MDI型双组分聚氨酯塑胶跑道浆料的研制

表 4 催化剂用量对适用期及固化时间的影响
催化剂用量 / % 0.3 0.5 1.0
适用期 / miI 60 ~ 80 40 ~ 60 20 ~ 30
固化时间 / h 20 ~ 24 16 ~ 18 10 ~ 14
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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 的活性比 TDI
Keyword：polyurethane；synthetic - rubber track；resin slurry；methylene diphenyl diisocyanate；environmental protection
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。
收稿日期 2003 - 04 - 08 修回日期 2003 - 06 - 20
The Preparation of Two-component Polyurethane Synthetic-rubber Track resin Slurry
Sun Oingfeng Chen Hailiang Zhang Fang Zhu Kongxiu （ Shandong Dongda Polymers Co . Ltd，Zibo 255028）
3 结束语
选择合适的聚醚多元醇、MDI 系异氰酸酯、扩链 剂、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
Abstract：Two-component polyurethane synthetic-rubber track resin slurry was prepared by polyether，chain extender，MDI-based polyisocyanate，plasticizer，filler . The effects of some factors on the properties of polyurethane syntheticrubber track are discussed . The MDI-based polyurethane rubber track has little odor and better properties than those of TDI-based，it meet the environment protective reguire .
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（25 C 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 / % 浆料粘度 / mpa·S 邵 A 硬度 拉伸强度 / Mpa 撕裂强度 / kN·m - 1 伸长率 / % 回弹率 / %
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。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。
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， 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
DA，国产； 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； 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 l00 ~ ll0C下真空脱水 l h，冷 却到 40 ~ 50C，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。 1.2.2 固化剂组分制作
10
13
15
20
9200 8000 6000 4300
65
61
53
46
2.3
2.2
1.8
1.6
25
21
19
15
500
450
420
380
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 5 水分在有无吸水剂时对制品的影响情况
含水量 / % 0 . 02 0 . 06 0 . 10
无吸水剂 不发泡，制品良好
轻微发泡 发泡
有吸水剂 不发泡，制品良好 不发泡，制品良好 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：聚氧化
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涂料时，在 生产线上可安装齿轮泵等。
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
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聚氨酯工业
第 18 卷
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，TDI-80 11 . 1 份；A、B 组分的质量比为 90 1 40［1］。
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。
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 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 - 3 Pa），对人的健康危害小。 以 MDI 为基础的塑胶跑道符合环保要求。特别适 合于广大中小学运动场和室内塑胶地面的铺设。
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
邵 A 硬度 拉伸强度 / MPa 撕裂强度 / kN·m - 1 伸长率 / 回弹率 /
MDI 型
55 4.0 25 450 42
TDI 型
56 2.4 21 400 40
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、伸长率和回弹率等物理机
第3期
孙青峰等·MDI 型双组分聚氨酯塑胶跑道浆料的研制
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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
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·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。
将聚醚多元醇、扩链剂按一定比例混合，加热至 l00 ~ ll0C 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 60 ~ l00 份。 1.2.4 试片制作
表 2 扩链剂品种对制品性能的影响
扩链剂类型
邵 A 硬度 拉伸强度 / Mpa 撕裂强度 / kN·m - 1 伸长率 / % 回弹率 / %
MOCA
55 4.2 25 450 46
DMTDA
57 4.0 24 400 42
小分子醇
60 2.8 19 420 45
2.3 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度、制品
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聚氨酯工业 POLYURETHANE INDUSTRY
2003 年第 l8 卷第 3 期 2003 . Vol . l8 No. 3
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，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
1 实验方法
1.1 原料 聚醚二元醇：DL-l00（0 ! = l000）、DL-200（0 ! =
2000），山东东大化学工业集团公司； 聚醚三元醇：MN305（0 ! = 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-
NCO 质量分数 / % 聚醚相对分子质量 粘度（25C）/ mpa·S
8
2000
4200
10
2000
3500
12
2000
3000
8
3000
3900
10
3000
3200
12
3000
2800
注：粘度为动力粘度。
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