CN107057119A - 环保全塑型塑胶跑道用复合填料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种环保全塑型塑胶跑道用复合填料及其制备方法。所述的填料由有机改性的无机填料复配而成，所述的制备方法为化学改性法。该技术方案以提高塑胶跑道的回弹性和降低增塑剂迁移率为目的，采用化学改性方法在无机填料中引入脂肪长链和聚氨酯链段，极大提高了填料与增塑剂、填料与聚氨酯本体材料的相容性和稳定性。
Description
技术领域
本发明属于复合材料领域，尤其是一种环保全塑型塑胶跑道用复合填料及其制备方法。
背景技术
与传统混合型和透气型跑道相比，全塑型塑胶型跑道在环保性能、运动性能方面更为优异。基于MDI材料的全塑型聚氨酯跑道具有优异的材料特性和环保性能，是目前市场上塑胶跑道的明星产品。
全塑型跑道的设计是基于弹性聚氨酯材料的物理机械性能，进行多层次结构的设计，以满足运动性指标的要求。其中聚氨酯弹性体结构设计时往往会引进无机填料，其一方面可以调节聚氨酯复合体系的模量和强度，为跑道整体结构性能的可设计性提供有效的调控手段，另一方面也是各厂家控制产品成本的有效途径。但是多数厂家因为技术的局限性，仅仅通过大量添加惰性无机填料来降低产品成本，从而牺牲了较多的材料性能，带来产品品质的劣化问题，如产品弹性急剧下降，耐用性不足，粉化现象明显等。
由于无机填料的大量引入，势必还会引入大量的增塑剂已实现填料的混合和调整体系的粘度。这同时也引入了大量增塑剂的迁移问题。而增塑剂的迁移率是影响全塑型跑道耐用性的关键因素。现塑胶跑道用无机材料没有限制增塑剂迁移的功能，同时无机填料与本体树脂也存在相容性问题。
本发明通过在无机纳米材料接枝长脂肪链，通过长脂肪链与脂肪酸酯类的增塑剂发生缠结，从而降低增塑剂的迁移率；另一方面，在无机填料表面接枝聚氨酯链段，通过聚氨酯链段来改善聚氨酯本体树脂与无机填料的相容性和稳定性。
发明内容
本发明的目的是通过对无机填料进行表面修饰改善无机填料与增塑剂、聚氨酯本体树脂的相容性和稳定性，同时减小聚氨酯全塑型跑道材料中增塑剂的迁移率，改善整个产品品质和耐用性。
本发明是这样实现的，一种环保全塑型塑胶跑道用复合填料，
本发明的进一步技术方案是：由TA、TB和TC三种组分组成，其中TA：100份、TB：10-100份、TC：30-300份，所述TA为脂肪酸改性的无机填料，其结构通式为，其中为脂肪长链，其结构特征为(CH3)2CH(CH2)n，其中n为5-15，中间部分为无机填料TC；所述TB为二苯甲烷二异氰酸酯改性的无机填料，其结构通式为，其中为聚氨酯链段，其结构特征为，其中m为5-10，中间部分为所述无机填料TC；所述TC为所述无机填料。
本发明的进一步技术方案是：所述环保全塑型塑胶跑道用复合填料包含的TA为100份、TB为50-100份、TC为50-100份。
本发明的进一步技术方案是：所述m为5-10。
本发明的进一步技术方案是：所述n为6-10。
本发明的进一步技术方案是：所述无机填料TC为二氧化硅、二氧化钛、碳酸钙、蒙脱土，玻璃微珠中的一种或多种。
本方案的另一目的在于提供一种环保全塑型塑胶跑道用复合填料的制备方法，该方法包括以下步骤：
步骤A：制造TA步骤，所述制造TA步骤系使用化学改性法对无机填料TC进行化学改性获得TA；所述TA为脂肪酸改性的无机填料，其结构通式为，其中为脂肪长链，其结构特征为(CH3)2CH(CH2)n，其中n为5-15，中间部分为无机填料TC，所述无机填料TC为二氧化硅、二氧化钛、碳酸钙、蒙脱土，玻璃微珠中的一种或多种。；
步骤B：制造TB步骤，所述制造TA步骤系使用化学改性法对无机填料TC进行化学改性获得TB, 所述TB为二苯甲烷二异氰酸酯改性的无机填料，其结构通式为，其中为聚氨酯链段，其结构特征为，其中m为5-20，中间部分为所述无机填料TC；
步骤C：制造复合填料步骤，所述制造复合填料系将TA、TB、TC按照比例混合并搅拌均匀。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤A包括以下分步骤：
步骤A1：分散步骤，所述分散步骤系将无机填料TC分散在分散剂中，并升温至90-150℃；
步骤A2：改性步骤，所述改性系在快速搅拌情况下将反应物和催化剂加入步骤A1的产物中反应1-4h，其中反应物为脂肪酸；
