环保型聚氨酯塑胶跑道的研究_时锋

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化工科技
第 18 卷
了塑胶跑道的性能指标和要求, 且无毒, 无味, 符 合环保要求。 2. 2 TDI 体系与 MDI 体系物化性能的比较
TDI 体系与 MDI 体系物化性能的比较见表 6。
表 6 TDI 体系与 MDI 体系物化性能的比较
预聚体类型
M DI T DI
粘度( 25 e ) / mPa# s
表 2 TDI 型跑道浆料的配方1)
原材料
A 组配方 B 组分配方
聚氧化丙烯三醇( M n= 3 000) 聚氧化丙烯二醇( M n = 2 000) M OCA 陶土 铁红 白炭黑 邻苯二甲酸 # 二( 2- 乙基乙酯) 乙酸苯汞 2- 乙基己酸铅
U V-327 ( 2- ( 2-' 羟 基- 3', 5-' 二叔 丁基苯基)- 5- 氯代苯并三唑)
聚氨酯铺地材料, 从其化学成分来说, 是由甲 组、乙组按配比组成, 其甲组成分主要为优质原料 合成的聚氨酯原料, 乙组成分为硫化剂、进口色料 及多种助剂混合而成。聚氨酯一般采用聚氧化丙 烯二醇以及少量聚氧化丙烯三醇, 相对分子质量 范围在 1 000~ 6 000。也可采用低不饱和度的较 高相对分子质量的聚氧化丙烯多元醇, 采用这种 聚醚制得的弹性体强度比同样相对分子质量和官 能度普通聚醚的要高一些。
聚氨酯硫化剂 3, 3-' 二氯- 4, 4-' 二氨基二苯甲
第 5期
时 锋. 环保型聚氨酯塑胶跑道的研究
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烷( M OCA ) : 工业级, 江阴香料化工厂 增塑剂, 填 料, 颜料, 触变剂, 吸水剂, , 皆市售; 催化剂, 自配。 1. 2 MDI 的制备
首先使聚醚多元醇在 100 e 左右真空下脱水 1~ 1. 5 h, 冷却到 40 e 后再加入液化的 MDI, 在 90 e 下反 应 2 h, 计量 预聚体 的 ) NCO 质 量分 数[ 9, 10] 。将聚醚多元醇、扩链剂按合理的比例混 合, 加热至 100 e 后再真空脱气 1 h, 降至 80 e , 加入计量好的增塑剂、填料、防老剂、颜料等搅拌 均匀, 再进行研磨, 并真空脱气 0. 5 h, 进行封存。 1. 3 MDI 体系基础配方
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刺激性气味
M DI 体系 二苯 基 甲 烷 二 异 氰酸酯( M = 250)
0. 8
无刺激性气体
表 4 跑道浆料固化试片性能对比
类型
硬度/ 邵 A 拉伸强度/ MPa 撕裂强度/ ( kN # m- 1 ) 伸长率/ % 回弹率/ %
M DI 型
55 4. 0 25 450 42
T DI 型
传统的聚氨酯铺地材料产品都是甲苯二异氰 酸酯( T DI) 型的, 由于 T DI 聚氨酯跑道内含有的 重金属物质, 会在使用过程中氧化污染环境。如 铅经氧化后变成氧化铅, 以粉尘的形式影响人的 健康[ 5] 。铅多积聚在离地面约 1 m 的大气中, 处
收稿日期: 2010- 07- 02 作者简介: 时 锋( 1972- ) , 男, 山 东单县 人, 北 京物资 学 院讲师, 硕士, 主要从事聚氨酯塑胶跑道技术的研究。
从表 3, 表 4, 表 5 中可以看出: 采用 M DI 型 预聚体所制备的塑胶跑道制品, 其拉伸强度和撕 裂强度, 伸长率等各项指标大大高于采用 T DI 型 预聚体所制备塑胶跑道制品, 其重金属的质量分 数也比 T DI 体 系要低, 其质 量分数 符合 国家标 准, 在环保方面也优于 T DI 体系。其综合性能也 优于由 T DI 型预聚体所制的塑胶跑道制品, 满足
关键词: 聚氨酯; 环保; 塑胶跑道; 研究 中图分类号: T Q 323. 8 文献标识码: A 文章编号: 1008- 0511( 2010) 05- 0032- 03
聚氨酯( P U) 全称为聚氨基甲酸酯, 是主链上 含有重复氨基甲酸酯 基团的大分子 化合物的统 称。它是由二异氰酸酯或多异氰酸酯与二羟基或 多羟基化合物加聚而成。具有卓越的耐磨性( 弹 性体中最好) , 高强度( 是普通橡胶的 3~ 5 倍) , 高 伸长率, 高弹性( 负载支撑容量大, 减震效果好) , 硬度范围宽( 邵氏 A30~ 邵氏 D70, 此范围内还有 400% ~ 800% 伸长 率) ; 并且还具 有耐油, 耐酸、 碱, 耐射线辐射等优异性能[ 1, 2] 。
56 2. 4 21 400 40
