MDI型双组分聚氨酯塑胶跑道浆料的研制.pdf

1、MDI型 双 组 分 聚 氨 酯 塑 胶 跑 道 浆 料 的 研 制孙 青 峰 陈 海 良 张 芳 朱 孔 秀（ 山 东 东 大 聚 合 物 股 份 有 限 公 司 淄 博 255028）摘 要 ： 以 聚 醚 多 元 醇 、 扩 链 剂 、 异 氰 酸 酯 、 增 塑 剂 、 填 料 等 为 原 材 料 ， 制 备 了 MDI 型 双 组 分 聚 氨 酯塑 胶 跑 道 用 浆 料 。 研 究 了 各 种 因 素 对 聚 氨 酯 塑 胶 跑 道 制 品 机 械 性 能 的 影 响 。 研 究 表 明 该 MDI 型塑 胶 跑 道 与 传 统 的 TDI 聚 氨 酯 塑 胶 跑 道 相 比 ，

2、气 味 小 ， 符 合 环 保 要 求 ， 而 且 综 合 性 能 优 越 。关 键 词 ： 聚 氨 酯 ； 塑 胶 跑 道 ； 树 脂 浆 料 ； 二 苯 基 甲 烷 二 异 氰 酸 酯 ； 环 保聚 氨 酯 塑 胶 跑 道 是 一 种 浇 注 型 聚 氨 酯 产 品 ， 它广 泛 用 于 各 类 体 育 运 动 场 地 ， 如 塑 胶 田 径 场 、 网 球场 、 篮 球 场 等 ， 也 可 用 于 家 用 塑 胶 地 板 及 防 滑 过 街 天桥 的 铺 设 。 用 它 铺 设 的 体 育 场 弹 性 好 、 防 滑 ， 能 有 效地 保 护 运 动 员 免 受 伤 害 ， 可 全 天

3、候 使 用 。 并 可 随 意调 节 色 彩 ， 美 观 大 方 。 随 着 我 国 市 场 经 济 的 发 展 及人 民 生 活 水 平 的 提 高 ， 特 别 是 2008 年 北 京 奥 运 会 的申 办 成 功 及 全 民 健 身 运 动 的 全 面 开 展 ， 对 运 动 场 地提 出 了 更 高 的 要 求 。 但 是 传 统 的 塑 胶 跑 道 产 品 都 是TDI 型 的 ， 由 于 TDI 的 蒸 气 压 较 高 （ 20C约 l.33 Pa） ，对 人 的 呼 吸 系 统 有 严 重 的 刺 激 性 ， 在 塑 胶 跑 道 浆 料的 生 产 和 施 工 过 程 中 对 人

4、体 健 康 造 成 了 极 大 的 危害 。 而 且 塑 胶 跑 道 在 使 用 过 程 中 会 慢 慢 释 放 出 有 害气 体 ， 也 影 响 人 的 身 体 健 康 。 IST（ 国 际 运 动 跑 道 技术 协 会 ） 早 在 l994 年 针 对 “ 是 否 用 聚 氨 酯 树 脂 铺 设运 动 跑 道 ” 的 问 题 提 出 “ 不 接 受 使 用 含 单 体 TDI 成 分的 聚 氨 酯 系 统 的 运 动 跑 道 ” 的 建 议 。 而 MDI 的 蒸 气压 低 （ 25C约 l.33 l0-3Pa） ， 对 人 的 健 康 危 害 小 。以 MDI 为 基 础 的 塑 胶 跑

5、 道 符 合 环 保 要 求 。 特 别 适合 于 广 大 中 小 学 运 动 场 和 室 内 塑 胶 地 面 的 铺 设 。1 实 验 方 法1.1 原 料聚 醚 二 元 醇 ： DL-l000（ ! = l000） 、 DL-2000（ ! =2000） ， 山 东 东 大 化 学 工 业 集 团 公 司 ；聚 醚 三 元 醇 ： MN3050（ ! =3000） 、 EP-330N（ ! =5000） ， 山 东 东 大 化 学 工 业 集 团 公 司 ；扩 链 剂 ： 小 分 子 二 醇 ， 小 分 子 二 胺 MOCA、 DMT-DA， 国 产 ；异 氰 酸 酯 ： 纯 二 苯 基

