專(zhuān)利名稱(chēng)：體育場(chǎng)地用聚氨酯彈性體/層狀納米復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高分子復(fù)合材料領(lǐng)域。特別涉及聚氨酯彈性體/層狀納米復(fù)合材料及其制備方法，主要用于體育場(chǎng)地的鋪設(shè)。
該配方體系存在的幾個(gè)主要問(wèn)題是1)、因產(chǎn)品的主要機(jī)械力學(xué)性能、如斷裂伸長(zhǎng)率僅為105％，不能適應(yīng)體育場(chǎng)地因地凍、水浸等發(fā)生基礎(chǔ)斷裂、隆起、塌陷等形變所產(chǎn)生的應(yīng)力，造成聚氨酯鋪設(shè)材料的斷裂；2)、產(chǎn)品的阻燃性能較低，實(shí)際上，目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)產(chǎn)品的阻燃性能都沒(méi)有達(dá)到阻燃一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；3)、為了防老化、防霉，加入了多種價(jià)格昂貴的抗紫外線(xiàn)劑、抗氧化劑及防霉劑，大大提高了成本，但加入量又遠(yuǎn)未達(dá)到實(shí)際需要量，效果并不理想。因此，為了解決以上問(wèn)題，提高聚氨酯鋪設(shè)材料的機(jī)械力學(xué)性能、阻燃性能及防老化、防霉變性能等，有必要考慮對(duì)聚氨酯彈性體的合成從新進(jìn)行分子設(shè)計(jì)及配方調(diào)整以及應(yīng)用新技術(shù)來(lái)獲得性能更加優(yōu)異的體育場(chǎng)地鋪設(shè)材料。
本發(fā)明的發(fā)明人試圖應(yīng)用納米材料新技術(shù)來(lái)增強(qiáng)聚氨酯彈性體的力學(xué)性能。曾經(jīng)試驗(yàn)使用過(guò)通常的超細(xì)粒狀納米材料如二氧化硅、二氧化鈦等。但與合成聚氨酯彈性體的高分子單體混合時(shí)，由于納米分子間的強(qiáng)大的范德瓦爾斯力的作用發(fā)生“團(tuán)聚現(xiàn)象”，尤其是無(wú)機(jī)納米材料在有機(jī)相中，更為突出。無(wú)法表現(xiàn)納米分子的小尺寸效應(yīng)等，也就無(wú)法達(dá)到對(duì)原聚氨酯彈性體力學(xué)性能的增強(qiáng)作用，即使事先用有機(jī)分子將超細(xì)粒狀納米材料如二氧化硅等予以“包覆”，效果也甚微，沒(méi)有實(shí)質(zhì)性增強(qiáng)現(xiàn)象。
經(jīng)分析試驗(yàn)，本發(fā)明選用了無(wú)機(jī)層狀納米材料如硅鋁酸鹽的蒙脫土或鎂鋁酸鹽的水滑石，進(jìn)行有效的有機(jī)化處理后，可避免納米材料的團(tuán)聚現(xiàn)象，從而可表現(xiàn)納米材料的諸多效應(yīng)，達(dá)到增強(qiáng)聚氨酯彈性體力學(xué)性能的效果。蒙脫土(MMT)帶有鹼性特征，其基本結(jié)構(gòu)單元為天然的納米硅酸鹽片層，每一層由兩個(gè)硅氧四面體中含一個(gè)鋁氧八面體構(gòu)成，層間距尺寸約1納米，長(zhǎng)寬約100納米，片層上的剩余負(fù)電荷由位于層間的陽(yáng)離子如Na+、Ca++等陽(yáng)離子平衡。這樣可用有機(jī)陽(yáng)離子進(jìn)行離子交換反應(yīng)生成有機(jī)化蒙脫土(OMMT)。而水滑石(LDHs)帶有酸性特征，由鎂氧八面體共用棱形成單片層，層間距尺寸約為20～60納米，位于層上的鎂離子(Mg++)可在一定范圍內(nèi)被鋁離子(Al+++)同晶取代使得層板帶有正電荷，層板間有可交換的陰離子與層板上的正電荷平衡。因此，可用有機(jī)陰離子進(jìn)行離子交換反應(yīng)生成有機(jī)化水滑石(OLDHs)。
