本发明涉及脱水方法，特别涉及一种聚氨酯球场材料及其制备方法。
背景技术：
聚氨酯材料是应用广泛的球场材料，是一类主链中含有氨基甲酸酯基重复结构单元的聚合物，英文缩写为pu。单组分聚氨酯是利用混合聚醚进行脱水，加入二异氰酸酯与各种助剂进行环氧改性制成。生产聚氨酯选用的溶剂要着重考虑聚氨酯中重nco基，不能选用与nco基起反应的醇、醚醇等溶剂，溶剂中还不能含水、醇等杂质，不能含有碱类物质，这些都会使聚氨酯变质，所以，脱水过程显得十分重要。
目前，现有专利中申请公布号为cn104087147a的中国专利公开了一种单组分聚氨酯防水涂料及其制备方法，包括聚醚多元醇、二异氰酸甲苯酯、有机溶剂、填料、消泡剂、增塑剂、分散剂和催化剂，有机溶剂选用甲苯、二甲苯、丙酮中的一种或两种以上，大多是易制毒化学品，并且毒性较大，不符合现代生产的环保理念。
技术实现要素：
本发明的一个目的是提供一种聚氨酯球场材料，该材料中所选用的原料均是安全、环保的组分，以保证所制备的球场材料安全无毒。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种聚氨酯球场材料，包括如下重量份的组分：
聚醚多元醇60～100份、二苯基甲烷二异氰酸酯8～15份、增强填料15～30份、脱芳烃溶剂油10～20份、复合催化剂0.05～0.1份以及助剂0.5～3份。
通过采用上述技术方案，向聚醚多元醇中添加二苯基甲烷二异氰酸酯以及其他填料，在脱芳烃溶剂油的环境中，有助于将聚醚多元醇和其他填料中的水分带出；脱芳烃溶剂油的空间位阻减小，脱芳烃溶剂油与其他组分之间的极性差异减小，防止与醇的羟基形成氢键而影响反应速度，有利于提高脱水效率，增强反应的彻底性。
本发明进一步设置为：所述脱芳烃溶剂油是以中低温煤焦油加氢生成的石脑油为原料，在加氢与催化剂的条件下，收集的100～120℃下的馏分。
通过采用上述技术方案，以石脑油为原料，采用加氢饱和的方式制备烷烃溶剂，并且在100～120℃下收集的馏分，即为脱芳烃溶剂油，有效去除了硫和氮组分，固化后气味小，脱芳效率较高，。
本发明进一步设置为：所述聚醚多元醇为聚氧化丙烯多元醇与聚四氢呋喃二醇按照重量比为3:1比例混合的混合物。
本发明进一步设置为：所述聚醚多元醇的分子量为4000～4200。
通过采用上述技术方案，聚氧化丙烯多元醇用于制造软质、硬质和半硬质聚氨酯泡沫塑料，聚氧化丙烯多元醇中醚键内聚能较低，并易于旋转，所制备的聚氨酯球场材料的柔顺性较好；聚四氢呋喃二醇具有较高的模量和强度，优异的耐水解、耐磨、耐霉菌性，将聚氧化丙烯多元醇与聚四氢呋喃二醇复配使用，有利于提高聚醚多元醇的反应性能，限定聚醚多元醇的分子量为4000～4200之间，有利于保证聚醚多元醇具有适中的粘性，以进一步提高反应速度。
本发明进一步设置为：所述增强填料为矿物质粉与煅烧陶土按照重量比为1:1比例的混合物。
通过采用上述技术方案，矿物质粉包括蛋壳粉、贝壳粉和骨粉，重钙是重质碳酸钙的简称，将高蛋白的蛋壳粉、贝壳粉、骨粉和重钙混合在一起，且矿物质粉与重钙的重量比为1:1时，二者形成复配作用，混合效果最佳，从而提高该球场材料的抗拉强度、断裂伸长率、白度、抗紫外线以及耐老化性，同时能够提高与其他填料之间的密实度、抗裂纹能力、防霉、抗黄变以及耐磨性。
本发明进一步设置为：所述助剂包括聚乙烯醇0.2～1.1份、聚氧乙烯脂肪醇醚0.1～1.5份、有机硅化合物0.1～0.3份以及5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮0.1～0.3份。