步骤A3：后处理步骤，所述后处理步骤系使用清洗剂萃取多余催化剂和分散剂并对产物进行干燥，获得产物TA。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤B包括以下分步骤：
步骤B1: 分散步骤，所述分散步骤系将无机填料TC分散在分散剂中，并升温至60-90℃；
步骤B2：改性步骤，所述改性系在快速搅拌情况下将反应物和催化剂加入步骤A1的产物中反应3-6h，其中反应物为MDI；
步骤B3：封端步骤，所述封端步骤系在步骤B2的产物中加入低分子量聚乙二醇进行封端，继续反应3h；
步骤B4： 后处理步骤，所述后处理步骤系对步骤B3中获得的产物用去离子水冲洗并干燥，获得填料TB。
本发明的进一步技术方案是：所述分散剂为N-甲基吡咯烷酮，所述催化剂为浓硫酸，所述清洗剂为丙酮。
本发明的进一步技术方案是：所述分散剂为N-甲基吡咯烷酮，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡。
本发明的有益效果是：本方案提供的环保全塑型塑胶跑道用复合填料及其制备方法本发明具有以下优点：（1）采用本发明改性无机填料，可以降低全塑型塑胶跑道增塑剂的迁移率；（2）采用本发明改性无机填料，可以改善无机填料与聚氨酯本体树脂的相容性，延长塑胶跑道的使用寿命。（3）本发明的无机填料为复配体系，单一填料无法达到上述优点。
具体实施方式
本发明提供一种环保全塑型塑胶跑道用复合填料及其制备方法。以下结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1：
称量活性二氧化硅100份，机械搅拌下加入NMP溶剂中，升温至120℃，快速搅拌下滴加20份异壬酸，滴加2~3滴浓硫酸，反应2h后，丙酮萃取多余脂肪酸，干燥得到改性填料TA；称量活性二氧化硅100份，机械搅拌下加入NMP溶剂中，升温至80℃，快速搅拌下滴加10份MDI，滴加1ml二月桂酸二丁基锡，反应4h后，加入16聚乙二醇，继续反应3h后，去离子水冲洗后干燥得到改性填料TB；称量TA 100份、TB 50份、Tc 100份，加入250份单组分的MDI预聚物中，加入50份增塑剂邻苯二甲酸二异壬酯（DINP），混合均匀后，浇铸发泡后得到聚氨酯发泡材料。50℃温水和乙醇浸泡24h后，称重测量增塑剂的抽出率分别为0.05%和0.1%。参照GB/T14833-2011测试其冲击吸收率、垂直变形、拉伸强度和拉伸断裂伸长率，其结果见表1。
实施例2：
称量活性二氧化硅100份，机械搅拌下加入NMP溶剂中，升温至120℃，快速搅拌下滴加20份异壬酸，滴加2~3滴浓硫酸，反应2h后，丙酮萃取多余脂肪酸，干燥得到改性填料TA；称量活性二氧化硅100份，机械搅拌下加入NMP溶剂中，升温至80℃，快速搅拌下滴加10份，滴加1ml二月桂酸二丁基锡，反应4h后，加入16份聚乙二醇，继续反应3h后，去离子水冲洗后干燥得到改性填料TB；称量TA 100份、TB 100份、Tc 100份，加入300份单组分的MDI预聚物中，加入60份增塑剂邻苯二甲酸二异壬酯（DINP），混合均匀后，浇铸发泡后得到聚氨酯发泡材料。50℃温水和乙醇浸泡24h后，称重测量增塑剂的抽出率分别为0.05%和0.2%。参照GB/T14833-2011测试其冲击吸收率、垂直变形、拉伸强度和拉伸断裂伸长率，其结果见表1。
实施例3：
称量活性二氧化硅100份，机械搅拌下加入NMP溶剂中，升温至120℃，快速搅拌下滴加20份异壬酸，滴加2~3滴浓硫酸，反应2h后，丙酮萃取多余脂肪酸，干燥得到改性填料TA；称量活性二氧化硅100份，机械搅拌下加入NMP溶剂中，升温至80℃，快速搅拌下滴加10份MDI，滴加1ml二月桂酸二丁基锡，反应4h后，加入16聚乙二醇，继续反应3h后，去离子水冲洗后干燥得到改性填料TB；称量TA 100份、TB 100份、Tc 300份，加入500份单组分的MDI预聚物中，加入100份增塑剂邻苯二甲酸二异壬酯（DINP），混合均匀后，浇铸发泡后得到聚氨酯发泡材料。50℃温水和乙醇浸泡24h后，称重测量增塑剂的抽出率分别为0.2%和0.5%。参照GB/T14833-2011测试其冲击吸收率、垂直变形、拉伸强度和拉伸断裂伸长率，其结果见表1。
对比实施例1