本發(fā)明充分利用對(duì)這種無(wú)機(jī)層狀納米材料的插層復(fù)合技術(shù)，用不同的客體插入不同層狀納米材料后，可組裝具有不同性能的有機(jī)化層狀納米材料。它們與組成聚氨酯的有機(jī)分子單體溶合后，再進(jìn)行高分子聚合反應(yīng)，獲得了增強(qiáng)聚氨酯彈性體。用這種技術(shù)制備的聚氨酯彈性體/層狀納米復(fù)合材料鋪設(shè)的體育場(chǎng)地具有更高的機(jī)械力學(xué)性能以及阻燃、防霉效果。
有機(jī)分子對(duì)層狀結(jié)構(gòu)納米材料進(jìn)行插層后，一般有機(jī)分子對(duì)主體板層具有一定程度的纏繞作用，這種作用實(shí)質(zhì)上是對(duì)無(wú)機(jī)層狀材料的有機(jī)化，而有機(jī)化的程度和效應(yīng)可隨客體種類(lèi)數(shù)量而定，因此應(yīng)用不同層狀納米材料，選擇不同的插層客體可獲得理想的界面效應(yīng)，而后者的增強(qiáng)是高分子材料力學(xué)性能提高的關(guān)鍵。層狀納米材料具有對(duì)小分子化合物遷移的阻隔能力，如本發(fā)明所涉及的聚氨酯彈性體/層狀納米復(fù)合材料所用增塑劑的分子遷移可避免。(即防止上述材料的“滲油”現(xiàn)象)。由于聚氨酯彈性體與層狀納米材料的良好結(jié)合，通過(guò)層狀納米的平面取向，使之聚氨酯彈性體/層狀納米復(fù)合材料表現(xiàn)出良好的尺寸穩(wěn)定性、阻隔性，因而具有阻燃自熄滅性。這種高分子與層狀納米的復(fù)合材料的特殊結(jié)構(gòu)對(duì)多種微生物和菌類(lèi)生長(zhǎng)具有顯著的抑制作用，具有防霉功能。
其次，聚氨酯聚合反應(yīng)過(guò)程中，介質(zhì)的酸堿性對(duì)反應(yīng)速度影響較大，尤其在不同氣候下用于不同體育運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地鋪設(shè)，更要選擇不同酸堿性層狀納米材料，如有機(jī)化蒙脫土顯弱堿性，可加速反應(yīng)速度。相反，有機(jī)化水滑石呈弱酸性，可降低反應(yīng)速度。同理，作為聚氨酯彈性體/層狀納米復(fù)合材料中的填充料的酸堿性也會(huì)對(duì)聚合反應(yīng)速度有影響。尤其是在有層狀納米材料的聚合反應(yīng)體系中粘度已經(jīng)增稠的條件下，不希望太快的反應(yīng)速度(尤其是在夏季施工地表溫度較高時(shí))更不希望用弱堿性的滑石粉，故而選用弱酸性的陶土。而且后者對(duì)聚氨酯彈性/層狀納米復(fù)合材料的補(bǔ)強(qiáng)較果也強(qiáng)于前者。
本發(fā)明第一方案的聚氨酯彈性體/層狀納米復(fù)合材料體育場(chǎng)地鋪設(shè)材料是，在由予聚體(A組分)的TDI(甲苯二異氰酸酯)與二羥基聚氧化丙烯醚反應(yīng)物，和擴(kuò)鏈交聯(lián)劑(B組分)的MOCA(3，3′-二氯-4，4′-二氨基二苯甲烷)、多羥基聚氧化丙烯醚溶合物及催化劑組成的體系中，加入了有機(jī)化蒙脫土(OMMT)或有機(jī)化水滑(OLDHs)層狀納米材料。
本發(fā)明第二方案的聚氨酯彈性體/層狀納米復(fù)合材料體育場(chǎng)地鋪設(shè)材料是在上述第一方案中，其具體組成為A組分組成(重量百分比)甲苯二異氰酸酯20-30％二羥基聚氧化丙烯醚80-70％B組分組成(重量百分比)