通过采用上述技术方案，5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮是通过断开细菌和藻类蛋白质的键而起杀生作用的，在与微生物接触时，能够迅速地不可逆地抑制其生长，从而导致微生物细胞的死亡，杀菌效果好，降解性高，具有不残留、操作安全、稳定性强的优点；聚氧乙烯脂肪醇醚是发展最快、用量最大的非离子表面活性剂，由聚乙二醇与脂肪醇缩合而成的醚，分子中的醚键不易被酸、碱破坏，所以稳定性较高、水溶性较好，易于生物降解，显著降低了去离子水的表面张力和界面张力，亲油基团附着在固体表面，亲水基向外伸向液体中，使液体在固体表面形成连续相，实现将固体物料润湿的效果；随着分散剂聚乙烯醇的加入，增强填料的平均粒径能够逐渐减小，特别是在聚醚多元醇和二苯基甲烷二异氰酸酯的反应体系中，随着受到搅拌过程中剪切力的作用，体系中产生微小的液滴，聚乙烯醇迅速吸附到液滴表面，降低了液滴聚合时的收缩力，使聚合体系趋于稳定，聚乙烯醇作为分散剂有助于各组分相互的分散作用；有机硅化合物能够消除聚合过程中物料形成的泡沫，破坏和抑制气泡所具有的双分子膜，消泡剂进入双分子膜内，破坏分子膜的力学平衡，达到破泡的作用；向反应体系内加入上述各种助剂，有利于提高所制备的球场材料的综合使用性能。
本发明进一步设置为：所述复合催化剂包括异辛酸稀土、异辛酸锌、异辛酸铋、气相白炭黑与聚醚多元醇按照重量比为2:1:1:2:5比例的混合物。
本发明进一步设置为：所述复合催化剂经由如下步骤制备：向搅拌罐内加入聚醚多元醇、异辛酸稀土、异辛酸锌、异辛酸铋与气相白炭黑，并调节搅拌罐的转速为120r/min，待搅拌均匀。
通过采用上述技术方案，异辛酸稀土是以铈为主的轻稀土与异辛酸合成的羧酸盐，异辛酸稀土的催化性能好，色泽浅、气味小、流动性佳等优点，在制备胶黏剂时，其中的稀土与功能性基团进行配位，提高了产物的稳定性，当与多个有机物配位时，起到团聚作用，使得水相与有机相分离度提高，促进干燥；聚醚多元醇是主链含有醚键，端基或侧基含有两个以上羟基的低聚物；聚醚多元醇通常以多羟基、含伯胺基化合物或醇胺为起始剂，以氧化丙烯、氧化乙烯等环氧化合物为聚合单体，开环均聚或共聚而成。作为胶黏剂用的聚醚树脂中不含有聚合时残留的碱性催化剂，防止碱性催化剂催化异氰酸酯二聚，减小对胶黏剂质量的影响；在聚醚多元醇分子中，醚键内聚能较低，并易于旋转，所制备的产物低温柔顺性能好，耐水解性能优良，体系粘度较低，易与异氰酸酯、助剂等组分互溶，加工性能优良；
异辛酸锌能使产物彻底干燥，从而具有较好的硬度，并且具有酸值及分子量稳定、优良的贮存稳定性，色泽浅、气味小、含量高等特点；
异辛酸铋具有安全、环保特性，有良好的耐水解稳定性，降低与水反应的选择性，在水系聚氨酯分散液中，减少水与异氰酸酯基的副反应，减少co2的生成；本申请的异辛酸铋与异辛酸锌复配使用时，能够产生协同作用，以提高催化效率，固化效果好，塑胶跑道固化后气味更小，无有害重金属残留；
气相白炭黑是在氢氧燃烧火焰中高温水解制得的一种无定形二氧化硅，比表面积一般为50～400m2/g，具有优异的补强、增稠和触变性能和粒子的纳米效应；
所制备的复合催化剂是一种新型环保塑胶跑道用催化剂，具有良好的安全、环保的使用性。
本发明的另一目的在于公开了一种聚氨酯球场材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照重量份数计，聚醚多元醇60～100份、二苯基甲烷二异氰酸酯8～15份、增强填料15～30份、脱芳烃溶剂油10～20份、复合催化剂0.05～0.1份以及助剂0.5～3份进行配料；
