一种基于生物基聚合物多元醇制成的运动场地坪材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及生物基聚氨酯材料技术领域，具体涉及一种基于生物基聚合物多元醇制成的运动场地坪材料及其制备方法。


背景技术：

2.近年来，随着可持续发展、成本节约和环境健康等意识的提高，人们对于利用生物质等可再生资源生产聚合物材料的兴趣越来越浓厚。有研究指出，基于可再生资源的聚合物合成相当于节约7％石油和天然气的使用。聚氨酯材料以其强度高、伸长率大、回弹性好、软硬可调、耐磨、耐油、耐老化等良好理化性能，在运动场地坪材料中具有重要地位。如今，随着人们对石油资源短缺和化学工业生态失衡等问题的关注，石油为原料生产聚氨酯材料的过程不可避免地会对环境造成影响，比如碳排放和化学污染。因此，目前亟需对基于可再生资源的聚合物合成进行大量创新性研究，以逐步减少对石油基材料的依赖，为保护环境作出积极贡献。
3.随着科技的发展，基于改性植物油、多糖、木质素衍生物等可再生资源的生物基聚氨酯材料的合成与应用研究不断涌现，这些生物基聚氨酯材料表现出与商用石油基聚氨酯材料接近甚至更好的性能，有望在不久的将来迎来应用市场的繁荣发展。尽管石油基聚氨酯材料表现出优异的使用性能和相对的成本优势，但是大多不可生物降解，不是环境友好材料，所以生物基聚氨酯的创新研究在如今的化学工业中变得更为重要。植物油及植物生物质作为来源丰富且可再生的原料，在合成生物基多元醇和异氰酸酯方面，通常被认为是更加绿色环保的前驱体。
4.由于可再生资源制备聚氨酯材料等聚合物材料在经济、社会和生态方面具有重要意义，生物质特定结构和性能带来的对环境保护和生产可持续性的益处，使得来自可再生资源的聚氨酯材料正在获得人们和市场的认可。未来，相信以生物基聚氨酯材料为代表的新型生物基材料将能更好地为可持续发展作出贡献。因此，有必要开发研制一种以生物基多元醇制成的聚氨酯运动地坪材料。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于针对现有技术的不足，而提供一种基于生物基聚合物多元醇制成的运动场地坪材料及其制备方法，该自流平聚氨酯地坪材料具有优异的自流平和耐污渍能力，还具有高硬度、高耐磨、高光泽、抗划伤能力好等特点，能够与地面粘接牢固，经久耐用。
6.本发明的目的通过以下技术方案实现：
7.提供一种基于生物基聚合物多元醇制成的运动场地坪材料，包括a组分和b组分，所述a组分由以下质量百分比的原料制成：
[0008][0009]
所述b组分由以下质量百分比的原料制成：
[0010][0011]
上述技术方案中，多元异氰酸酯具有较低的反应活性和熔点，一般情况下，当多元异氰酸酯中有较高含量的2,4
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mdi，则产品具有较低的反应活性和熔点。由于反应活性的差别，多异氰酸酯为a组分提供了更好的流动性能。
[0012]
上述技术方案中，a组分中所述聚醚多元醇是分子量5000的聚醚多元醇和分子量2000的聚醚多元醇的混合物。优选的，分子量5000的聚醚多元醇和分子量2000的聚醚多元醇的质量比为2:3～3:2。在具体应用时，随着聚醚分子量的越高，聚醚多元醇粘度越高，而制品的硬度逐渐降低，但制品的柔韧度和伸长率逐渐增高。因此，本发明选择分子量为5000和2000的聚醚多元醇的组合，能够有效提高材料的韧性和强度。
[0013]
上述技术方案中，生物基多元醇来源丰富，属于可再生资源，相比聚醚多元醇的价格低；采用生物基多元醇作为基础原料制成的聚氨酯地坪材料具有更好的耐水解性、热稳定性和生物降解性能。优选的，所述生物基多元醇为植物油多元醇。a组分中，由生物基制成的植物油多元醇代替一部分的聚醚多元醇，通过这些多元醇与异氰酸酯之间的反应，将可被微生物分解的分子链引入到聚氨酯材料中，当用土埋法进行处理时，聚氨酯材料在微生物酶的作用下，发生水解和氢化等反应，这些分子链断裂成低相对分子质量的碎片，微生物吸收或消耗这些低相对分子质量的碎片后，经过代谢形成二氧化碳、水及生物能，最终达到降解的目的。与石油类多元醇相比，在同等条件下，植物油多元醇总体能源消耗降低约23％，非再生资源消耗降低约61％，向大气排放温室气体减少约36％。
[0014]
上述技术方案中，b组分中所述聚醚多元醇为分子量5000的聚醚多元醇。在具体应用时随着聚醚分子量的越低，聚醚多元醇粘度越低，而制品的硬度逐渐提高。故，采用分子量为5000的聚醚多元醇，去分子量大，分子主链长，能提供的软段越多，从而能够有效提高材料的韧性和强度，也能缩短熟化时间。