称量Tc活性二氧化硅100份，加入100份单组分的MDI预聚物中，加入10份增塑剂邻苯二甲酸二异壬酯（DINP），混合均匀后，浇铸发泡后得到聚氨酯发泡材料。50℃温水和乙醇浸泡24h后，称重测量增塑剂的抽出率分别为0.5%和1%。参照GB/T14833-2011测试其冲击吸收率、垂直变形、拉伸强度和拉伸断裂伸长率，其结果见表1。
表1 不同来源的样品性能
从表中可以看出，本发明具有以下优点：（1）采用本发明改性无机填料，可以降低全塑型塑胶跑道增塑剂的迁移率；（2）采用本发明改性无机填料，可以改善无机填料与聚氨酯本体树脂的相容性，延长塑胶跑道的使用寿命。（3）本发明的无机填料为复配体系，单一填料无法达到上述优点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种环保全塑型塑胶跑道用复合填料，其特征在于：由TA、TB和TC三种组分组成，其中TA：100份、TB：10-100份、TC：30-300份，所述TA为脂肪酸改性的无机填料，其结构通式为，其中为脂肪长链，其结构特征为(CH3)2CH(CH2)n，其中n为5-15，中间部分为无机填料TC；所述TB为二苯甲烷二异氰酸酯改性的无机填料，其结构通式为，其中为聚氨酯链段，其结构特征为，其中m为5-10，中间部分为所述无机填料TC；所述TC为所述无机填料。
2.根据权利要求1所述的环保全塑型塑胶跑道用复合填料，其特征在于：所述环保全塑型塑胶跑道用复合填料包含的TA为100份、TB为50-100份、TC为50-100份。
3.根据权利要求1所述的环保全塑型塑胶跑道用复合填料，其特征在于：所述m为5-10。
4.根据权利要求1所述的环保全塑型塑胶跑道用复合填料，其特征在于：所述n为6-10。
5.根据权利要求1所述的环保全塑型塑胶跑道用复合填料，其特征在于：所述无机填料TC为二氧化硅、二氧化钛、碳酸钙、蒙脱土，玻璃微珠中的一种或多种。
6.一种环保全塑型塑胶跑道用复合填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：制造TA步骤，所述制造TA步骤系使用化学改性法对无机填料TC进行化学改性获得TA；所述TA为脂肪酸改性的无机填料，其结构通式为，其中为脂肪长链，其结构特征为(CH3)2CH(CH2)n，其中n为5-15，中间部分为无机填料TC，所述无机填料TC为二氧化硅、二氧化钛、碳酸钙、蒙脱土，玻璃微珠中的一种或多种；
步骤B：制造TB步骤，所述制造TA步骤系使用化学改性法对无机填料TC进行化学改性获得TB, 所述TB为二苯甲烷二异氰酸酯改性的无机填料，其结构通式为，其中为聚氨酯链段，其结构特征为，其中m为5-20，中间部分为所述无机填料TC；
步骤C：制造复合填料步骤，所述制造复合填料系将TA、TB、TC按照比例混合并搅拌均匀。
7.根据权利要求6所述的环保全塑型塑胶跑道用复合填料的制备方法，其特征在于,所述步骤A包括以下分步骤：
步骤A1：分散步骤，所述分散步骤系将无机填料TC分散在分散剂中，并升温至90-150℃；
步骤A2：改性步骤，所述改性系在快速搅拌情况下将反应物和催化剂加入步骤A1的产物中反应1-4h，其中反应物为脂肪酸；
步骤A3：后处理步骤，所述后处理步骤系使用清洗剂萃取多余催化剂和分散剂并对产物进行干燥，获得产物TA。
8.根据权利要求6所述的环保全塑型塑胶跑道用复合填料的制备方法，其特征在于，所述步骤B包括以下分步骤：
步骤B1: 分散步骤，所述分散步骤系将无机填料TC分散在分散剂中，并升温至60-90℃；
步骤B2：改性步骤，所述改性系在快速搅拌情况下将反应物和催化剂加入步骤A1的产物中反应3-6h，其中反应物为MDI；
步骤B3：封端步骤，所述封端步骤系在步骤B2的产物中加入低分子量聚乙二醇进行封端，继续反应3h；
步骤B4： 后处理步骤，所述后处理步骤系对步骤B3中获得的产物用去离子水冲洗并干燥，获得填料TB。
9.根据权利要求7所述的环保全塑型塑胶跑道用复合填料的制备方法，其特征在于：所述分散剂为N-甲基吡咯烷酮，所述催化剂为浓硫酸，所述清洗剂为丙酮。
10.根据权利要求8所述的环保全塑型塑胶跑道用复合填料的制备方法，其特征在于：所述分散剂为N-甲基吡咯烷酮，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡。
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