一种用于运动场地铺装的发泡聚氨酯卷材及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体地，涉及一种用于运动场地铺装的发泡聚氨酯卷材及其制备方法。

背景技术

随着国家经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，国家大力推动公共体育服务保障与供给，运动健身已成大众生活的重要组成部分。为保护运动安全，提高运动成绩，培养、提高参与健身运动兴趣，合成材料运动场地面层已成为必不可少的基础设施。优秀的合成材料运动场地面层材料需具备缓冲减震的主要功能，以持久的弹性保护膝、踝关节，减少运动损伤，除此，还应有耐老化、耐低温等辅助功能以保持弹性，使运动场地面层不开裂不脆化；而在施工方面，更须具备铺设简易的施工特点以缩短工期、减少施工难度，同时也应保证产品质量。

现有的传统用于运动场地面层合成材料大致分为现浇型聚氨酯弹性体、全预制型橡胶弹性体和水性丙烯酸涂层三大类。但实际上，浇筑型聚氨酯弹性体整体无接缝，不翘边、起鼓、开裂，软硬可调、强度好、弹性佳，但施工工艺复杂，受限于环境多变、现场管理和施工人员素质良莠不齐，经常导致浇筑型聚氨酯产品出现起泡、层间脱落、厚度不足、工期长等诸多问题；全预制型橡胶弹性体运输存储方便、施工简便，但其硬度高应力大，易卷曲形变，其边缘必须用重物压实或打入钢钉，即便如此，依然易翘边、起鼓、开裂，既影响美观又影响耐久性与安全性；水性丙烯酸涂层环保净味、耐老化性好、价低易得，因其厚度薄，又需要加入大量石英砂，甚至还有一定比例的水泥，导致缓冲减震功能性能明显不足。

鉴于以上各类型材料及工艺之优劣势，完美融合环保性、功能性及施工便利性等优点的半预制无缝卷材应运而生。所谓半预制无缝卷材，即80-90％运动场地面层合成材料在工厂已预制好，10-20％为现浇型聚氨酯材料。当前生产半预制无缝卷材弹性垫层大致有三大类：(1)采用间歇式生产，聚氨酯(PU)微孔弹性体在密闭容器中发泡、凝胶、熟化，脱模，再旋切、单面刮PU胶封孔、切边、收卷；但该方法步骤多、工艺复杂，需要大量的模具，占地面积大，投入高。(2)先生产聚氨酯圆泡或箱泡，熟化，脱模后，再旋切或平切、单面刮PU胶封孔、切边、收卷；该方式步骤多、工艺复杂，需要大量的模具，占地面积大，投入高。(3)EPDM颗粒加入PU胶进行模压加热固化，熟化后收卷包装；该方式硬度高，弹性一般，缓冲减震功能不如方式(1)、(2)，且模具费用高，能耗高。

因此本发明提供一种全新的工艺思路，生产具有缓冲减震、耐湿防渗水功能的自结皮聚氨酯泡沫弹性垫层，且生产工艺简单高效、能耗低、占地面积小、投入产出比小、高度自动化、一体化成型。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于运动场地铺装的发泡聚氨酯卷材及其制备方法，添加了改性MD I，增大了制品的开孔率，从根本上改善泡沫闭孔的现象，增大制品的拉伸强度和断裂伸长率；添加了适量碳酸钙，有效调节材料刚性、韧性以及弯曲强度，改善加工体系的流变性能，提高表面冲击吸收程度和耐弯曲性能，进而有效控制压缩永久变形，保证了制品使用寿命的耐久性；添加了三异丙醇胺、乙二醇和改性MD I，三者协同发挥作用，提高了制品的防水性能；解决了现有技术中存在的聚氨酯泡沫弹性垫层生产工艺复杂、不能一体化成型，且产出成品缓冲减震和耐水性能弱的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种用于运动场地铺装的发泡聚氨酯卷材，包括如下重量份原料：

进一步地，所述碳酸钙为600目碳酸钙。

进一步地，所述改性MD I为碳化二亚胺改性MD I和氨酯改性MD I按质量比1:0.25-0.33均匀混合得到。

进一步地，所述聚醚多元醇型号F3135，购于万华化学集团股份有限公司；所述聚合物多元醇型号SP22-40，购于中海壳牌石油化工有限公司；所述高回弹匀泡剂型号B8734，购于赢创特种化学(上海)有限公司；所述延迟胺催化剂型号C225，购于东莞市广思远聚氨酯材料有限公司。