(2)将60～100份聚醚多元醇、15～30份增强填料以及10～20份脱芳烃溶剂油加入脱水釜中，升高温度在115～120℃减压脱水，并控制真空度在-0.09mpa，将抽出的溶剂和水分冷凝收集，溶剂和水分分离后，溶剂可回收重复使用；
(3)脱水完毕，降温至70～80℃，加入8～15份二苯基甲烷二异氰酸酯和0.05～0.1份复合催化剂，反应2～3小时；
(4)然后控制70℃条件下，加入0.5～3份助剂，反应0.5～1小时。
通过采用上述技术方案，溶剂选用脱芳烃溶剂油取代传统的甲苯溶剂，具有良好的安全、环保性能，并且在115～120℃、真空度在-0.09mpa下减压脱水，有助于将聚醚多元醇和其他填料中的水分带出；脱芳烃溶剂油的空间位阻减小，脱芳烃溶剂油与其他组分之间的极性差异减小，防止与醇的羟基形成氢键而影响反应速度，有利于加快反应速度，提高脱水效率。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、在制备聚氨酯球场材料时，若聚氨酯球场材料的含水量过大，会影响聚氨酯球场材料的粘性，采用脱芳烃溶剂油取代现有技术中常用的甲苯溶剂，能够保证所制备的聚氨酯球场材料具有优良的安全、环保性，还能将体系内的各种填料中的水分进行吸收，以降低体系内的含水量，从而保证聚氨酯球场材料的优良粘性；
2、聚氨酯球场材料中选用复合催化剂，替代现有技术中的重金属催化剂，其中的异辛酸稀土、异辛酸锌、异辛酸铋会产生协同作用，异辛酸锌有助于体系内部的快速干燥，异辛酸铋有助于增强体系的柔软性，异辛酸稀土作为中间介质，有助于将异辛酸锌与异辛酸铋进行连接，从而制备复合催化剂，具有较高的催化效率；
3、聚醚多元醇选用聚氧化丙烯多元醇与聚四氢呋喃二醇的混合物，具有较低的内聚能，分子链易于旋转，有利于提高体系的柔软性，同时，聚四氢呋喃二醇具有较低的粘性，用以平衡所制备的球场材料的粘性。
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
脱芳烃溶剂油的制备：
以中低温煤焦油加氢生成的石脑油为原料，向石脑油注入高压罐内，并注入氢气，以及催化剂，催化剂选用以w-ni为活性成分的加氢脱芳催化剂，保持温度在25～28℃，使气压保持在8mpa、氢油比为500、空速为1.0h-1预热到反应温度465℃，发生加成反应，制得烷烃类溶剂，再去除含硫、含氮杂质，截取100～120℃下的馏分，即得本方法的脱芳烃溶剂油
实施例一：
(1)按照重量份数计，选取聚氧化丙烯多元醇75份、聚四氢呋喃二醇25份、二苯基甲烷二异氰酸酯8份、矿物质粉15份、煅烧陶土15份、脱芳烃溶剂油20份、复合催化剂0.05份进行配料；
(2)将75份聚氧化丙烯多元醇、25份聚四氢呋喃二醇、15份矿物质粉、15份煅烧陶土以及20份脱芳烃溶剂油加入脱水釜中，在115℃下减压脱水，控制真空度在-0.09mpa，将抽出的溶剂和水分冷凝收集，溶剂和水分分离后，溶剂可回收重复使用；
(3)脱水完毕，降温至75℃，并加入8份二苯基甲烷二异氰酸酯和0.05份复合催化剂，反应2小时；
(4)然后控制温度在70℃条件下，加入3份助剂，反应1小时。
实施例二：
(1)按照重量份数计，选取60份聚氧化丙烯多元醇、20份聚四氢呋喃二醇、二苯基甲烷二异氰酸酯10、矿物质粉10份、煅烧陶土10份、脱芳烃溶剂油15份、复合催化剂0.07份以及助剂2份进行配料；
