一种二氧化碳共聚物多元醇基聚氨酯铺地材料及其制备方法与流程

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本发明涉及聚氨酯材料技术领域，尤其涉及一种二氧化碳共聚物多元醇基聚氨酯铺地材料及其制备方法。

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。

已有文献制备的聚氨酯泡沫塑料微观结构为闭孔结构，当处于室外高低温交替时，泡孔中的二氧化碳气体容易迁移释放，造成闭孔收缩，用于铺地材料时容易出现铺地材料高低不平现象，尺寸稳定性较差，影响美观及产生一定安全隐患。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种二氧化碳共聚物多元醇基聚氨酯铺地材料及其制备方法，该铺地材料具有优异的尺寸稳定性。

本发明提供了一种二氧化碳共聚物多元醇基聚氨酯铺地材料，由包括以下组分的原料制得：

二氧化碳共聚物多元醇150～200份、二异氰酸酯150～200份、开孔剂10～60份、扩链剂5～20份、水0.1～1份、有机金属催化剂0.2～1份、有机胺催化剂0.4～1份和泡沫稳定剂0.5～1.5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，所述有机胺催化剂选自三乙基胺、三丁基胺、三亚乙基二胺、N-乙基吗啉、N,N,N’,N’-四甲基-乙二胺、五甲基二亚乙基-三胺、N,N-甲基苯胺和N,N-二甲基苯胺中的一种或多种。

优选地，所述扩链剂选自乙二醇、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，所述开孔剂选自环氧乙烷环氧丙烷共聚物多元醇、液体石蜡和聚二丁烯中的一种或两种的混合物。

本发明提供了一种上述技术方案所述二氧化碳共聚物多元醇基聚氨酯铺地材料的制备方法，包括以下步骤：

将二氧化碳共聚物多元醇、二异氰酸酯、开孔剂、扩链剂、水、有机金属催化剂、有机胺催化剂和泡沫稳定剂混合，发泡，得到二氧化碳共聚物多元醇基聚氨酯铺地材料。

优选地，所述二氧化碳共聚物多元醇、二异氰酸酯、开孔剂、扩链剂、水、有机金属催化剂、有机胺催化剂和泡沫稳定剂混合具体包括：

将部分二氧化碳共聚物多元醇、开孔剂、扩链剂、水、有机金属催化剂和有机胺催化剂混合，得到A组分；

将剩余二氧化碳共聚物多元醇和二异氰酸酯混合，反应，得到B组分；

将所述B组分和A组分混合。

本发明提供了一种二氧化碳共聚物多元醇基聚氨酯铺地材料，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150～200份、二异氰酸酯150～200份、开孔剂10～60份、扩链剂5～20份、水0.1～1份、有机金属催化剂0.2～1份、有机胺催化剂0.4～1份和泡沫稳定剂0.5～1.5份。本发明提供的二氧化碳共聚物多元醇基聚氨酯铺地材料在上述特定含量的组分的协同作用下具有优异的尺寸稳定性。另外，该铺地材料具有优异的力学性能。实验结果表明：本发明提供的铺地材料放置一周后体积收缩率为0％；所述铺地材料的拉伸强度为1.58～2MPa，断裂伸长率为128～226％，撕裂强度为8.9～13.3KN/m，硬度为40～48邵A。

具体实施方式

本发明提供了一种二氧化碳共聚物多元醇基聚氨酯铺地材料，以重量份数计，由包括以下组分的原料制得：

本发明提供的二氧化碳共聚物多元醇基聚氨酯铺地材料在上述特定含量的组分的协同作用下具有优异的尺寸稳定性。另外，制备原料中包括二氧化碳共聚物多元醇，其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铺地材料时，容易形成较强的分子内及分子间氢键，再与其它特定含量的组分的协同作用下具有优异的力学性能。二氧化碳共聚物多元醇分子内含有大量的侧甲基，侧甲基的存在使得碳酸酯键及醚键的内旋转受限，能够制备出低密度、高硬度的聚氨酯铺地材料。

在本发明中，所述二氧化碳共聚物多元醇基聚氨酯铺地材料的制备原料包括二氧化碳共聚物多元醇150～200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，所述二氧化碳共聚物多元醇基聚氨酯铺地材料的制备原料包括二异氰酸酯150～200份，优选为160～195份。在本发明的具体实施例中，所述二异氰酸酯的用量为165份。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。在本发明的一个具体实施例中，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，所述二氧化碳共聚物多元醇基聚氨酯铺地材料的制备原料包括开孔剂10～60份，优选为14～55份。所述开孔剂优选选自环氧乙烷环氧丙烷共聚物多元醇、液体石蜡和聚二丁烯中的一种或任意两种的混合物。

