基官能基(-nh2)，借此，所述异氰酸酯与多元醇之间的反应速率将被提升，从而能更有效率地合成所述氨基甲酸酯预聚物。再者，由于所述氨基甲酸酯预聚物具有氨基官能基，因此所述氨基甲酸酯预聚物对于塑料颗粒(如：橡胶颗粒或聚氨酯颗粒)的黏着性也能被提升。
[0039]
在本发明的一优选实施例中，所述多元醇的分子结构中具有一个以上的甲基官能基、亚甲基官能基、或乙烯基官能基。
[0040]
在本发明的一优选实施例中，为了提升所述聚氨酯接着剂的物化特性，以让最终成形的塑料跑道具有更佳的品质(如：耐候性)，所述聚氨酯接着剂可以选择性地添加有诸如：抗氧化剂、紫外线吸收剂、及阻聚剂的添加助剂。
[0041]
其中，在所述添加助剂的材料选择方面，所述抗氧化剂是选自由四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、二丁基羟基甲苯、及亚磷酸脂所组成的材料群组的至少其中一种。另外，所述紫外线吸收剂是选自由2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2
’-
羟基-3’，5
’-
二叔苯基)5-氯化苯并三唑、及4-苯甲酰氧基-2，2，6，6-四甲基呱啶所组成的材料群组的至少其中一种。再者，所述阻聚剂是选自由苯甲酸及苯甲酰氯所组成的材料群组的至少其中一种。
[0042]
其中，在所述添加助剂的含量范围方面，基于所述聚氨酯接着剂的总重为100wt％，所述抗氧化剂的含量优选是介于0.1wt％至1.0wt％之间，所述紫外线吸收剂的含量优选是介于0.1wt％至0.6wt％之间，并且所述阻聚剂的含量优选是介于0.05wt％至0.5wt％之间。
[0043]
值得一提的是，所述抗氧化剂的添加能有助于防止橡胶颗粒(经长时间日晒后)发生老化、降解、或硫化的情况。另外，所述紫外线吸收剂的添加能有助于吸收阳光中的紫外线，而防止橡胶颗粒发生老化的情况。再者，所述阻聚剂的添加能有助于防止接着剂在储存或运输的过程中发生聚合反应的情况，从而提升接着剂产品的储存安定性。
[0044]
另外，值得一提的是，根据上述材料的选择及比例配方的调整，本实施例的聚氨酯接着剂可以在不需要添加有任何的扩链剂、可塑剂、及挥发性有机溶剂的情况下，直接用于接着塑料颗粒(如：橡胶颗粒或聚氨酯颗粒)，从而使得最终形成的塑料跑道符合环保的要求，并且有效减少塑料跑道对于环境及人体健康的危害。
[0045]
其中，上述扩链剂可以例如是但不限于，二苯基甲烷二胺(moca)、乙二醇、二乙二醇、及丁二醇。上述可塑剂可以例如是但不限于，邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、及1,2-环己烷二羧酸二异壬酯。上述挥发性有机溶剂可以例如是但不限于，甲苯、丙酮、及醋酸乙酯。
[0046]
值得一提的是，现有用于制作塑料跑道的接着剂，存在着因黏度过高(或者在施工时黏度会爬升)而不易将塑料颗粒完全湿润的问题、且存在着可施工时间短的问题。相对于现有用于制作塑料跑道的接着剂，本发明实施例所提供的聚氨酯接着剂，能通过材料的选择及配方比例的调整，而在常温下呈液态、且具有低黏度及可操作时间长的特性，从而有利于接着剂对于塑料颗粒的湿润，并且可以改善可施工时间短(或施工不易)的问题。
[0047]
[聚氨酯接着剂的材料特性测试]
[0048]
本发明实施例的聚氨酯接着剂与现有市售的聚氨酯接着剂在材料的物化特性上具有明显的差异，测试结果入下表1。
[0049]
[表1]
[0050][0051]