6、甲 烷 二 异 氰 酸 酯 （ MDI） 、 液化 MDI， 烟 台 万 华 聚 氨 酯 集 团 公 司 ；增 塑 剂 ， 国 产 ； 填 料 ， 国 产 ； 颜 料 ， 国 产 ； 触 变 剂 ，国 产 ； 吸 水 剂 ， 国 产 ； 防 老 剂 ， 国 产 ； 催 化 剂 ， 自 配 。1.2 实 验 操 作1.2.1 预 聚 体 制 作将 聚 醚 多 元 醇 在 l00ll0C下 真 空 脱 水 l h， 冷却 到 4050C， 然 后 加 入 熔 化 的 计 量 好 的 纯 MDI 和液 化 MDI， 在 75 80C反 应 2 h， 分 析 预 聚 体 的 NCO含 量 ， 待 用

7、。1.2.2 固 化 剂 组 分 制 作将 聚 醚 多 元 醇 、 扩 链 剂 按 一 定 比 例 混 合 ， 加 热 至l00ll0C下 真 空 脱 气 l h， 降 至 80C， 加 入 计 量 好的 增 塑 剂 、 填 料 、 防 老 剂 、 颜 料 等 搅 拌 均 匀 ， 然 后 在 胶体 磨 上 研 磨 2 遍 （ 细 度 控 制 在 35!m 以 下 ） ， 并 真 空脱 气 0.5 h， 封 存 待 用 。1.2.3 基 本 配 方固 化 剂 组 分 ： 复 合 聚 醚 l00 份 ， 扩 链 剂 5 l5份 ， 增 塑 剂 l0 50 份 ， 填 料 l0 50 份 ， 触 变

8、 剂 l 5份 ， 颜 料 l l0 份 ， 防 老 剂 0.5 2 份 ， 吸 水 剂 2 5份 ， 催 化 剂 l 3 份 。 预 聚 体 组 分 ： 纯 MDI 95 份 ， 液化 MDI 5 份 ， 聚 醚 二 元 醇 或 聚 醚 三 元 醇 60l00 份 。1.2.4 试 片 制 作将 预 聚 体 与 固 化 剂 组 分 按 一 定 比 例 混 合 ， 并 加入 适 量 催 化 剂 ， 搅 拌 均 匀 ， 在 真 空 下 脱 气 ， 浇 入 模 具中 ， 固 化 后 即 得 制 品 。 制 品 常 温 放 置 2 周 后 检 测 硬度 、 拉 伸 强 度 、 撕 裂 强 度 、 伸

9、 长 率 和 回 弹 率 等 物 理 机22聚 氨 酯 工 业POLYURETHANE INDUSTRY2003 年 第 l8 卷 第 3 期2003.Vol.l8 No.3械 性 能 。2 结 果 与 讨 论2.1 预 聚 体 用 聚 醚 多 元 醇 的 选 择预 聚 体 作 为 主 反 应 组 分 对 塑 胶 跑 道 的 性 能 有 着直 接 的 影 响 ， 同 时 预 聚 体 的 粘 度 对 生 产 工 艺 和 施 工工 艺 也 有 一 定 的 影 响 ， 粘 度 太 大 不 利 于 生 产 和 施 工 。选 择 合 适 的 NCO 含 量 和 多 元 醇 可 得 到 合 适 的 粘 度

10、 ，并 获 得 良 好 的 机 械 强 度 。 本 实 验 选 择 相 对 分 子 质 量大 于 2000 的 聚 醚 多 元 醇 。 表 1 表 明 了 不 同 聚 醚 制得 的 不 同 NCO 质 量 分 数 的 预 聚 体 所 对 应 的 粘 度 。表 1 不 同 聚 醚 制 得 的 不 同 NCO含 量 预 聚 体 的 粘 度NCO 质 量 分 数 / % 聚 醚 相 对 分 子 质 量 粘 度 （ 25C） /mpa S8 2000 420010 2000 350012 2000 30008 3000 390010 3000 320012 3000 2800注 ： 粘 度 为 动 力