在本发明中，所述二氧化碳共聚物多元醇基聚氨酯铺地材料的制备原料包括扩链剂5～20份，优选为7～15份。所述扩链剂优选选自乙二醇、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。

在本发明中，所述二氧化碳共聚物多元醇基聚氨酯铺地材料的制备原料包括水0.1～1份，优选为0.2～0.9份。在本发明中，所述水作为发泡剂，水和异氰酸酯反应产生二氧化碳，避免氟利昂等物理发泡剂制备的泡沫存在发泡剂残留，环保型较差问题。

在本发明中，所述二氧化碳共聚物多元醇基聚氨酯铺地材料的制备原料包括有机金属催化剂0.2～1份，优选为0.3～0.8份。

在本发明中，所述二氧化碳共聚物多元醇基聚氨酯铺地材料的制备原料包括有机胺催化剂0.4～1份，优选为0.6～0.9份。所述有机胺催化剂优选选自三乙基胺、三丁基胺、三亚乙基二胺、N-乙基吗啉、N,N,N’,N’-四甲基-乙二胺、五甲基二亚乙基-三胺、N,N-甲基苯胺和N,N-二甲基苯胺中的一种或多种，更优选选自三乙基胺、三亚乙基二胺、N,N,N’,N’-四甲基-乙二胺和N,N-二甲基苯胺中的一种或多种。在本发明的具体实施例中，所述有机胺催化剂具体为质量分数为33％的三乙烯二胺二丙二醇溶液。

在本发明中，所述二氧化碳共聚物多元醇基聚氨酯铺地材料的制备原料包括泡沫稳定剂0.5～1.5份，优选为0.7～1.4份。所述泡沫稳定剂优选选自有机硅泡沫稳定剂、液体石蜡、二甲基聚硅氧烷和聚丁二烯中的一种或多种。在本发明的具体实施例中，所述泡沫稳定剂具体为型号DC-193的有机硅泡沫稳定剂。

本发明提供了一种上述技术方案所述二氧化碳共聚物多元醇基聚氨酯铺地材料的制备方法，包括以下步骤：

在本发明中，所述二氧化碳共聚物多元醇、二异氰酸酯、开孔剂、扩链剂、水、有机金属催化剂、有机胺催化剂和泡沫稳定剂混合优选具体包括：

将部分二氧化碳共聚物多元醇、开孔剂、扩链剂、水、有机金属催化剂和有机胺催化剂混合，得到A组分；

将剩余二氧化碳共聚物多元醇和二异氰酸酯混合，反应，得到B组分；

将所述B组分和A组分混合。

在本发明中，所述部分二氧化碳共聚物多元醇、开孔剂和扩链剂的质量比优选为50～100：10～60:5～20。

在本发明中，所述剩余二氧化碳共聚物多元醇和二异氰酸酯的质量比优选为100：150～200。

在本发明中，所述二氧化碳共聚物多元醇和二异氰酸酯反应的温度优选为70～90℃；所述二氧化碳共聚物多元醇和二异氰酸酯反应时间优选为0.5～4h。

本发明优选将所述A组分和B组分恒温至40～60℃后再混合。在本发明中，所述B组分和A组分优选在搅拌的条件下进行混合；所述搅拌的速率优选为500rpm～800rpm。

本发明采用GB/T528-2009测试上述技术方案所述铺地材料的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铺地材料的撕裂强度。

本发明采用GB/T6031-1998测试上述技术方案所述铺地材料的邵A硬度。

本发明提供了一种二氧化碳共聚物多元醇基聚氨酯铺地材料，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150～200份、二异氰酸酯150～200份、开孔剂10～60份、扩链剂5～20份、水0.1～1份、有机金属催化剂0.2～1份、有机胺催化剂0.4～1份和泡沫稳定剂0.5～1.5份。本发明提供的二氧化碳共聚物多元醇基聚氨酯铺地材料在上述特定含量的组分的协同作用下具有优异的尺寸稳定性。另外，该铺地材料具有优异的力学性能和阻燃性能。实验结果表明：本发明提供的铺地材料放置一周后体积收缩率为0％；所述铺地材料的拉伸强度为1.58～2MPa，断裂伸长率为128～226％，撕裂强度为8.9～13.3KN/m，硬度为40～48邵A。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的二氧化碳共聚物多元醇基聚氨酯微孔弹性体铺地材料及其制备方法进行详细描述。

实施例1

A组分的制备：取80份分子量3000，两官能度的二氧化碳共聚物多元醇，加入开孔剂20份，扩链交联剂乙二醇9份，水0.1份，辛酸亚锡催化剂0.2份，A33(33％的三乙烯二胺二丙二醇溶液)0.6份，有机硅泡沫稳定剂(DC-193)1份，搅拌混合均匀，得到A组分；