表 5 TDI 体系与 MDI 体系 Pb 与 Zn 质量分数的比较
类型
TDI 体系 M DI 体系
w ( Pb) / ( Lg # g- 1 )
489. 25 ? 8. 9 380. 74 ? 14. 91
w ( Zn) / ( Lg # g- 1)
264. 28 ? 16. 71 252. 37 ? 15. 74
科研开发
化工科技, 2010, 18( 5) : 32~ 34 SCIEN CE & T ECHN O LO GY IN CH EM ICA L I NDU ST RY
环保型聚氨酯塑胶跑道的研究
时锋
( 北京物资学院, 北京 101149)
摘 要: 介绍了聚氨酯铺地材料在塑胶跑道浆料技 术上的研究 进展, 将 M DI 体系 与传统 的 T D I 体 系相比较, 分 析了 M DI 型聚氨酯体 系代替 T DI 型体系在环保和性能上的优势。分别对聚氨酯塑胶跑道 面层浆料的选择与配方及其物理性能进行了介绍与总结 。为今后 进一步研究环保型聚氨酯塑 胶跑道提 了一定的参考和借鉴。
质量份 80~ 100 20~ 30 5~ 10 50~ 60 0. 02~ 0. 06 0. 5~ 1. 0 5~ 15 50~ 60 15~ 25
5~ 8 0. 2~ 0. 5 120~ 140
3~ 5 0. 1~ 0. 2
2~ 3 0. 10~ 0. 15 0. 10~ 0. 15
1. 4 传统 TDI 体系的基础配方 T DI 型跑道浆料的配方见表 2。
TDI 体系与 MDI 体系环保性能的比较见表 7。
表 7 TDI 体系与 MDI 体系环保性能的比较
TDI 体系( 120 e ) M DI 体系( 液化 180 e )
w ( ) NC O) / %
47 28~ 31
蒸汽压/ Pa
2. 8 0. 8
从表 7 中可以看到 M DI 体系与 T DI 体系相 比其 ) NCO 的质量分数低, 液化下 M DI 的蒸汽 压比 T DI 低, 说明 M DI 体系在环保方面是优于 T DI 体系的。
于儿童的呼吸带, 对健康的影响较大。T DI 聚氨 酯组分中还含有多种催化剂( 含铅、汞、锡) 、二元 胺类扩链剂、有机分子增塑剂、溶剂、橡胶配合剂 和双苯溶剂等有毒有 害化学物质。游 离的 T DI 可以在几年内挥发掉, 但材料内有毒有害化学物 质对人体的侵害, 以及对环境造成的不良影响, 会 在相当长的时间内存在[ 6] , 而环保型二苯甲烷二 异氰酸酯( MDI) 聚氨酯塑胶跑道材料很好的解决 了这一问题。作者采用 M DI 代替 T DI, 由于 M DI 毒性小、对人体健康危害小、对环境的影响较小 等, 更符合当前环保的需要。且 M DI 的蒸气压低 ( 25 e 约 1. 33 @ 10- 3 Pa) , 对人的健康危害小, 特 别适合于运动场和室 内塑胶地面的 铺设。因此 MDI 将最终取代 T DI 在塑胶跑道材料上得以广 泛应用[ 7, 8] 。
1 330 1 100
贮存稳定性( 0 e ) / d
32 28
从表 6 可以看出, MDI 体系与 T DI 体系相比 可以制得粘度适中、贮存稳定性良好的预聚体。主 要原因在于 MDI 体系可以是混合物, 且由于 MDI 中的原料多具有不对称性, 不易结晶, 从而使所制 预聚体具有较低的粘度和良好的贮存稳定性。 2. 3 TDI 体系与 MDI 体系环保性能的比较
[ 7] 刘岸. M D I 和 TD I 的替 代分析 [ J ] . 聚 氨酯, 2007, ( 11) : 16
~ 18. [8] 欧洲共同体委员会, 国际化学品安全署. 国际化学品安全 卡
手册[ M ] . 北京: 化学工业出版社, 1995. [ 9] 张晓静. M D I 型聚氨酯塑 胶跑道铺 装材料的 研制[ J] . 聚 氨
3结论
随着人们整体生活水平提高与中国聚氨酯工 业的发展, 以及人们对健康和环保的日益关注, 塑
胶跑道产品将逐渐系列化、多样化, 塑胶跑道技术 也将呈现新局面, M DI 将完全替代 T DI。纳米技 术、共混技术及许多新型材料的出现将会推动我 国塑胶跑道的进一步发展, 塑胶跑道将朝着更高 性能、更低成本、更加环保健康等方向发展。塑胶 跑道的使用在我国日益普及, 为了保证人民身体 健康、发展国家体育事业, 建议做塑胶跑道时认清 生产厂家的资质与实力, 严把原材料进料关; 实时 监控施工过程, 确保施工方法规范, 施工机械性能 完好, 健全质量控制管理体系。
[ 4] 黎兵, 张文荣, 张彪, 等. M D I 型聚氨酯塑胶跑道的应用及研 究进展[ J ] . 涂料技术与文摘, 2008, ( 01) : 8~ 10.