11、 粘 度 。2.2 扩 链 剂 对 制 品 性 能 的 影 响扩 链 剂 与 异 氰 酸 酯 反 应 ， 生 成 聚 氨 酯 链 的 硬 段 ，决 定 了 聚 氨 酯 的 拉 伸 强 度 、 撕 裂 强 度 的 大 小 。 随 着扩 链 剂 用 量 的 增 加 ， 制 品 的 硬 度 和 机 械 强 度 增 加 。与 醇 类 扩 链 剂 相 比 ， 采 用 芳 香 族 胺 类 扩 链 剂 ， 由 于 苯环 的 引 入 ， 增 加 了 硬 段 的 刚 性 ， 赋 予 了 制 品 更 好 的 机械 性 能 。 因 此 要 获 得 合 适 的 硬 度 和 强 度 就 要 对 扩 链剂 进 行 选 择

12、 。 表 2 为 采 用 相 同 的 预 聚 体 （ NCO 质 量分 数 为 10%） 、 选 择 不 同 的 扩 链 剂 所 得 制 品 的 机 械性 能 。表 2 扩 链 剂 品 种 对 制 品 性 能 的 影 响扩 链 剂 类 型 MOCA DMTDA 小 分 子 醇邵 A 硬 度 55 57 60拉 伸 强 度 /Mpa 4.2 4.0 2.8撕 裂 强 度 /kN m-125 24 19伸 长 率 / % 450 400 420回 弹 率 / % 46 42 452.3 增 塑 剂 用 量 对 制 品 性 能 的 影 响增 塑 剂 能 有 效 地 降 低 固 化 剂 组 分 的 粘

13、 度 、 制 品的 硬 度 和 产 品 成 本 。 但 是 随 着 增 塑 剂 用 量 的 增 加 ，浆 料 的 粘 度 越 来 越 低 ， 容 易 分 层 ， 影 响 浆 料 的 储 存 稳定 性 ， 同 时 ， 制 品 的 机 械 强 度 也 降 低 。 表 3 表 明 了 增塑 剂 用 量 对 浆 料 粘 度 （ 25C时 ） 与 制 品 性 能 影 响 。表 3 增 塑 剂 用 量 对 制 品 性 能 的 影 响增 塑 剂 用 量 / % 10 13 15 20浆 料 粘 度 /mpa S 9200 8000 6000 4300邵 A 硬 度 65 61 53 46拉 伸 强 度 /M

14、pa 2.3 2.2 1.8 1.6撕 裂 强 度 /kN m-125 21 19 15伸 长 率 / % 500 450 420 380回 弹 率 / % 46 40 37 34注 ： 增 塑 剂 用 量 按 固 化 剂 组 分 计 。2.4 催 化 剂 用 量 对 适 用 期 及 固 化 时 间 的 影 响在 塑 胶 跑 道 的 施 工 过 程 中 ， 我 们 希 望 尽 可 能 地延 长 适 用 时 间 以 便 于 施 工 ， 同 时 尽 可 能 地 缩 短 固 化时 间 ， 以 便 于 后 续 工 作 的 开 展 。 我 们 采 用 几 种 催 化剂 配 合 使 用 ， 取 得 了 良

15、 好 的 效 果 。 以 异 辛 酸 铅 与 异辛 酸 锌 质 量 比 为 114 的 混 合 物 为 催 化 剂 。 表 4 是 不同 催 化 剂 用 量 对 跑 道 胶 料 适 用 期 和 固 化 时 间 的 影响 。表 4 催 化 剂 用 量 对 适 用 期 及 固 化 时 间 的 影 响催 化 剂 用 量 / % 适 用 期 /miI 固 化 时 间 /h0.3 60 80 20 240.5 40 60 16 181.0 20 30 10 14注 ： 催 化 剂 用 量 按 固 化 剂 组 分 计 。2.5 水 分 的 影 响水 与 异 氰 酸 酯 反 应 生 成 CO2， MDI 的

