专利名称：一种稀土羧酸盐改性的聚氨酯地面铺装材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及高分子复合材料领域，具体的说，涉及一种稀土羧酸盐改性的聚氨酯 地面铺装材料及其制备方法。
背景技术：
从七十年代后，世界范围开始用塑胶场地代替煤渣或泥土制作的场地。 PU(polyurethane)聚氨酯是一种高分子聚合物，以其优越特性，在短短二十余年间已被广 泛使用于体育场地等地面铺装建造上。现有的双组份聚氨酯地面铺装材料是由聚氨酯预聚体(通称A组份)和固化 剂(通称B组份)混合，再用催化剂作用聚合制成。CN1389531公开了双组份彩色聚氨酯 防水涂料及其制备工艺，CN1088949也公开了一种聚氨酯防水涂料及其生产工艺，但是， 聚氨酯地面铺装材料的制作配方工艺中，使用的原料都是毒性较大的TDI-MOCA-Pb体系， TDI-MOCA-In3体系中所用的甲苯二异氰酸酯属化学危险品，其蒸气与空气能形成爆炸性混 合物，加热分解放出有毒气体，特别是对人的皮肤、眼睛具有强烈刺激作用和致过敏作用； 而且MOCA为致癌物质，铅盐毒性大且是累积中毒。为此，国内外许多生产厂家和科研单位 开始研究开发非TDI-MOCA-Pb体系的环保型塑胶材料，但是由于TDI-MOCA-Pb的取代物的 化学性能差等原因，使得研制出来的环保塑胶物理性能无法达到使用要求。目前，国内也有利用纳米及晶须等材料改性制备聚氨酯地面铺装材料，如 CN1352213A中国发明专利说明书，公开了一种用纳米材料制备的由聚氨酯/纳米蒙脱土制 备的体育运动场地铺装材料及其制备方法，CN1450121用晶须材料改性的聚氨酯地面铺装 材料及其制备方法，但由于纳米和晶须材料极容易因范德华力而团聚，大大降低纳米蒙脱 土在聚氨酯中的分散性，从而影响聚氨酯铺装材料力学性能。基于上述缺陷，本发明开发了一种稀土羧酸盐改性的聚氨酯地面铺装材料，并公 开了其制备方法。
发明内容
本发明克服现有聚氨酯地面铺装材料的不足，提供一种利用稀土羧酸盐改性的聚 氨酯地面铺装材料及其制备方法。本发明所述的稀土元素就是化学元素周期表中镧系元素——镧(La)、铈(Ce)、 镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、 铥(Tm)、镱( )、镥(Lu)，以及与镧系的15个元素密切相关的两个元素——第四周期的钪 (Sc)和第五周期中的钇(Y)共17种元素。稀土羧酸盐改性剂稳定、无毒、价廉、稳定效果 好，同时稀土羧酸盐具有偶联作用，可以对聚合物材料中的填料进行改性，提高材料与填料 之间的粘结力，可作为一种新型补强增韧剂，提高聚氨酯复合材料的抗压、抗拉、粘结和抗 磨能力，同时稀土羧酸盐对异氰酸基团的扩链具有非常优异催化作用，可作为多功能助剂， 而且我国稀土资源丰富，所以稀土羧酸盐改性剂在我国有很好的发展前景。
本发明通过稀土羧酸盐与聚醚多元醇复合，使稀土羧酸盐均勻的分散在聚醚多元 醇结构中，进而作为聚氨酯的其中一个反应性的组分参与化学反应，从而得到一种具有优 良的力学性能、抗老化性能和抗菌性能的聚氨酯地面铺装材料。