1、全塑型聚氨酯塑胶跑道密度的影响因素研究张士虎1时静苹1赵 阳2王 超1(1山东亿博润新材料科技有限公司山东滨州 251906)(2山东省产品质量检验研究院山东济南 250102)摘要:合成了一系列环保型双组分聚氨酯浆料并制备了全塑型聚氨酯(PU)塑胶样块，系统地研究了浆料 A 料中重钙用量、发泡催化剂用量、凝胶催化剂用量、水用量及环境温度等对全塑型聚氨酯塑胶跑道密度的影响。结果表明，制备的 PU 塑胶样块密度随着重钙、凝胶催化剂用量的增加而升高，随着水分以及发泡催化剂用量的增加而降低，随着环境温度的升高而降低。关键词:聚氨酯;塑胶跑道;密度中图分类号:TQ 3238文献标识码:A文章编号:10
2、051902(2023)03003703doi:103969/jissn10051902202303011聚氨酯塑胶跑道是国际上公认的全天候室外运动场最佳地坪材料，具有平整度好、抗压强度高、硬度和弹性适当等特性14。目前市面上塑胶跑道的类型可分为透气型、全塑型、复合型以及混合型等5。全塑型聚氨酯塑胶跑道是以聚醚多元醇、填料、增塑剂及功能性助剂组成的浆料 A 料67 和以预聚体组成的浆料 B 料为原料制备而成。2018 年我国发布运动场地新国标 GB 362462018，并对跑道的厚度、拉伸强度、拉断伸长率等物理性能及有害物质限量进行了修订810。除以上指标外，材料的密度关系到场地的性能及成本1
3、1，这也是材料选择时重点考虑因素之一。全塑型跑道的密度受诸多因素的影响，目前还未见讨论全塑型塑胶跑道材料密度影响因素的报道。本研究合成了一系列环保型双组分聚氨酯浆料并制备了全塑型 PU 塑胶样块，系统研究了浆料 A料中重钙用量、水分、发泡催化剂用量、凝胶催化剂用量、环境温度等对材料密度的影响，可为材料生产厂家以及场地施工方提供有效参考。1实验部分11实验原料聚氨酯预聚体(浆料 B 料)YJ2011-B，山东亿博润新材料科技有限公司;聚醚多元醇 DL-2000D、EP-330N，山东蓝星东大化工有限责任公司;800 目重质碳酸钙(重钙)，淄博张店富源重钙厂;52#中长链氯化石蜡，洛阳市三金化工塑
4、料有限公司;扩链剂型 MOCA，苏州湘园新材料股份有限公司;抗氧剂1010#，天津利安隆新材料股份有限公司;325 目氧化铁红，新乡市双青颜料有限公司;气相白炭黑，比表面积(20025)m2/g，苏州润鼎燊贸易有限公司;发泡催化剂 T12、凝胶催化剂 PC-03，上海振贵新材料科技有限公司。以上均为工业级。12实验操作121浆料 A 料的配制将 140 g EP-330N、60 g DL-2000D 及 200 g 52#中长链氯化石蜡加入三口烧瓶，搅拌升温至 7075，加入 20 g 型 MOCA，继续升温至 100110，待 MOCA 全部熔化后依次加入 5 g 抗氧剂 1010#、10g
5、 氧化铁红、15 g 气相白炭黑及重钙，100105 搅拌分散 30 min 后开启真空泵，真空脱水 2 h(保持压力低于009 MPa);随后将物料降温至 40 以下，加入发泡催化剂 T12，继续搅拌分散 30 min 后倒出即完成浆料 A 料制备。122PU 塑胶样块的制备将浆料 B 料与浆料 A 料按照质量比 1 5 混合，并加入凝胶催化剂 PC-03，使用高速分散机2 000 r/min 搅拌 20 s，搅拌均匀后真空脱泡，随后将混合料倒入模具(20 cm20 cm1 cm)并放置固化。PU 塑胶样块固化一周后取出测试密度。PU塑胶样块密度的测试方法见参考文献 12。732023 年第
6、 38 卷 第 3 期2023Vol38 No3聚氨 酯 工 业POLYUETHANE INDUSTY2结果与讨论21重钙用量对塑胶样块密度的影响重钙能使浆料增稠，并起到填充和整平的作用，同时价格低廉，是聚氨酯浆料中常用的填料之一。本实验考察了浆料 A 组分中无机填料重钙用量对 PU 塑胶样块密度的影响，结果见表 1。PU 塑胶样块制备条件:环境平均温度 293，凝胶催化剂质量分数 25，无发泡催化剂及水。表 1重钙用量对塑胶样块密度的影响重钙质量分数/%50556065塑胶样块密度/(gcm3)146154162167由表 1 可见，PU 塑胶样块的密度随着原料中重钙用量的增加逐渐增加。这是
7、因为制备浆料的主体原料中，聚醚多元醇的密度为 1011 g/cm3，52#氯化石蜡的密度为 124127 g/cm3，而重钙的密度为2629 g/cm3，明显高于其他原料。因此，随着原料中重钙用量的增加，跑道样块的密度逐渐增加。由于重钙具有一定吸油能力，随着其在浆料中含量的增加，浆料 A 料的黏度会逐渐增加，当重钙质量分数达到 65%时，浆料 A 料的黏度高达 675 Pas(25)，继续增加重钙的含量会明显影响浆料的流动性。22发泡催化剂用量对塑胶样块密度的影响本实验考察了发泡催化剂用量对 PU 塑胶样块密度的影响，结果见表 2。PU 塑胶样块制备条件:环境平均温度 274，浆料 A 料中重
8、钙比例 55%，凝胶催化剂质量分数 25，不添加水。表 2发泡催化剂用量对塑胶样块密度的影响发泡催化剂质量分数/0061015塑胶样块密度/(gcm3)158151144134由表 2 可以看出，PU 塑胶样块的密度随着发泡催化剂用量的增加而降低。这是因为发泡催化剂可以催化浆料 B 组分中 NCO 基团与浆料 A组分中微量水的发泡反应13，在浆料固化过程中，发泡反应形成的二氧化碳气体被包裹在 PU塑胶样块内部形成大量的泡孔。随着发泡催化剂用量的增加，形成的泡孔越多，PU 塑胶样块密度越低。需要注意的是，随着 PU 塑胶样块中泡孔的形成，PU 塑胶样块的物理性能也会受到不同程度影响。23凝胶催化