[0015]
上述技术方案中，a组分和b组分中，所述粘度调节剂为氯化石蜡、三乙二醇二异辛酸酯、乙酰柠檬酸三丁酯和二丙二醇甲醚中的至少一种。优选的，所述粘度调节剂为乙酰柠檬酸三丁酯。它是一种新型环保、无毒增塑剂，粘度25℃为20～50mpa.s，作为a组分的粘度控制剂，能有效提高材料的柔韧性，增加伸长率。
[0016]
上述技术方案中，所述填充料为色粉、碳酸钙、改性滑石粉和高岭土中的至少一种。该填充料能有效控制制品的生产成本，同时还起到改善硬度、阻燃、补强、耐热等性能。
[0017]
上述技术方案中，所述助剂包括消泡剂和催干剂。优选的，所述消泡剂选择非硅类的相容性好的消泡剂，可以强力消除制备过程中机械产生的大泡和微泡。所述催干剂起到催化作用，优选环保型催干剂。
[0018]
本发明还提供上述一种基于生物基聚合物多元醇制成的运动场地坪材料的制备方法，包括以下步骤：
[0019]
步骤a、制备a组分：
[0020]
a1、按配比将分子量1000～6000的聚醚多元醇15～30％、生物基多元醇15～30％和粘度调节剂15～40％投入反应釜，在120℃、-0.08mpa真空条件下干燥脱水2h，然后停止抽真空，降温至75℃；
[0021]
a2、加入多异氰酸酯25～50％，搅拌均匀后保温3h，即得到a组份，常温密封存储；
[0022]
步骤b、制备b组分：
[0023]
b1、按配比将扩链剂moca 1～3％、分子量1000～6000的聚醚多元醇10～20％、粘度调节剂15～35％和填充料55～70％混合，1200～1500rpm高速分散均匀，得到混合料；
[0024]
b2、将分散均匀的混合料投入反应釜中，在120℃、-0.08mpa真空条件下干燥脱水2h，然后停止抽真空，降温至65℃；
[0025]
b3、加入助剂0.1～1％，继续65℃下搅拌0.5h，即得到b组分，常温密封存储。
[0026]
本发明的有益效果：
[0027]
本发明的一种基于生物基聚合物多元醇制成的运动场地坪材料，包括a组分和b组分，其中a组分由多异氰酸酯25～50％、分子量1000～6000的聚醚多元醇15～30％、生物基多元醇15～30％和粘度调节剂15～40％制成，b组分由扩链剂moca、分子量1000～6000的聚醚多元醇10～20％、粘度调节剂15～35％、填充料55～70％和助剂0.1～1％制成；使用时，将再将上述a组份与b组份按照质量比1:2分散均匀后，即得到基于生物基聚合物多元醇制成的运动场地坪材料。与现有技术相比，本发明采用生物基多元醇代替一部分的聚醚多元醇，通过这些多元醇与异氰酸酯之间的反应，将可被微生物分解的分子链引入到聚氨酯材料中，当用土埋法进行处理时，聚氨酯材料在微生物酶的作用下，发生水解和氢化等反应，这些分子链断裂成低相对分子质量的碎片，微生物吸收或消耗这些低相对分子质量的碎片后，经过代谢形成二氧化碳、水及生物能，最终达到降解的目的。与石油类多元醇相比，在同等条件下，生物基多元醇总体能源消耗降低约23％，非再生资源消耗降低约61％，向大气排放温室气体减少约36％；因此，本发明采用生物基多元醇作为基础原料与其他组分协同作用所制成的聚氨酯地坪材料符合环保要求，具有更好的耐水解性、热稳定性和生物降解性能，并且提高了材料的韧性和强度，而且生物基多元醇来源丰富，属于可再生资源，相比聚醚多元醇的价格更低；此外，本发明无添加溶剂，粘度低，具有环保、容易施工的优点。
具体实施方式
[0028]
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
[0029]
实施例1：
[0030]
一种基于生物基聚合物多元醇制成的运动场地坪材料的制备方法(以下各组分按
质量百分比计)：
[0031]
步骤a、制备a组分：
[0032]
a1、按配比将15％的5000分子量聚醚多元醇、10％的2000分子量聚醚多元醇、15％的生物基多元醇和35％的乙酰柠檬酸三丁酯投入反应釜，在120℃、-0.08mpa真空条件下干燥脱水2h，然后停止抽真空，降温至75℃；
[0033]
a2、加入25％的多异氰酸酯，搅拌均匀后保温3h，即得到a组份，常温密封存储；
[0034]
步骤b、制备b组分：
[0035]
b1、按配比将1.7％的扩链剂moca、10％的5000分子量的聚醚多元醇、23％的乙酰柠檬酸三丁酯、48％的碳酸钙、13％的改性滑石粉、2.5％的高岭土和1.5％的色粉混合，1200～1500rpm高速分散均匀，得到混合料；
[0036]
b2、将分散均匀的混合料投入反应釜中，在120℃、-0.08mpa真空条件下干燥脱水2h，然后停止抽真空，降温至65℃；