本发明所述的利用稀土羧酸盐改性的聚氨酯地面铺装材料，由聚氨酯弹性体A组 份、B组份和黑橡胶颗粒组成，A组份和B组份的重量比为1 3-5，黑橡胶粒的质量为A和 B组分总重量总和的0-50%，优选范围15-25%其中A组份的组成及重量百分比为(以A组份总重量为基)异氰酸酯30%-40%;聚醚二元醇30%-50%;聚醚三元醇10%-30%;B组份的组成及重量百分比为(以B组份总重量为基)聚醚三元醇15%-40%;增塑剂10%-40%;无机填料10%-40%;颜料1.0%-4. 5%;稀土羧酸盐0.5%-10.0%。其中，所述异氰酸酯为蒸汽压远远低于甲苯二异氰酸酯(TDI)的低挥发性异氰酸 酯，包括二苯甲烷-4，4: 二异氰酸酯(MDI)、聚醚改性MDI、碳化二亚胺改性MDI、多亚甲基 多苯基异氰酸酯(PAPI)中的一种或多种混合物。所述聚醚二元醇为用二元醇制得二官能度的聚醚，选自下述一种或多种丙二醇 聚氧丙烯醚、聚氧化乙烯多元醇、聚四氢呋喃二醇、四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇、聚丁二 烯二醇或上述几种的混合物，其分子量为1000-3000。所述的聚醚三元醇为用三元醇制得三官能度的聚醚，优选分子量为2000-3000的
丙三醇聚氧丙烯醚。所述的增塑剂可为邻苯二甲酸二辛酯、二苯甲酸二乙二醇酯、邻苯二甲酸二丁酯、 氯化石腊油中的一种或多种。所述的无机填料可选择本领域常用的各种无机填料，优选滑石粉、高岭土、改性膨 润土中的一种或多种；本发明所采用的稀土羧酸盐可以是常用的各种稀土羧酸盐，如可选择硬脂酸稀 土、水杨酸稀土、碱式单硬脂酸稀土、碱式双硬脂酸稀土、柠檬酸稀土、苹果酸稀土、月桂酸 稀土、棕榈酸稀土、肉豆蔻酸稀土、葵酸稀土、油酸稀土、氢氧化稀土、硫酸稀土、辛酸稀土中 的一种或多种混合物。本发明所采用的颜料是本领域常用的各种颜料。本发明所述的稀土羧酸盐改性的聚氨酯地面可用于铺装地面。本发明还提供上述稀土羧酸盐改性的聚氨酯地面铺装材料的制备方法。所述制备 方法，包括以下步骤1)A组份制备将聚醚二元醇、聚醚三元醇(基于A组份总重量)加入到反应釜中， 在80-100°C下搅拌，抽真空脱水脱气1-3小时，冷却至40-60°C，加入低挥发性异氰酸酯，在 70-90°C下反应2-3小时；
5
2)B组份制备将聚醚三元醇(基于B组份总量)在95_105°C下加入稀土羧酸盐， 然后然后保持95-105°C的温度，搅拌反应30-150min后，加入增塑剂、无机填料、颜料搅拌 混合，升温至80-95°C抽真空，脱湿气1-2小时；3)聚氨酯地面铺装材料的制备将聚氨酯地面铺装材料中A组分与B组分按 1 3-5质量比混合均勻，然后加入质量为A和B组分总重量总和的0-50%的黑橡胶粒，调 节到所需粘度，然后涂装即可。其中，在步骤1)和2、中，得到产物后，还包括将产物冷却至室温备用；在步骤1)中，向聚醚三元醇加入稀土羧酸盐之前，还包括将聚醚三元醇95_105°C 下真空脱水1-3小时；本发明选用稀土羧酸盐作为改性剂，由于稀土羧酸盐稳定、无毒、价廉、稳定效果 好，同时还具有偶联作用，可以对聚合物材料中的填料进行改性，提高材料与填料之间的粘 结力，是一种新型的能提高聚氨酯复合材料的抗压、抗拉、粘结和抗磨能力的补强增韧剂； 同时稀土羧酸盐对异氰酸基团的扩链具有非常优异催化作用，稀土羧酸盐还具有优良的半 导体导电性能，可使聚合物具有优良的抗静电性能及微波吸收性能；且稀土羧酸盐比重大， 具有减振阻尼及声吸收特性；可提高聚氨酯复合材料摩擦系数的稳定性及耐磨性。基于本发明，本发明人还提出稀土羧酸盐的新用途，即其可用做聚氨酯复合材料 的改性剂。