有機(jī)化層狀納米材料 2-7.5％3，3′-二氯-4，4′-二氨基二苯甲烷 1.5-6.5％三羥基聚氧化丙烯醚 10-18％二羥基聚氧化丙烯醚 0-6％顏料 3-5％陶土 28-45％氯化石蠟 30-40％其中，A組份和B組分的重量比為1∶2～1∶5。催化劑的用量是A組分和B組分重量和的0.10-0.50％。
本發(fā)明第三方案的聚氨酯彈性體/層狀納米復(fù)合材料體育場(chǎng)地鋪設(shè)材料是在上述第二方案中，加入該復(fù)合材料體系的20～30重量％的黑橡膠粒(田徑跑道用)。
本發(fā)明第四方案的聚氨酯彈性體/層狀納米復(fù)合材料體育場(chǎng)地鋪設(shè)材料的制造方法是，包括以下步驟1)、予先制備有機(jī)化層狀納米材料(有機(jī)化蒙脫土(OMMT)或有機(jī)化水滑石(OLDHs))。
2)、制備A組分，將計(jì)量的二羥基聚氧化丙烯醚加入到反應(yīng)釜中，在80-90℃下，均勻攪拌抽真空至0.002MPa脫水2-3小時(shí)后冷卻至45-50℃。常壓下加入計(jì)量的甲苯二異氰酸酯，在干燥氮?dú)獗Ｗo(hù)下，于80-90℃反應(yīng)2.5小時(shí)，冷卻至50℃，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下裝桶密封備用。
3)、制備B組分，將計(jì)量的有機(jī)化層狀納米材料與三羥基聚氧化丙烯醚、二羥基聚氧化丙烯醚，在反應(yīng)釜中均勻攪拌、于80-90℃溫度條件下，抽真空至0.002MPa脫水2-3小時(shí)。在另一攪拌釜中，將顏料及增塑劑混拌并經(jīng)膠體磨研磨成色漿，再將擴(kuò)鏈劑3，3′-二氯-4，4′-二氨基二苯甲烷，填充料陶土與色漿一并混拌、經(jīng)膠體磨研磨后，用齒輪泵打入反應(yīng)釜中與有機(jī)化層狀納米材料及羥基聚氧化丙烯醚溶合物均勻攪拌，再在80-90℃，真空脫水2-3小時(shí)，冷卻至50℃，在常壓裝桶密封備用。
4)、在體育場(chǎng)地現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)聚氨酯彈性體/層狀納米復(fù)合材料體育場(chǎng)地鋪設(shè)材料，將如上所述的裝桶密封備用的A組分，B組分按重量比為1∶2-1∶5計(jì)量稱(chēng)重，攪拌均勻，加入計(jì)算量的催化劑(A組分，B組分的重量和的0.10～0.50重量％)迅速攪拌均勻，立即攤鋪在事先已做好的、平坦的基礎(chǔ)上，在15-35℃條件下，約30-60分內(nèi)凝膠，24小時(shí)內(nèi)固化，14日完全熟化后可投入使用，并測(cè)其各種力學(xué)性能等。
本發(fā)明第五方案的聚氨酯彈性體/層狀納米復(fù)合材料體育場(chǎng)地鋪設(shè)材料的制造方法是在本發(fā)明的第四方案中，制備有機(jī)化蒙脫土(OMMT)的方法是，在800ml 80℃的水中加入5g己內(nèi)酰胺和4ml濃硫酸，充分水解，再緩慢注入到含有20g鈉-蒙脫土(陰離子交換容量＝90-100mmol/100g，粒徑40-70μm)的水溶液中，將這種混合液在80℃猛烈攪拌3小時(shí)后，冷卻，離心過(guò)濾，水洗至無(wú)SO4＝(用BaCl2溶液檢測(cè)無(wú)白色沉淀)，室溫干燥，再真空干燥至恒重，并研碎成約為50-90μm的粉末。鈉蒙脫土用WAXD儀測(cè)層間距為1nm。經(jīng)過(guò)離子交換法有機(jī)化的蒙脫土層間距測(cè)為1.9nm。