(2)将60份聚氧化丙烯多元醇、20份聚四氢呋喃二醇/10份矿物质粉、10份煅烧陶土以及15份脱芳溶剂油加入脱水釜中，在115℃下减压脱水，控制真空度在-0.09mpa，将抽出的溶剂和水分冷凝收集，溶剂和水分分离后，溶剂可回收重复使用。
(3)脱水完毕，降温至75℃，并加入10份二苯基甲烷二异氰酸酯和0.07份复合催化剂，反应2小时；
(4)然后控制温度在70℃条件下，加入2份助剂，反应1小时。
实施例三：
(1)按照重量份数计，选取45份聚氧化丙烯多元醇、15份聚四氢呋喃二醇、二苯基甲烷二异氰酸酯12份、矿物质粉7份、煅烧陶土8份、脱芳烃溶剂油20份、复合催化剂0.08份以及助剂2份进行配料；
(2)将45份聚氧化丙烯多元醇、15份聚四氢呋喃二醇、7份矿物质粉、8份煅烧陶土以及20份脱芳溶剂油加入脱水釜中，在115℃下减压脱水，控制真空度在-0.09mpa，将抽出的溶剂和水分冷凝收集，溶剂和水分分离后，溶剂可回收重复使用；
(3)脱水完毕，降温至75℃，并加入12份二苯基甲烷二异氰酸酯和0.08份复合催化剂，反应2小时；
(4)然后控制温度在70℃条件下，加入2份助剂，反应1小时。
实施例四：
(1)按照重量份数计，选取聚氧化丙烯多元醇75份、聚四氢呋喃二醇25份、二苯基甲烷二异氰酸酯15份、矿物质粉10份、煅烧陶土10份、脱芳烃溶剂油10份、复合催化剂0.1份以及助剂0.5份进行配料；
(2)将聚氧化丙烯多元醇75份、聚四氢呋喃二醇25份、10份矿物质粉、10份煅烧陶土以及10份脱芳溶剂油加入脱水釜中，在115℃下减压脱水，控制真空度在-0.09mpa，将抽出的溶剂和水分冷凝收集，溶剂和水分分离后，溶剂可回收重复使用；
(3)脱水完毕，降温至75℃，并加入15份二苯基甲烷二异氰酸酯和0.1份复合催化剂，反应2小时；
(4)然后控制温度在70℃条件下，加入0.5份助剂，反应1小时。
以现有专利申请公布号为cn104087147a的专利为对比例。
将实施例中所制备的产物倒入预先涂有脱模剂的模具中进行室温固化，形成弹性样片，熟化7天后进行性能测试。
(1)t/31010100-c003-2016《学校运动场地塑胶面层有害物质限量》液体部分。
(2)冲击吸收：采用冲击吸收测试仪检测场地冲击吸收的能力。将质量为20公斤的重物自由下落到一个铁砧上，铁砧通过弹簧将力传向测力台底部，测力台通过球形底盘安装在地面。测力台由力量传感器组成，并能在冲击过程中记录下冲击返回力的最大值。将该最大值与在坚固地面上(如混凝土)所测得的数据进行比较，同时计算出合成表面冲击返回作用力的百分比。
(3)垂直形变：采用垂直变形测试仪检测场地的垂直变形。将质量为20公斤的重物下落到弹簧上，通过弹簧将负荷传递到放置在被检测物表面的测力台，测力台内包含一力量传感器，传感器可以在冲击过程中记录下力量的增量，通过测力台两侧的变形摄取器的平均数来测量出被检测物表面的变形量。
(4)拉伸强度与断裂伸长率：用gb/t1.654规定的方法测定，按照规定中附录d中d3.1制备试样，控制拉伸速度为100±10mm/min。
检测结果如下表所示：
通过上表可知，利用本申请的配方制备的聚氨酯球场材料具有优良的抗拉强度与断裂伸长率，取代了现有技术的甲苯溶剂所产生的缺陷，具有安、环保性能，并且催化效率高，对球场材料中的含水量进行充分吸收，从而提高了球场材料的粘性。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。