16、 活 性 比 TDI的 活 性 高 ， 更 易 与 水 反 应 ， 微 量 的 水 分 就 会 使 塑 胶 跑道 产 生 气 泡 ， 影 响 跑 道 的 质 量 。 而 且 过 量 水 的 存 在会 使 反 应 组 分 配 比 失 调 ， 浆 料 不 固 化 。 因 此 在 生 产过 程 中 固 化 剂 组 分 要 在 100 110C的 温 度 下 真 空 脱水 ， 使 含 水 量 0.1%。 同 时 我 们 在 配 方 中 加 入 一 定的 吸 水 剂 防 止 气 泡 的 产 生 。 表 5 表 明 了 定 量 的 水 在有 无 吸 水 剂 时 对 制 品 的 影 响 情 况 。表 5 水

17、 分 在 有 无 吸 水 剂 时 对 制 品 的 影 响 情 况含 水 量 / % 无 吸 水 剂 有 吸 水 剂0.02 不 发 泡 ， 制 品 良 好 不 发 泡 ， 制 品 良 好0.06 轻 微 发 泡 不 发 泡 ， 制 品 良 好0.10 发 泡 不 发 泡 ， 制 品 良 好注 ： 水 分 按 固 化 剂 组 分 计 。2.6 跑 道 试 片 的 物 理 性 能通 过 试 验 ， 我 们 研 制 出 了 环 保 型 塑 胶 跑 道 浆 料 ，其 制 品 性 能 与 TDI 型 的 性 能 对 比 如 表 6。其 中 TDI 型 跑 道 浆 料 的 A 组 分 配 方 为 ： 聚

18、氧 化丙 烯 三 醇 （ !I= 3000） 14 份 ， 聚 氧 化 丙 烯 二 醇 （ !I=2000） 38 份 ， MOCA 5 份 ， 陶 土 31.4 份 ， 铁 红 5 份 ， 白32第 3 期 孙 青 峰 等 MDI 型 双 组 分 聚 氨 酯 塑 胶 跑 道 浆 料 的 研 制炭 黑 2 份 ， 邻 苯 二 甲 酸 （ 2-乙 基 酯 ） 3 份 ， 乙 酸 苯 汞0.3 份 ， 2 - 乙 基 己 酸 铅 0.3 份 ， UV-327 0.5 份 ， 抗 氧剂 1010 0.5 份 ； B 组 分 配 方 为 ： 聚 氧 化 丙 烯 三 醇 （ Mn= 3000） 30 份

19、 ， TDI-80 11.1 份 ； A、 B 组 分 的 质 量 比 为90140 1。从 表 6 可 以 看 出 在 相 同 硬 度 下 环 保 型 塑 胶 跑 道的 拉 伸 强 度 、 撕 裂 强 度 、 伸 长 率 比 TDI 型 的 要 高 。表 6 跑 道 浆 料 固 化 试 片 性 能 比 较类 型 MDI 型 TDI 型邵 A 硬 度 55 56拉 伸 强 度 /MPa 4.0 2.4撕 裂 强 度 /kN m- 125 21伸 长 率 / 450 400回 弹 率 / 42 403 结 束 语选 择 合 适 的 聚 醚 多 元 醇 、 MDI 系 异 氰 酸 酯 、 扩 链剂

20、 、 增 塑 剂 配 合 使 用 ， 得 到 了 性 能 良 好 的 聚 氨 酯 塑 胶跑 道 浆 料 。该 产 品 与 传 统 的 TDI 聚 氨 酯 塑 胶 跑 道 相 比 ， 无毒 、 无 味 、 符 合 环 保 要 求 ， 而 且 综 合 性 能 优 越 ， 是 TDI型 聚 氨 酯 塑 胶 跑 道 浆 料 理 想 的 替 代 产 品 。参 考 文 献1 山 西 省 化 工 研 究 院 .聚 氨 酯 弹 性 体 手 册 .北 京 ： 化 学 工 业 出 版 社 ，2001.288 299收 稿 日 期 2003 - 04 - 08 修 回 日 期 2003 - 06 - 20The P

