本发明涉及铺地材料
技术领域：
，尤其涉及一种聚氨酯材料、其制备方法及其应用。
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，市面上的跑道材料多采用聚醚型聚氨酯现场浇筑成型，如专利CN100443544使用二官能度聚醚多元醇以及三官能度聚醚多元醇复配使用，与异氰酸酯反应，并加入低分子量多元醇反应，再加入增粘剂增塑剂等配成单组分聚氨酯胶黏剂，再加入金属羧酸盐类催化剂，与黑色橡胶粒共混，摊铺制成塑胶跑道底层。然而，聚醚型聚氨酯跑道底层的强度较低，耐磨性较差。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、其制备方法及其应用，该聚氨酯材料制备的跑道底层具有优异的耐磨性。本发明提供了一种聚氨酯材料，以重量份数计，包括以下组分：聚氨酯粒料100份和聚氨酯胶黏剂10～25份；所述聚氨酯粒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20～50份、扩链交联剂0.1～10份和有机金属催化剂0.01～1份；所述聚氨酯胶黏剂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10～40份和有机金属催化剂0.01～0.4份。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、液化二苯基甲烷二异氰酸酯、聚合异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和氢化二苯基甲烷二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。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，得到粒料预聚体，将所述粒料预聚体和扩链交联剂反应，然后固化和熟化，造粒，得到聚氨酯粒料；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，得到聚氨酯胶黏剂；将所述聚氨酯粒料和聚氨酯胶黏剂混合，得到聚氨酯材料。优选地，所述聚氨酯粒料的粒径为1～3mm。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60～100℃；时间为1～5h。本发明提供了一种聚氨酯跑道底层，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压制成型制得。优选地，所述聚氨酯跑道底层的厚度为5～10mm。本发明提供了一种聚氨酯材料，以重量份数计，包括以下组分：聚氨酯粒料100份和聚氨酯胶黏剂10～25份；所述聚氨酯粒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20～50份、扩链交联剂0.1～10份和有机金属催化剂0.01～1份；所述聚氨酯胶黏剂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10～40份和有机金属催化剂0.01～0.4份。本发明提供的聚氨酯材料包括聚氨酯粒料，其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，制备的聚氨酯跑道底层具有优异的耐磨性和粘接性能。另外，该聚氨酯材料中没有甲苯二异氰酸酯易挥发的游离单体，也没有添加溶剂，环保无害；该聚氨酯材料制备的聚氨酯跑道底层具有优异的拉伸强度。实验结果表明：实验结果表明：本发明提供的聚氨酯跑道底层的磨耗为0.0125～0.0128(1.61km)/cm3；拉伸强度为0.98～1.12MPa。具体实施方式本发明提供了一种聚氨酯材料，以重量份数计，包括以下组分：聚氨酯粒料100份和聚氨酯胶黏剂10～25份；所述聚氨酯粒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20～50份、扩链交联剂0.1～10份和有机金属催化剂0.01～1份；所述聚氨酯胶黏剂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10～40份和有机金属催化剂0.01～0.4份。本发明提供的聚氨酯材料，以重量份数计，包括聚氨酯粒料100份。在本发明中，所述聚氨酯粒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20～50份、扩链交联剂0.1～10份和有机金属催化剂0.01～1份。在本发明中，所述聚氨酯粒料的制备原料包括二氧化碳共聚物多元醇100份。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。在本发明的具体实施例中，所述二氧化碳共聚物多元醇的分子量为3000g/mol或1000g/mol。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。二氧化碳共聚物多元醇是以二氧化碳为原料制得的，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，提供一种环保、安全的铺地材料。在本发明中，所述聚氨酯粒料的制备原料包括二异氰酸酯20～50份，优选为30～50份。在本发明的具体实施例中，所述二异氰酸酯的用量为40份或50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、聚合异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和氢化二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种。