本發(fā)明第六方案的聚氨酯彈性體/層狀納米復(fù)合材料體育場(chǎng)地鋪設(shè)材料的制造方法是在本發(fā)明的第四方案中，制備有機(jī)化水滑石(OLDHs)的方法是，在800ml 80℃的水中，加入水滑石(Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O)20g，在攪拌下逐滴加入十二烷基苯磺酸約12g，一直到溶液未見(jiàn)CO2氣泡逸出，充分?jǐn)嚢?小時(shí)后，離心過(guò)濾，水洗至pH6。真空干燥后研為粉末。水滑石層間距為0.79nm，用離子交換法有機(jī)化后用WAXD儀測(cè)試層間距為1.56nm。
本發(fā)明第七方案的聚氨酯彈性體/層狀納米復(fù)合材料體育場(chǎng)地鋪設(shè)材料的制造方法是在本發(fā)明的第四方案中，在第4)階段現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)時(shí)加入該復(fù)合材料體系的20～30重量％的黑橡膠粒(田徑跑道用)。
以上方案中，催化劑使用環(huán)烷酸鋅汽油溶液。
以上所使用的原料的規(guī)格為甲苯二異氰酸酯(TDI)規(guī)格M/O比為80/20；二羥基聚氧化丙烯醚，Mn＝400-2000；三羥基聚氧化丙烯醚，Mn＝3000；3，3′-二氯-4，4′-二氨基二苯甲烷的m.p≥100℃；顏料紅色為氧化鐵紅Fe2O3；綠色由酞菁綠、檸檬黃、鉻綠按比例混合組成；氯化石蠟氯含量50-52％；陶土Al2O3..2SiO2平均粒度為2-10μm，pH為值6.72，其中Fe含量≤0.1％。
本發(fā)明改變了傳統(tǒng)的體育場(chǎng)地用聚氨酯材料的配方，除了全新考慮分子設(shè)計(jì)使其更為合理外，著重采用了層狀納米材料插層復(fù)合聚合技術(shù)，使復(fù)合材料的力學(xué)性能諸如抗張強(qiáng)度，斷裂伸長(zhǎng)率大為增強(qiáng)，增幅在1倍至2倍以上，阻燃性能全部達(dá)到國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，大大提高了體育場(chǎng)地的質(zhì)量，使用壽命更長(zhǎng)。
具體的實(shí)施方式以下通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。(下面，將聚氨酯彈性體/層狀納米復(fù)合材料簡(jiǎn)稱(chēng)為“膠”)。實(shí)施例1田徑跑道鋪設(shè)用膠(1)A組分制備將二羥基聚氧化丙烯醚(N220，分子量2000，)442kg，二羥基聚氧化丙烯醚(N210，分子量1000，)315kg稱(chēng)重計(jì)量后加入到反應(yīng)釜中，于80-90℃溫度下攪拌，在0.002MPa真空下脫水2.5小時(shí)，充氮恢復(fù)常壓冷卻至45℃，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下加入甲苯二異氰酸酯(TDI)243kg，在氮?dú)獗Ｗo(hù)及85-90℃溫度下反應(yīng)2.5小時(shí)后，冷卻至50℃，裝桶密封待用。(2)B組分制備將有機(jī)化蒙脫土(OMMT)32kg與三羥基聚氧化丙烯醚(N330，分子量3000)188kg在反應(yīng)釜中均勻攪拌，于80-90℃溫度下、在0.002MPa真空下脫水2.5小時(shí)。在另一攪拌釜中，將氧化鐵紅45kg與氯化石蠟378kg攪拌均勻并經(jīng)膠體磨研磨成色漿后，再依次加入3，3′-二氯-4，4′-二氨基二苯甲烷(MOCA)，陶土310kg，一并攪拌均勻，經(jīng)膠體磨研細(xì)后，用齒輪泵打入反應(yīng)釜，在80-90℃溫度下，與N330-OMMT溶合物一并攪拌均勻，并經(jīng)真空脫水2.5小時(shí)后，冷卻至50℃，裝桶密封待用。