21、reparation of Two-component Polyurethane Synthetic-rubber Track resin SlurrySun Oingfeng Chen Hailiang Zhang Fang Zhu Kongxiu（ Shandong Dongda Polymers Co. Ltd， Zibo 255028）Abstract： Two-component polyurethane synthetic-rubber track resin slurry was prepared by polyether， chain exten-der， MDI-based

22、polyisocyanate， plasticizer， filler. The effects of some factors on the properties of polyurethane synthetic-rubber track are discussed. The MDI-based polyurethane rubber track has little odor and better properties than those ofTDI-based， it meet the environment protective reguire.Keyword： polyureth

23、ane； synthetic - rubber track； resin slurry； methylene diphenyl diisocyanate； environmentalprotection作 者 简 介 孙 青 峰 男 ， 1998 年 毕 业 于 西 北 工 业 大 学 精 细 化 工 专 业 ， 毕 业 后 在 东 大 聚 合 物 股 份 有 限 公 司 一 直 从 事 聚 氨 酯!的 研 究 工 作 。 消 息 动 态 汽 车 用 水 基 聚 氨 酯Bayer Polymers 当 前 正 在 向 汽 车 制 造 商 推 荐 其 2K 聚 氨 酯汽 车 清 漆 用 的 新

24、型 低 粘 度 多 异 氰 酸 酯 和 多 元 醇 分 散 液 。使 用 水 基 清 漆 ， 需 使 用 一 种 1 便 士 硬 币 大 小 的 喷 雾 分 散器 。 在 该 分 散 器 中 多 异 氰 酸 酯 和 水 基 聚 丙 烯 酸 酯 分 散 液 在加 压 下 通 过 一 对 相 对 的 细 喷 嘴 混 合 成 一 种 预 聚 乳 液 ， 此 时 分散 于 水 相 中 的 液 滴 直 径 约 1!m。据 Bayer 汽 车 涂 料 专 家 Markus Mechtel 博 士 说 ， 该 分 散 器需 要 小 于 202.6 kPa 的 压 力 ， 汽 车 制 造 商 使 用 那 些

25、涂 料 时 ， 在生 产 线 上 可 安 装 齿 轮 泵 等 。用 这 种 新 装 置 ， 可 用 低 粘 度 多 异 氰 酸 酯 配 制 涂 料 ， 而 无须 象 传 统 2 K 聚 氨 酯 树 脂 配 方 那 样 对 固 化 剂 进 行 亲 水 改 性 。该 新 型 水 分 散 清 漆 VOC 含 量 在 100 250 g/L， 并 且 正 在做 进 一 步 减 少 VOC 含 量 的 工 作 。彭 锦 芳 摘 自 Urethanes Technology， 2003， 20（ 3） ： 27反 应 性 热 塑 性 聚 氨 酯 弹 性 体日 本 爱 知 工 业 大 学 利 用 原 位 反

26、 应 在 环 氧 树 脂 中 直 接 制备 了 反 应 性 热 塑 性 聚 氨 酯 弹 性 体 （ TPU） ， 所 用 多 元 醇 为 PT-MG-250、 PTMG-1000、 PTMG-2000 和 PTMG-3000， 多 异 氰 酸 酯 为MDI， 环 氧 树 脂 Epikote 828。 结 果 发 现 ， 用 TPU 改 性 环 氧 树 脂后 ， 环 氧 树 脂 用 于 钢 -钢 的 粘 接 性 能 、 弯 曲 性 能 和 韧 性 都 有 明显 提 高 ， 通 过 对 固 化 物 的 动 力 学 粘 弹 性 进 行 的 热 分 析 和 电 镜观 察 ， 发 现 固 化 物 形 态 与 多 元 醇 相 对 分 子 质 量 、 TPU 分 子 结构 中 的 硬 段 类 型 有 关 。彭 锦 芳42 聚 氨 酯 工 业 第 18 卷