由表1可以得知，本发明实施例的聚氨酯接着剂的黏度相对于现有市售的聚氨酯接着剂的黏度来得低，因此更有利于塑料颗粒的湿润。
[0052]
再者，将本发明实施例的聚氨酯接着剂制成薄膜状后，再经由薄膜拉力测试后可以得知，由本发明实施例聚氨酯接着剂所制成的薄膜，相对于现有市售的聚氨酯接着剂所制成的薄膜，具有较低的100％模量、较高的断裂强度、及较高的伸长率。也就是说，本发明实施例聚氨酯接着剂在固化后将能使得最终制得的塑料跑道具有更为柔软的手感。
[0053]
[塑料跑道的制作]
[0054]
以上为本发明实施例的聚氨酯接着剂的材料组成及物化特性的说明，以下将继续说明如何将本发明实施例的聚氨酯接着剂应用于制作塑料跑道。
[0055]
在塑料跑道底层材料的制备方面，本发明实施例也提供一种聚氨酯接着剂的预浸体。所述聚氨酯接着剂的预浸体包含有聚氨酯接着剂及多个塑料颗粒。
[0056]
其中，所述聚氨酯接着剂包含由一异氰酸酯与一多元醇反应所形成的一氨基甲酸酯预聚物。所述多元醇是选自由聚醚多元醇及聚丁二烯多元醇所组成的材料群组的至少其中一种，并且所述多元醇的数量平均分子量是介于1,000克/摩尔至6,000克/摩尔之间。其中，基于所述聚氨酯接着剂的总重为100wt％，所述氨基甲酸酯预聚物的含量是介于80wt％至99.5wt％之间，并且所述聚氨酯接着剂于摄氏15度至40度下的黏度是介于1,000cps至3,000cps之间。
[0057]
其中，多个所述塑料颗粒是混合于聚氨酯接着剂中。多个所述塑料颗粒的平均粒径是介于1毫米至10毫米之间、且优选是介于1毫米至5毫米之间。多个所述塑料颗粒的材质是选自由橡胶颗粒(如：epdm橡胶颗粒、sbr橡胶颗粒)及聚氨酯颗粒所组成的材料群组的至少其中一种，并且多个所述塑料颗粒与所述聚氨酯接着剂的混合比例，以重量计，是介于4：1至10：1之间、且优选是介于6：1至8：1之间。
[0058]
在塑料跑道的制备方面，所述预浸体经配置涂布于一平坦路面上，以形成厚度介于0.3厘米至1.2厘米之间的一涂布层，并且所述涂布层于摄氏15度至40度下、经时12小时以上、能固化形成为所述塑料跑道。
[0059]
本发明的技术关键在于控制聚氨酯接着剂的黏度，同时不添加有毒化学物质、不含有挥发性有机溶剂、且制程简单，因此完全符合环保、高效、及节能的要求。本发明实施例的聚氨酯接着剂及其预浸体，用于跑道及球场的地面施工，具有可施工时间长、容易施工，硬化后塑料颗粒之间的密着佳、及硬度低等技术优势。
[0060]
[实施例的有益效果]
[0061]
本发明的有益效果在于，本发明所提供的聚氨酯接着剂及其预浸体，能通过“所述多元醇是选自由聚醚多元醇及聚丁二烯多元醇所组成的材料群组的至少其中一种，并且所述多元醇的数量平均分子量是介于1,000克/摩尔至6,000克/摩尔之间”以及“基于所述聚氨酯接着剂的总重为100wt％，所述氨基甲酸酯预聚物的含量是介于80wt％至99.5wt％之间，并且所述聚氨酯接着剂于摄氏15度至40度下的黏度是介于1,000cps至3,000cps之间”的技术方案，以使得所述聚氨酯接着剂在常温下呈液态、且具有低黏度及可操作时间长的特性，从而有利于接着剂对于塑料颗粒的湿润，并且可以改善可施工时间短(或施工不易)的问题。
[0062]
以上所述仅为本发明的优选可行实施例，并非用来局限本发明的保护范围，凡依本发明权利要求书所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的权利要求书的保护范围。