在本发明中，所述二苯基甲烷二异氰酸酯为纯的固态的二苯基甲烷二异氰酸酯，所述改性二苯基甲烷二异氰酸酯是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，所述聚氨酯粒料的制备原料包括扩链交联剂0.1～10份，优选为1～7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，所述聚氨酯粒料的制备原料包括有机金属催化剂0.01～1份，优选为0.1～0.7份。在本发明的具体实施例中，所述有机金属催化剂的用量为0.1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。在本发明的一个具体实施例中，所述有机金属催化剂具体为辛酸亚锡；在本发明的另一个具体实施例中，所述有机金属催化剂具体为异辛酸铋。在本发明中，所述聚氨酯粒料的制备原料优选还包括抗氧剂和抗霉变剂。本发明对所述抗氧剂和抗霉变剂的种类没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的用于铺地材料中的抗氧剂和抗霉变剂即可。在本发明中，所述聚氨酯粒料的制备原料优选还包括填料0～50份；所述填料优选选自气相二氧化硅、滑石粉、纳米碳酸钙、活性碳酸钙、陶土和重钙中的一种或多种。本发明提供的聚氨酯材料包括聚氨酯胶黏剂10～25份，优选为10～20份。在本发明的具体实施例中，所述聚氨酯胶黏剂的用量为10份或12.5份。在本发明中，所述聚氨酯胶黏剂的制备原料包括二氧化碳共聚物多元醇100份。所述聚氨酯胶黏剂制备原料采用的二氧化碳共聚物多元醇与上述技术方案所述聚氨酯粒料制备原料采用的二氧化碳共聚物多元醇一致，在此不再赘述。在本发明中，所述聚氨酯胶黏剂的制备原料包括二异氰酸酯10～40份，优选为14～40份。在本发明的具体实施例中，所述二异氰酸酯的用量为35份或40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、聚合异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和氢化二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种。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，所述聚氨酯胶黏剂的制备原料包括有机金属催化剂0.01～0.4份，优选为0.1～0.3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。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，得到粒料预聚体，将所述粒料预聚体和扩链交联剂反应，然后固化和熟化，造粒，得到聚氨酯粒料；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，得到聚氨酯胶黏剂；将所述聚氨酯粒料和聚氨酯胶黏剂混合，得到聚氨酯材料。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，得到粒料预聚体，将所述粒料预聚体和扩链交联剂反应，然后固化和熟化，造粒，得到聚氨酯粒料。在本发明中，所述聚氨酯粒料的制备原料采用的二氧化碳共聚物多元醇、二异氰酸酯、有机金属催化剂和扩链交联剂的种类和来源与上述技术方案所述一致，在此不再赘述。本发明优选将二氧化碳共聚物多元醇加入至本领域技术人员熟知的反应釜中进行反应。本发明优选将二氧化碳共聚物多元醇加热至50～70℃再与二异氰酸酯和有机金属催化剂混合。本发明优选在搅拌的条件下将二异氰酸酯和有机金属催化剂加入到二氧化碳共聚物多元醇中；所述搅拌的速率优选为450～550rpm。本发明优选将二氧化碳共聚物多元醇、二异氰酸酯和有机金属催化剂的混合物升温至70～90℃后反应，所述反应的时间优选为0.5～4h。得到粒料预聚体后，本发明优选将所述粒料预聚体降温至58～62℃后再和扩链交联剂反应，更优选为60℃。本发明优选采用经过脱水处理的扩链交联剂；所述扩链交联剂脱水处理的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的扩链交联剂脱水处理的方法即可。所述粒料预聚体和扩链交联剂反应优选在转速为500～800rpm下进行；反应时间优选为5～6min。本发明将粒料预聚体和扩链交联剂的反应产物倒入预热好的模具中。本发明优选在本领域技术人员熟知的烘箱中进行固化；所述固化的温度优选为80℃～85℃，更优选为80℃；所述固化的时间优选为10～14h，更优选为12h。所述熟化的温度优选为95～105℃，所述熟化的时间为10～14h，更优选为12h。本发明优选将熟化产物在10～35℃下放置24h后破碎，将破碎的熟化产物和填料混合造粒，得到聚氨酯粒料。在本发明中，所述聚氨酯粒料的粒径为1～3mm。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，得到聚氨酯胶黏剂。在本发明中，所述聚氨酯胶黏剂的制备原料中的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和来源与上述技术方案所述一致，在此不再赘述。本发明优选将二氧化碳共聚物多元醇脱水后再与二异氰酸酯和有机金属催化剂混合。