(3)在現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)田徑跑道用膠A組分與B組分按1∶2.5計(jì)量稱(chēng)重，即將A組分20Kg，B組分50Kg混拌均勻后，加入18.75Kg黑橡膠粒(d~3mm)，在繼續(xù)攪拌下，再加入總膠重量6％的催化劑環(huán)烷酸鋅汽油溶液(濃度3％)4.2Kg，然后攤鋪在田徑跑道基礎(chǔ)上、自動(dòng)流平，凝膠固化成膠。室外溫度熟化14日后可正式使用，并測(cè)試性能(見(jiàn)表1)。實(shí)施例2田徑跑道鋪設(shè)用膠(1)A組分制備除使用N220 418Kg，N210 287Kg，TDI 290Kg外，其余與實(shí)施例1相同。(2)B組分制備除使用OMMT 50Kg、N330 180Kg、氧化鐵紅45Kg，氯化石臘360Kg，MOCA 60Kg，陶土305Kg外，其余與實(shí)施例1相同。(3)在現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)田徑跑道用膠A組分與B組分按1∶4計(jì)量稱(chēng)重，即將A組分16Kg，B組分64Kg攪拌均勻后，加入黑橡膠粒(d～3mm)20Kg，在繼續(xù)攪拌下，再加入總膠重量7％的催化劑環(huán)烷酸鋅汽油溶液(濃度3％)5.6Kg，然后攤鋪在田徑跑道基礎(chǔ)上、自動(dòng)流平，凝膠固化成膠。室外溫度熟化14日后可正式使用，并測(cè)試性能(見(jiàn)表1)。實(shí)施例3田徑跑道鋪設(shè)用膠(1)A組分制備除使用TDI 296Kg外，其余與實(shí)施例2相同。(2)B組分制備除使用有機(jī)化水滑石(OLDHs)50Kg代替有機(jī)化蒙脫土(OMMT)32kg外，其余與實(shí)施例2相同。(3)在現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)田徑跑道用膠與實(shí)施例2相同。實(shí)施例4球場(chǎng)(網(wǎng)、蘭、排)用膠(1)A組分制備將N220 412Kg，N210 308Kg稱(chēng)重計(jì)量后加入到反應(yīng)釜中，于80-90℃溫度下攪拌，在0.002MPa真空下脫水2.5小時(shí)，充氮恢復(fù)常壓冷卻至45℃，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下加入TDI 280kg，在氮?dú)獗Ｗo(hù)及85-90℃溫度下反應(yīng)2.5小時(shí)后，冷卻至50℃，裝桶密封待用。(2)B組分制備將OMMT 45Kg與N330 200Kg在反應(yīng)釜中均勻攪拌，于80-90℃溫度下、在0.002MPa真空下脫水2.5小時(shí)。在另一攪拌釜中，將酞菁綠6Kg，檸檬黃22Kg，鉻綠12Kg及氯化石蠟360Kg攪拌均勻并經(jīng)膠體磨研磨成色漿后，再依次加入MOCA 75Kg，陶土280Kg，一并攪拌均勻，經(jīng)膠體磨研細(xì)后，用齒輪泵打入反應(yīng)釜，在80-90℃溫度下，與N330，OMMT溶合物一并攪拌均勻，并經(jīng)真空脫水2.5小時(shí)后，冷卻至50℃，裝桶密封待用。(3)在現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)球類(lèi)場(chǎng)地用膠A組分與B組分按1∶3比例計(jì)量稱(chēng)重，即將A組分25Kg，B組分75Kg混拌均勻后，再加入總膠重量6％的催化劑環(huán)烷酸鋅汽油溶液(濃度3％)6Kg，繼續(xù)攪拌均勻，然后攤鋪在球場(chǎng)基礎(chǔ)上、自動(dòng)流平，凝膠固化成膠。