其中，所述稀土羧酸盐可以是本领域常用的各种稀土羧酸盐，如可选择硬脂酸稀 土、水杨酸稀土、碱式单硬脂酸稀土、碱式双硬脂酸稀土、柠檬酸稀土、苹果酸稀土、月桂酸 稀土、棕榈酸稀土、肉豆蔻酸稀土、葵酸稀土、油酸稀土、氢氧化稀土、硫酸稀土、辛酸稀土中 的一种或多种混合物。与现有聚氨酯材料相比，本发明选用稀土羧酸盐作为改性剂，可大幅提高聚氨酯 复合材料的抗压、抗拉、粘结和抗磨能力；同时可使聚合物具有优良的抗静电性能及微波吸 收性能；且稀土羧酸盐比重大，具有减振阻尼及声吸收特性；可提高聚氨酯复合材料摩擦 系数的稳定性及耐磨性。
具体实施例方式以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。如无特别指明，本实施 例采用的原料均为市购。实施例1按下述步骤制备本发明所述的稀土羧酸盐改性的聚氨酯地面铺装材料1)A组份制备将基于A组份总量的分子量为2000的聚醚二元醇(丙二醇聚氧 丙烯醚)40 %，分子量3000的聚醚三元醇(丙三醇聚氧丙烯醚)30 %加入到反应釜中，在 100°C下搅拌，抽真空脱水脱气3小时，冷却至45°C，加入聚醚改性MDI30%，在70°C下反应 3小时后冷却至室温备用。2)B组份制备将基于B组份总量的分子量为3000聚醚三元醇(丙三醇聚氧丙 烯醚)20%、在105°C下抽真空脱水3小时，加入硬脂酸铋3%，在超声波作用下搅拌反应 80min后，加入邻苯二甲酸二辛酯、滑石粉36 %、二氧化硅粉3 %、铁红4. 0 %，搅拌混 合，升温至95°C抽真空，脱湿气2小时，冷却至室温备用。
6
3)聚氨酯塑胶跑道的制备将聚氨酯聚氨酯弹性体中A组分与B组分按1 4质 量比混合均勻，然后加入量为A和B组分总重量总和的25%的黑橡胶粒，聚合固化，铺装体 育场地用聚氨酯地面。实施例2按下述步骤制备本发明所述的稀土羧酸盐改性的聚氨酯地面铺装材料1) A组份制备将基于A组份总量的分子量为2000的聚四氢呋喃二醇50%和分子 量为3000的丙三醇聚氧丙烯醚20%加入到反应釜中，在90°C下搅拌，抽真空脱水脱气2小 时，冷却至40°C，加入二苯甲烷_4，- 二异氰酸酯(MDI) 30%，在70°C下反应2小时后冷却
至室温备用。2)B组份制备将基于B组份总量的分子量为2000的丙三醇聚氧丙烯醚、在 105°C下抽真空脱水2小时，加入环烷酸镧5%，在超声波作用下搅拌反应90min后，加入邻 苯二甲酸二辛酯32 %、高岭土 35 %、二氧化硅粉1 %、柠檬黄-酞菁绿1. 0 %和，搅拌混合， 升温至95°C抽真空，脱湿气1小时，冷却至室温备用。3)聚氨酯塑胶跑道的制备将聚氨酯聚氨酯弹性体中A组分与B组分按1 5质 量比混合均勻，然后加入量为A和B组分总重量总和的15%的黑橡胶粒，聚合固化，制备出 体育场地用聚氨酯地面铺装材料。实施例3按下述步骤制备本发明所述的稀土羧酸盐改性的聚氨酯地面铺装材料1)A组份制备将基于A组份总量的分子量为1000的四氢呋喃-氧化丙烯共聚二 醇34%和分子量为2000的丙三醇聚氧丙烯醚30%加入到反应釜中，在80°C下搅拌，抽真空 脱水脱气1小时，冷却至60°C，加入多亚甲基多苯基异氰酸酯(PAPI) 36%，在90°C下反应2 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组份总量的分子量为3000聚醚三元醇(丙三醇聚氧丙烯 醚)32%、在95°C下抽真空脱水3小时，加入苹果酸铋1 %，搅拌70分钟后，加入氯化石腊油 26%、滑石粉、二氧化硅粉3%、铁红4. 