[0037]
b3、加入0.2％的消泡剂和0.1％的催干剂，继续65℃下搅拌0.5h，即得到b组分，常温密封存储。
[0038]
氯化石蜡、三乙二醇二异辛酸酯、乙酰柠檬酸三丁酯和二丙二醇甲醚中的至少一种。
[0039]
实施例2：
[0040]
一种基于生物基聚合物多元醇制成的运动场地坪材料的制备方法(以下各组分按质量百分比计)：
[0041]
步骤a、制备a组分：
[0042]
a1、按配比将9％的5000分子量聚醚多元醇、6％的2000分子量聚醚多元醇、30％的生物基多元醇和15％的三乙二醇二异辛酸酯投入反应釜，在120℃、-0.08mpa真空条件下干燥脱水2h，然后停止抽真空，降温至75℃；
[0043]
a2、加入40％的多异氰酸酯，搅拌均匀后保温3h，即得到a组份，常温密封存储；
[0044]
步骤b、制备b组分：
[0045]
b1、按配比将1％的扩链剂moca、18％的5000分子量的聚醚多元醇、30％的三乙二醇二异辛酸酯、21％的碳酸钙、23％的改性滑石粉和6.8％的高岭土混合，1200～1500rpm高速分散均匀，得到混合料；
[0046]
b2、将分散均匀的混合料投入反应釜中，在120℃、-0.08mpa真空条件下干燥脱水2h，然后停止抽真空，降温至65℃；
[0047]
b3、加入0.1％的消泡剂和0.1％的催干剂，继续65℃下搅拌0.5h，即得到b组分，常温密封存储。
[0048]
实施例3：
[0049]
一种基于生物基聚合物多元醇制成的运动场地坪材料的制备方法(以下各组分按质量百分比计)：
[0050]
步骤a、制备a组分：
[0051]
a1、按配比将8％的5000分子量聚醚多元醇、12％的2000分子量聚醚多元醇、25％的生物基多元醇、6％二丙二醇甲醚和14％的乙酰柠檬酸三丁酯投入反应釜，在120℃、-0.08mpa真空条件下干燥脱水2h，然后停止抽真空，降温至75℃；
[0052]
a2、加入35％的多异氰酸酯，搅拌均匀后保温3h，即得到a组份，常温密封存储；
[0053]
步骤b、制备b组分：
[0054]
b1、按配比将3％的扩链剂moca、20％的5000分子量的聚醚多元醇、2％二丙二醇甲醚和13％的乙酰柠檬酸三丁酯、36％的碳酸钙、14.5％的改性滑石粉、10％的高岭土和0.5％的色粉混合，1200～1500rpm高速分散均匀，得到混合料；
[0055]
b2、将分散均匀的混合料投入反应釜中，在120℃、-0.08mpa真空条件下干燥脱水2h，然后停止抽真空，降温至65℃；
[0056]
b3、加入0.6％的消泡剂和0.4％的催干剂，继续65℃下搅拌0.5h，即得到b组分，常温密封存储。
[0057]
实施例4：
[0058]
一种基于生物基聚合物多元醇制成的运动场地坪材料的制备方法(以下各组分按质量百分比计)：
[0059]
步骤a、制备a组分：
[0060]
a1、按配比将16％的5000分子量聚醚多元醇、16％的2000分子量聚醚多元醇、22％的生物基多元醇和26％的乙酰柠檬酸三丁酯投入反应釜，在120℃、-0.08mpa真空条件下干燥脱水2h，然后停止抽真空，降温至75℃；
[0061]
a2、加入35％的多异氰酸酯，搅拌均匀后保温3h，即得到a组份，常温密封存储；
[0062]
步骤b、制备b组分：
[0063]
b1、按配比将2％的扩链剂moca、14％的5000分子量的聚醚多元醇和26％的乙酰柠檬酸三丁酯、29％的碳酸钙、5.5％的改性滑石粉和23％的高岭土混合，1200～1500rpm高速分散均匀，得到混合料；
[0064]
b2、将分散均匀的混合料投入反应釜中，在120℃、-0.08mpa真空条件下干燥脱水2h，然后停止抽真空，降温至65℃；
[0065]
b3、加入0.2％的消泡剂和0.3％的催干剂，继续65℃下搅拌0.5h，即得到b组分，常温密封存储。
[0066]
性能测试：
[0067]
选取实施例1～4制备的基于生物基聚合物多元醇制成的运动场地坪材料分别进行以下性能测试，结果如表1所示。
[0068]
表1.实施例1～4的基于生物基聚合物多元醇制成的运动场地坪材料的性能测试
[0069][0070][0071]
由表1可知，本发明采用生物基多元醇作为基础原料与其他组分协同作用所制成的地坪材料符合环保要求，具有更好的耐水解性、热稳定性和生物降解性能，并且提高了材料的韧性和强度，而且生物基多元醇来源丰富，属于可再生资源，相比聚醚多元醇的价格更低；此外，本发明无添加溶剂，粘度低，具有环保、容易施工的优点。
[0072]
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。