室外溫度熟化14日后，可正式使用，并測(cè)試性能(見(jiàn)表1)。實(shí)施例5球場(chǎng)用膠(1)A組分制備除使用N220 480Kg，N210 288Kg，TDI 304Kg外，其余與實(shí)施例4相同。(2)B組分制備除使用OMMT 40Kg、N330 160Kg、氯化石蠟370kg、MOCA 45Kg、陶土345Kg外，其余與實(shí)施例4相同。(3)在現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)球類(lèi)場(chǎng)地用膠A組分與B組分按1∶5比例計(jì)量稱(chēng)重，即將A組分16.7Kg，B組分83.5Kg混拌均勻后，再加入總膠重量6％的催化劑環(huán)烷酸鋅汽油溶液(濃度3％)6Kg，繼續(xù)攪拌均勻，然后攤鋪在球場(chǎng)基礎(chǔ)上、自動(dòng)流平，凝膠固化成膠。室外溫度熟化14日后，可正式使用，并測(cè)試性能(見(jiàn)表1)。實(shí)施例6 球場(chǎng)用膠(1)A組分制備除使用N220 408Kg外，其余與實(shí)施例5相同。(2)B組分制備除使用OLDHs 40Kg代替OMMT 40Kg外，其余與實(shí)施例5相同。(3)在現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)球類(lèi)場(chǎng)地用膠與實(shí)施例5相同。實(shí)施例7田徑跑道表層粒料用膠(1)A組分制備除使用N220 423Kg、N210 301Kg、TDI 275Kg外，其余與實(shí)施例5相同。(2)B組分制備將OMMT 35Kg與N330 120Kg、N220 40Kg在反應(yīng)釜中均勻攪拌，于80-90℃溫度下，在0.002MPa真空下真空脫水2.5小時(shí)。在另一攪拌釜中，將氧化鐵紅40Kg及氯化石蠟370Kg攪拌均勻并經(jīng)膠體磨研磨成色漿后，再依次加入MOCA 30Kg，陶土360Kg，一并攪拌均勻并經(jīng)膠體磨研細(xì)后，用齒輪泵打入反應(yīng)釜，在80-90℃溫度下，與N330-OMMT溶合物一并攪拌均勻，并經(jīng)真空脫水2.5小時(shí)后，冷卻至50℃，裝桶密封待用。(3)制成粒料A組分與B組分按1∶5比例計(jì)量稱(chēng)重，即將A組分16.7Kg，B組分83.5Kg混拌均勻后，再加入總膠重量8％的催化劑環(huán)烷酸鋅汽油溶液(濃度3％)8Kg，繼續(xù)攪拌均勻，然后攤鋪在地面上的聚乙烯塑料膜上，攤平，凝膠固化成膠，隔日后再放在80℃烘房?jī)?nèi)熟化3小時(shí)，可在橡膠粉碎機(jī)上按要求打成顆粒(一般直徑為3-4mm)?？蓪?duì)熟化后的膠片測(cè)試性能(見(jiàn)表1)。實(shí)施例8田徑跑道表層粒料用膠(1)A組分制備與實(shí)施例7相同。(2)B組分制備除用OLDHs 35Kg代替OMMT 35Kg外，其余與實(shí)施例7相同。(3)制成粒料與實(shí)施例7完全相同。
表1 聚氨酯彈性體/層狀納米復(fù)合材料性能測(cè)試結(jié)果 注球場(chǎng)膠硬度要求≥75邵氏A，粒料膠硬度≥6權(quán)利要求