0%，搅拌混合，升温至95 °C抽真空，脱湿气2小 时，冷却至室温备用。3)聚氨酯塑胶跑道的制备将聚氨酯聚氨酯弹性体中A组分与B组分按1 3质 量比混合均勻，然后加入量为A和B组分总重量总和的50%的黑橡胶粒，聚合固化，制备出 体育场地用聚氨酯地面铺装材料。实施例4按下述步骤制备本发明所述的稀土羧酸盐改性的聚氨酯地面铺装材料1)A组份制备将基于A组份总量的分子量为3000的聚四氢呋喃二醇、聚丁二烯 二醇各15%和分子量为2000的丙三醇聚氧丙烯醚30%加入到反应釜中，在90°C下搅拌，抽 真空脱水脱气1小时，冷却至60°C，加入多亚甲基多苯基异氰酸酯(PAPI)40%，在90°C下反 应2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组份总量的分子量为3000聚醚三元醇(丙三醇聚氧丙烯 醚)18%、在105°C下抽真空脱水1小时，加入苹果酸铋8%，搅拌70分钟后，加入氯化石腊 油四.5%、滑石粉37%、二氧化硅粉3%、铁红4.5%，搅拌混合，升温至95°C抽真空，脱湿气 2小时，冷却至室温备用。
3)聚氨酯塑胶跑道的制备将聚氨酯聚氨酯弹性体中A组分与B组分按1 4质 量比混合均勻，聚合固化，制备出体育场地用聚氨酯地面铺装材料。对比试验按下述步骤制备本发明所述的普通聚氨酯地面铺装材料1) A组份制备将基于A组份总量的分子量为2000的聚醚二元醇(丙二醇聚氧丙 烯醚)40%分子量3000的聚醚三元醇(丙三醇聚氧丙烯醚)30%加入到反应釜中，在100°C 下搅拌，抽真空脱水脱气3小时，冷却至45°C，加入聚醚改性MDI 30%，在70°C下反应3小 时后冷却至室温备用。2) B组份制备将基于B组份总量的分子量为3000聚醚三元醇(丙三醇聚氧丙烯 醚)20%、在105°C下抽真空脱水3小时，加入邻苯二甲酸二辛酯37%、滑石粉36%、二氧化 硅粉3%、铁红4. 0%，搅拌混合，升温至95°C抽真空，脱湿气2小时，冷却至室温备用。3)聚氨酯塑胶跑道的制备将聚氨酯聚氨酯弹性体中A组分与B组分按1 4质 量比混合均勻，然后加入量为A和B组分总重量总和的25%的黑橡胶粒，聚合固化，制备出 体育场地用聚氨酯地面铺装材料。上述实施例制备的聚氨酯材料的力学测试性能见表1 表1实施例测试结果与国家标准对比
权利要求
1. 一种聚氨酯材料，由聚氨酯弹性体A组份、B组份和黑橡胶粒组成，A组份和B组份 的重量比为1 3-5，黑橡胶粒的质量为A和B组分总重量总和的0-50%，其中 以A组份总重量为基，A组份的组成及重量百分比为 异氰酸酯 30% -40% ； 聚醚二元醇 30% -50% ； 聚醚三元醇 10% -30% ；以B组份总量为基，B组份的组成及重量百分比为聚醚三元醇15% -40% ；增塑剂10% -40% ；无机填料10% -40% ；颜料1. 0% -4. 5% ；稀土羧酸盐0. 5% -10. 0%。
2.如权利要求1所述的聚氨酯材料，其特征在于，所述异氰酸酯为常温下饱和蒸汽压 低于甲苯二异氰酸酯的低挥发性异氰酸酯，包括二苯甲烷_4，4: 二异氰酸酯、聚醚改性 MDI、碳化二亚胺改性MDI、多亚甲基多苯基异氰酸酯(PAPI)中的一种或几种的混合物。