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60～100℃；时间优选为1～5h。本发明还提供了一种聚氨酯跑道底层，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压制成型制得。所述聚氨酯跑道底层的厚度优选为5～10mm。本发明采用GBT1689-1998对上述技术方案所述聚氨酯跑道底层进行耐磨性的测试。本发明采用GB/T14833对上述技术方案所述聚氨酯跑道底层进行拉伸强度的测试。本发明提供了一种聚氨酯材料，以重量份数计，包括以下组分：聚氨酯粒料100份和聚氨酯胶黏剂10～25份；所述聚氨酯粒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20～50份、扩链交联剂0.1～10份和有机金属催化剂0.01～1份；所述聚氨酯胶黏剂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10～40份和有机金属催化剂0.01～0.4份。本发明提供的聚氨酯材料包括聚氨酯粒料，其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，制备的聚氨酯跑道底层具有优异的耐磨性和粘接性能。另外，该聚氨酯材料中没有甲苯二异氰酸酯易挥发的游离单体，也没有添加溶剂，环保无害。实验结果表明：本发明提供的聚氨酯跑道底层的磨耗为0.0125～0.0128(1.61km)/cm3；拉伸强度为0.98～1.12MPa。本发明采用的聚氨酯粒料和聚氨酯胶黏剂皆是以二氧化碳共聚物多元醇为基础，不仅生产成本低，而且其采用二氧化碳作为主要原材料，生产过程十分环保，有利于解决目前跑道施工、使用存在的气味问题。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、其制备方法及其应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。实施例1聚氨酯粒料的制备：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40份，辛酸亚锡0.1份，逐步升温到85℃反应2小时，得到粒料预聚体；取粒料预聚体100份降温到60℃，再将含有事先脱水的扩链剂1,4-丁二醇8份加入反应釜中，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份活性碳酸钙造粒，制得新型环保聚氨酯粒料。环保聚氨酯胶黏剂：取二氧化碳共聚物多元醇100份，加入反应釜中，加热到55℃，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0.1份，逐步升温到85℃反应2小时，得到聚氨酯胶黏剂。聚氨酯跑道底层制备方法：取100份上述聚氨酯弹性体颗粒，12.5份聚氨酯胶黏剂搅拌均匀摊铺压实，得到聚氨酯跑道底层，所述聚氨酯跑道底层的厚度为5cm。本发明按照上述技术方案所述测试方法对实施例1制备的聚氨酯跑道底层进行耐磨性和拉伸强度的测试，测试结果见表1，表1为本发明实施例1～2制备的聚氨酯跑道底层的性能测试结果：表1本发明实施例1～2制备的聚氨酯跑道底层的性能测试结果实施例磨耗((1.61km)/cm3)拉伸强度/MPa实施例10.01251.12实施例20.01280.98实施例2聚氨酯粒料的制备：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50份，辛酸亚锡0.1份，逐步升温到85℃反应2.5小时，得到粒料预聚体；、取粒料预聚体100份降温到60℃，再将含有事先脱水的扩链剂1,4-丁二醇8份加入反应釜中，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份活性碳酸钙造粒，制得新型环保聚氨酯粒料。聚氨酯胶黏剂的制备：取二氧化碳共聚物多元醇100份，加入反应釜中，加热到55℃，搅拌速度为500r/min，加入二苯基甲烷二异氰酸酯40份，辛酸亚锡0.1份，逐步升温到80℃反应3小时，得到聚氨酯胶黏剂。新型环保聚氨酯跑道底层制备方法：取100份上述聚氨酯粒料和10份聚氨酯胶黏剂搅拌均匀摊铺压实，得到聚氨酯跑道底层，所述聚氨酯跑道底层的厚度为10cm。本发明按照上述技术方案所述测试方法对实施例2制备的聚氨酯跑道底层进行耐磨性和拉伸强度的测试，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，以重量份数计，包括以下组分：聚氨酯粒料100份和聚氨酯胶黏剂10～25份；所述聚氨酯粒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20～50份、扩链交联剂0.1～10份和有机金属催化剂0.01～1份；所述聚氨酯胶黏剂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10～40份和有机金属催化剂0.01～0.4份。本发明提供的聚氨酯材料包括聚氨酯粒料，其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，制备的聚氨酯跑道底层具有优异的耐磨性和粘接性能。另外，该聚氨酯材料中没有甲苯二异氰酸酯易挥发的游离单体，也没有添加溶剂，环保无害。实验结果表明：本发明提供的聚氨酯跑道底层的磨耗为0.0125～0.0128(1.61km)/cm3；拉伸强度为0.98～1.12MPa。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