1.一種聚氨酯彈性體/層狀納米復(fù)合材料的體育場(chǎng)地鋪設(shè)材料，在由予聚體(A組分)的TDI(甲苯二異氰酸酯)與二羥基聚氧化丙烯醚反應(yīng)物，和擴(kuò)鏈交聯(lián)劑(B組分)的MOCA(3，3′-二氯-4，4′-二氨基二苯甲烷)、多羥基聚氧化丙烯醚溶合物及催化劑組成的體系中，其特征在于加入了有機(jī)化蒙脫土(OMMT)或有機(jī)化水滑石(OLDHs)層狀納米材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚氨酯彈性體/層狀納米復(fù)合材料的體育場(chǎng)地鋪設(shè)材料，其特征在于，其具體的組成為A組分組成(重量百分比)甲苯二異氰酸酯20-30％二羥基聚氧化丙烯醚80-70％B組分組成(重量百分比)有機(jī)化層狀納米材料2-7.5％3，3′-二氯-4，4′-二氨基二苯甲烷 1.5-6.5％三羥基聚氧化丙烯醚10-18％二羥基聚氧化丙烯醚 0-6％顏料3-5％陶土 28-45％氯化石蠟 30-40％其中，A組份和B組分的重量比為1∶2～1∶5。催化劑的用量是A組分和B組分重量和的0.10-0.50％。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聚氨酯彈性體/層狀納米復(fù)合材料體育場(chǎng)地鋪設(shè)材料，其特征在于，相對(duì)于A組分、B組分的總重量加入20～30重量％的黑橡膠粒(田徑跑道用)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的聚氨酯彈性體/層狀納米復(fù)合材料體育場(chǎng)地鋪設(shè)材料，其特征在于催化劑是環(huán)烷酸鋅汽油溶液。
5.一種聚氨酯彈性體/層狀納米復(fù)合材料體育場(chǎng)地鋪設(shè)材料的制造方法，其特征在于，包括以下步驟1)、預(yù)先制備有機(jī)化層狀納米材料(有機(jī)化蒙脫土(OMMT)或有機(jī)化水滑石(OLDHs))，2)、制備A組分，將計(jì)量的二羥基聚氧化丙烯醚加入到反應(yīng)釜中，在80-90℃下，均勻攪拌抽真空至0.002MPa脫水2-3小時(shí)后冷卻至45-50℃。常壓下加入計(jì)量的甲苯二異氰酸酯，在干燥氮?dú)獗Ｗo(hù)下，于80-90℃反應(yīng)2.5小時(shí)，冷卻至50℃，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下裝桶密封備用，3)、制備B組分，將計(jì)量的有機(jī)化層狀納米材料與三羥基聚氧化丙烯醚、二羥基聚氧化丙烯醚，在反應(yīng)釜中均勻攪拌、于80-90℃溫度條件下，抽真空至0.002MPa脫水2-3小時(shí)。在另一攪拌釜中，將顏料及增塑劑混拌并經(jīng)膠體磨研磨成色漿，再將擴(kuò)鏈劑3，3′-二氯-4，4′-二氨基二苯甲烷，填充料陶土與色漿一并混拌、經(jīng)膠體磨研磨后，用齒輪泵打入反應(yīng)釜中與有機(jī)化層狀納米材料及羥基聚氧化丙烯醚溶合物均勻攪拌，再在80-90℃，真空脫水2-3小時(shí)，冷卻至50℃，在常壓裝桶密封備用，4)、在體育場(chǎng)地現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)聚氨酯彈性體/層狀納米復(fù)合材料體育場(chǎng)地鋪設(shè)材料，將如上所述的裝桶密封備用的A組分，B組分按重量比為1∶2-1∶5計(jì)量稱(chēng)重，攪拌均勻，加入計(jì)算量的催化劑(A組分，B組分的總重量的0.10～0.5重量％)迅速攪拌均勻，立即攤鋪在事先已做好的、平坦的基礎(chǔ)上，在15-35℃條件下，約30-60分內(nèi)凝膠，24小時(shí)內(nèi)固化，14日完全熟化后可投入使用，并測(cè)其各種力學(xué)性能等。