3.如权利要求1所述的聚氨酯材料，其特征在于，所述黑橡胶粒的质量为A和B组分总 重量总和的15-25% ；所述聚醚二元醇为用二元醇制得二官能度的聚醚，选自下述一种或多 种丙二醇聚氧丙烯醚、聚氧化乙烯多元醇、聚四氢呋喃二醇、四氢呋喃-氧化丙烯共聚二 醇、聚丁二烯二醇或上述几种的混合物，其分子量为1000-3000。
4.如权利要求1所述的聚氨酯材料，其特征在于，所述的聚醚三元醇为分子量为 2000-3000的丙三醇聚氧丙烯醚，其。
5.如权利要求1所述的聚氨酯材料，其特征在于，所述的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、 二苯甲酸二乙二醇酯、邻苯二甲酸二丁酯、氯化石腊油中的一种或多种；所述的无机填料 为滑石粉、高岭土、改性膨润土中的一种或多种。
6.如权利要求1-5任一所述的聚氨酯材料，其特征在于，所述稀土羧酸盐为硬脂酸稀 土、水杨酸稀土、碱式单硬脂酸稀土、碱式双硬脂酸稀土、柠檬酸稀土、苹果酸稀土、月桂酸 稀土、棕榈酸稀土、肉豆蔻酸稀土、葵酸稀土、油酸稀土、氢氧化稀土、硫酸稀土、辛酸稀土中 的的一种或多种混合物。
7.如权利要求1-6任一所述的聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤1)A组份制备将聚醚二元醇、聚醚三元醇加入到反应釜中，在80-100°C下搅拌，抽真 空脱水脱气1-3小时，冷却至40-60°C，加入异氰酸酯，在70-90°C下反应2_3小时；2)B组份制备将聚醚三元醇在95-105°C下加入稀土羧酸盐，在95-105°C搅拌，反应 30-150min后，加入增塑剂、无机填料、颜料搅拌混合，升温至80_95°C抽真空，脱湿气1_2小 时，；3)聚氨酯地面铺装材料的制备将聚氨酯地面铺装材料中A组分与B组分按1 3-5 质量比混合均勻，然后加入质量为A和B组分总重量总和的0-50%的黑橡胶粒，调节粘度， 然后涂装即可。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在步骤1)和2)中，得到产物后，还包括 将产物冷却至室温备用。
9.如权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，在步骤幻中，向聚醚三元醇加入稀 土羧酸盐之前，还包括将聚醚三元醇95-105°C下真空脱水1-3小时。
10.一种稀土羧酸盐的应用，其特征在于，用作聚氨酯材料的改性剂。
全文摘要
本发明提供了一种用稀土羧酸盐改性的环保型聚氨酯地面铺装材料及其制备方法，将聚醚二元醇和聚醚三元醇抽真空脱水、脱气后，加入低挥发性异氰酸酯并抽真空脱气，制成聚氨酯弹性体的A组份；通过聚醚三元醇抽真空脱水后在超声波作用下加入稀土羧酸盐反应，再加入增塑剂、无机填料、颜料，搅拌混合并抽真空脱湿气可制得聚氨酯弹性体B组份，将聚氨酯弹性体的A组分与B组分按1∶3-1∶5质量比混合均匀，然后加入量为A和B组分总重量总和的0-50％的黑橡胶粒，聚合固化，便可得到一种具有优良的力学性能、抗老化性能和抗菌性能的聚氨酯地面铺装材料，这种材料可广泛用于运动场地铺设及工厂、医院、商业等地面的铺设。
文档编号C08L75/08GK102093704SQ201010623779
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者郑华民 申请人:内蒙古普力司达体育设施工程有限公司