9、剂用量对塑胶样块密度的影响浆料 A/B 组分的交联固化，与 NCO 基团和微量水的发泡反应存在竞争关系，通过改变凝胶催化剂的用量可以调整 PU 塑胶样块的密度。本实验研究了不同凝胶催化剂用量对 PU 塑胶样块密度的影响，结果见表 3。PU 塑胶样块制备条件:平均环境温度 302，发泡催化剂质量分数1，浆料 A 料中重钙质量分数 55%，不添加水。表 3凝胶催化剂用量对塑胶样块密度的影响凝胶催化剂质量分数/1153塑胶样块密度/(g cm3)121129139由表 3 可知，随着凝胶催化剂用量的增加，交联固化反应的活性相对增加，发泡反应被抑制，因此PU 塑胶样块的密度逐渐增加。本研究所列范围之外
10、，若凝胶催化剂用量超过 3，浆料 A/B 料搅拌过程中凝胶反应过快导致黏度急剧增加，摊铺时无法形成较好的 PU 塑胶样块。24水用量对塑胶样块密度的影响本实验研究了浆料 A/B 料混合过程中水添加量对 PU 塑胶样块密度的影响，结果见图 1。PU 塑胶样块制备平均环境温度 215，凝胶催化剂质量分数为 15，发泡催化剂质量分数为 06，浆料 A料中重钙质量分数 55%。图 1水用量对塑胶样块密度的影响由图 1 可知，随着添加水量的增加，PU 塑胶样块的密度逐渐降低。这是因为水分的加入会一定程度上促进 NCO 基团发泡反应的进行，由图 1 中插图对比可知，浆料中水分越多，发泡反应越明显，PU 塑
11、胶样块中的泡孔也越多，因此 PU 塑胶样块密度越小。25环境温度对塑胶样块密度的影响由于环境温度对发泡反应和凝胶反应的影响不83聚氨酯工业第 38 卷同，因此不同温度下发泡程度不同，PU 塑胶样块的密度也会有区别。本实验研究了固化时环境温度对 PU 塑胶样块密度的影响，结果见表 4。样块制备条件:凝胶催化剂用量为 15，浆料 A 料中重钙质量分数 55%，发泡催化剂质量分数为 06，不添加水。表 4平均环境温度对塑胶样块密度的影响平均环境温度/268289327塑胶样块密度/(g cm3)14413125由表 4 可以看出，平均环境温度越高，PU 塑胶样块的密度越小。这可能是因为随着环境温度的
12、提高，发泡反应比交联固化反应的活性增加的更多，形成更多的气孔，因此 PU 塑胶样块密度更小。为了证实这个问题，本研究对比了不同温度下制备的 PU塑胶样块的切面，如图 2 所示。图 2环境温度对塑胶样块泡孔的影响从图 2 中可以看出，随着平均环境温度的提高，PU 塑胶样块中气孔的量明显增多。3结论(1)一定范围内，随着浆料 A 组分中重钙和凝胶催化剂用量的增加，PU 塑胶样块密度逐渐增加。(2)在合适范围内，随着发泡催化剂用量、水用量的增加以及平均环境温度的提高，PU 塑胶样块的密度逐渐降低。参考文献 1张晓静 MDI 型聚氨酯塑胶跑道铺装材料的研制J 聚氨酯工业，2007，22(2):3638
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14、2462018 中小学合成材料面层运动场地 标准中无机填料和高聚物测试要点分析J 中国建材科技，2020，29(5):68 9胡伟，马俊辉，徐文，等 对 中小学合成材料面层运动场地 国家新标准的解读 J 塑料，2020，49(4):135140 10 刘吉贵，董豫敏，陈功平 对 GB 362462018 中小学合成材料面层运动场地 应用的探讨J 工程质量，2021，39(3):69 11 黄荣庆 聚氨酯塑胶跑道的发展趋势浅析J 聚氨酯工业，2019，34(3):4042 12 王凤娟 物体密度的测量方法浅探J 课程教育研究，2015(29):179180 13 唐希玲 高性能硬质聚氨酯泡沫塑料
15、的制备及其阻燃性能的研究D 杭州:浙江大学，2007收稿日期20230113修回日期20230210esearch on Influencing Factors of Density of Polyurethane for All-plastic TrackZHANG Shihu1，SHI Jingping1，ZHAO Yang2，WANG Chao1(1 Shandong Yiboun New Material Technology Co Ltd，Binzhou 251906，Shandong，China)(2 Shandong Institute of Product Quality In
16、spection，Jinan 250102，Shandong，China)Abstract:A series of environment-friendly two-component polyurethane resin slurry were synthesized and all-plastic polyurethane track sample blocks were prepared The effects of the amount of heavy calcium carbonate inslurry A，foaming catalyst，gel catalyst，water and ambient temperature on the density of the all-plasticpolyurethane track were studied The results showed that the density of the PU sample blocks increased with theincrease of the amount of heavy ca