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的聚氨酯彈性體/層狀納米復(fù)合材料體育場(chǎng)地鋪設(shè)材料的制造方法，其特征在于制備有機(jī)化蒙脫土(OMMT)的方法是，在800ml 80℃的水中加入5g己內(nèi)酰胺和4ml濃硫酸，充分水解，再緩慢注入到含有20g鈉-蒙脫土(陰離子交換容量＝90-100mmol/100g，粒徑40-70μm)的水溶液中，將這種混合液在80℃猛烈攪拌3小時(shí)后，冷卻，離心過(guò)濾，水洗至無(wú)SO4＝(用BaCl2溶液檢測(cè)無(wú)白色沉淀)，室溫干燥，再真空干燥至恒重，并研碎成約為50-90μm的粉末。鈉蒙脫土用WAXD儀測(cè)層間距為1nm。經(jīng)過(guò)離子交換法有機(jī)化的蒙脫土層間距測(cè)為1.9nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的聚氨酯彈性體/層狀納米復(fù)合材料體育場(chǎng)地鋪設(shè)材料的制造方法，其特征在于制備有機(jī)化水滑石(OLDHs)的方法是，在800ml 80℃的水中，加入水滑石(Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O)20g，在攪拌下逐滴加入十二烷基苯磺酸約12g，一直到溶液未見(jiàn)CO2氣泡逸出，充分?jǐn)嚢?小時(shí)后，離心過(guò)濾，水洗至pH6。真空干燥后研為粉末。水滑石層間距為0.79nm，用離子交換法有機(jī)化后用WAXD儀測(cè)試層間距為1.56nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的聚氨酯彈性體/層狀納米復(fù)合材料體育場(chǎng)地鋪設(shè)材料的制造方法，其特征在于在第4)階段現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)時(shí)相對(duì)于A組分，B組分的總重量加入20～30重量％的黑橡膠粒(田徑跑道用)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5～8所述的任何一項(xiàng)的聚氨酯彈性體/層狀納米復(fù)合材料體育場(chǎng)地鋪設(shè)材料的制造方法，其特征在于催化劑是環(huán)烷酸鋅汽油溶液。
全文摘要
本發(fā)明屬于高分子復(fù)合材料,特別涉及用于鋪設(shè)體場(chǎng)地的聚氨酯彈性體/層狀納米復(fù)合材料及其制備方法。層狀納米材料系由蒙脫土及水滑石用不同插層劑插層復(fù)合的有機(jī)化蒙脫土及有機(jī)化水滑石。將二羥基聚氧化丙烯醚真空脫水加入甲苯二異氰酸酯制成A組分。將有機(jī)化納米材料與三羥基及二羥基聚氧化丙烯醚插層復(fù)合,再混入擴(kuò)鏈劑3,3′－二氯－4,4′－二氨基二苯基甲烷及色漿、補(bǔ)強(qiáng)填充料、增塑劑制成B組分。將A組分與B組分按重量比1∶2－1∶5混合,用環(huán)烷酸鋅作催化劑進(jìn)行插層復(fù)合聚合反應(yīng),制備出鋪設(shè)體育場(chǎng)地用高分子復(fù)合材料,在力學(xué)性能及阻燃性等方面優(yōu)于傳統(tǒng)的單一聚氨酯彈性體。
文檔編號(hào)E01C13/00GK1376749SQ0210592
公開(kāi)日2002年10月30日 申請(qǐng)日期2002年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月9日
發(fā)明者孔克健 申請(qǐng)人:孔克健