[ 5] 路华飞. 聚氨酯塑胶跑道技术的进展[ J ] . 聚氨酯工 业, 2004 ( 4) : 34~ 36.
[ 6] 汤伟伟, 鲍 俊杰. 聚氨酯 塑胶 跑道 技术 的研究 及应 用进 展 [ J ] . 聚氨酯, 2009( 9) : 74~ 79.
1 实ห้องสมุดไป่ตู้部分
1. 1 主要原材料 聚醚多元醇 A : Mn= 2 000, 羟值 54. 5~ 57. 5
mg K O H / g, 工业级, 聚醚多元醇 B: Mn = 5 000, 羟值 32~ 35 m g KOH / g, 工业级, 聚醚多元醇 C: M= 4000, 羟值 26. 5~ 29. 5 mg KOH / g , 工业级, 均为山东东大化学工业集团公司生产; 异氰酸酯: 纯二苯基甲烷二异氰酸酯( MDI) 、液化 MDI, 烟 台万华聚氨酯集团公司;
聚氨酯应用于铺地材料, 与它的性能特点密 切相关。其是由聚氨酯预聚体、混合聚醚、废轮胎 橡胶、三元乙 丙橡胶 ( EP DM ) 粒 或 PU 颗粒、颜 料、助剂、填料组成。具有平整度好、抗压强度高、 硬度弹性适当、物理性能稳定的特性, 有利于运动 员速度和技术的发挥, 有效地提高运动成绩, 降低 摔伤率。并且具有一定的弹性和色彩, 具有一定 的抗紫外线能力和耐老化能力是国际上公认的最 佳全天候室外运动场地坪材[ 3, 4] 。
MDI 基础配方见表 1。
表 1 MDI 基础配方
原材料
甲组份
聚醚多元醇 A 聚醚多元醇 B 聚醚多元醇 C
M DI 其它
乙组分 胺醚 N2403 聚醚 N2330 氯化石蜡 25 邻苯二甲酯二辛酯( D OP)
M OC A 1. 4-丁二醇( BDO ) 高岭土
颜料
蒙脱土
气相白碳黑
8- 羟基喹啉酮 2-羟基- 4-甲氧基二苯甲酮( U V-9)
抗氧剂~ 1010 聚氧化丙烯三醇( M n= 3 000) TD I-80
1) A、B 组分的质量比为 90B 40
质量份
14 38 5 31. 4 5 2 3 0. 3 0. 3
0. 5
0. 5 30 份 11. 1
2 结果与讨论
2. 1 MDI 体系塑胶跑道与 TDI 体系指标性能与 浆料物理性能的比较
MDI 体系塑胶跑道与 T DI 体系指标性能与 浆料物理性能的比较见表 3, 跑道浆料固化试片 性能比见表 4, 重金属质量分数比较见表 5。
表 3 TDI 体系与 MDI 体系指标性能对比
指标
主要原料
w ( 饱 和 蒸 汽 ) ( 20 e ) / ( mg # kg- 1 ) 气味
T DI 体系 甲 苯 二 异氰 酸 酯 ( M = 172)
[ 参 考 文 献]
[ 1] 王瑶, 赵志军, 刘 俊龙. 聚氨 酯弹性体 的研究进 展[ J ] . 橡 塑 技术与装备, 2006, 32( 12) : 25~ 26.
[2] 徐培林, 张淑珍. 聚氨酯材料手册[ M ] . 北京: 化学工业出 版 社, 2002.
[ 3] 李艳霞. 简析塑胶跑道对人体的影响[ J] . 科技信息( 学术 研 究) , 2008, ( 32) : 599~ 600.