进一步地，一种所述用于运动场地铺装的发泡聚氨酯卷材的制备方法，包括如下步骤：

(1)备料：称取A混料原料：聚醚多元醇、聚合物多元醇、碳酸钙、三异丙醇胺、高回弹匀泡剂、乙二醇、去离子水和延迟胺催化剂；

称取B料：改性MD I；

(2)制备A混料：将步骤(1)称取的聚醚多元醇、聚合物多元醇、碳酸钙和三异丙醇胺控温搅拌，搅拌完成后保持该温度，再依次加入乙二醇、去离子水、高回弹匀泡剂和延迟胺催化剂，混合搅拌均匀，得到A混料；

(3)浇筑、发泡：将步骤(1)称取的B料和步骤(2)得到的A混料分别抽入发泡料缸，调控发泡料缸温度，搅拌均匀，搅拌完成后将A混料和B料泵入发泡机，得到混合料液，将混合料液浇筑在平面输送带上；

(4)熟化：将步骤(3)浇筑在平面输送带上的混合料液于密闭的流水线烘道中熟化，熟化完成后得到双面结皮泡沫；

(5)自动同步切边、裁断、收卷：将步骤(4)得到的双面结皮泡沫与输送带分离，分离完全后进入自动切边、裁断系统，最后自动同步收卷，得到发泡聚氨酯卷材，该发泡聚氨酯卷材即自结皮聚氨酯泡沫弹性垫层。

进一步地，步骤(2)中所述控温搅拌的温度为23-25℃，搅拌程度为直至搅拌均匀；所述混合搅拌时间为20-30mi n。

进一步地，步骤(3)中所述调控发泡料缸温度为调控至26-28℃，所述搅拌均匀的搅拌速度为33-52rmp。

进一步地，步骤(3)中所述A混料和B料泵入发泡机的条件为：A混料和B料按质量比10:5.8-6.3泵入发泡机。

进一步地，步骤(3)中所述平面输送带上涂覆有脱模剂和安装有刮刀式压辊，所述压辊高度控制为3-6mm，所述平面输送带运行速度为3-5m/mi n。

进一步地，步骤(4)中所述熟化温度为85-95℃，熟化时间为11-13mi n；所述双面结皮泡沫为完全不粘沾的双面结皮泡沫。

进一步地，步骤(5)中所述与输送带分离为通过自动牵引剥离系统与输送带分离。

本发明的有益效果：

(1)本发明制得的自结皮聚氨酯泡沫弹性垫层成品外观光滑无暗泡，且拉伸强度和断裂伸长率优越。本发明添加的改性MDI由碳化二亚胺改性MDI和氨酯改性MDI按比例均匀混合得到，聚合物多元醇与聚醚多元醇反应后会大量接枝在改性MDI上，发泡时接枝后的改性MDI形成微粒，附着在泡沫网络上，并在泡沫网络间形成化学键；同时，反应体系中形成的聚合物微粒吸附在泡孔壁上，促使泡沫较易开孔，增大了制品的开孔率，从根本上改善泡沫闭孔的现象，因此，制品的拉伸强度和断裂伸长率均增大。

(2)本发明添加了适量碳酸钙，在该反应体系中，碳酸钙可有效调节材料刚性、韧性以及弯曲强度，改善加工体系的流变性能，提高表面冲击吸收程度和耐弯曲性能，进而有效控制压缩永久变形，保证了制品使用寿命的耐久性。

(3)本发明添加了三异丙醇胺、乙二醇和改性MDI，三者协同发挥作用，在该反应体系中，乙二醇充当扩链剂，三异丙醇胺结构中的仲羟基与体系中异氰酸酯基反应活性平稳，起到交联作用，进而三异丙醇胺、乙二醇和改性MDI之间发生扩链反应，体系中羟基和异氰酸酯基形成网状结构，随三异丙醇胺作用逐渐增加，体系中大分子链上的基团的重复链节增加，同时氢键缔合数目增加，使最后制品的极性增加，改变了大分子链结构及氢键的规整性，从而增加了制品的柔性，更提高了制品的防水性能，使制得的成品无水印、无潮湿感，完全满足了雨雾天气施工时防水性要求。

(4)本发明提供了一种全新的工艺思路，根据聚氨酯模塑发泡原理改进生产工艺，设计了以备料、浇筑、发泡、熟化、自动同步切边、裁断和收卷为主线的工艺流程，此工艺能将具有致密高强度表皮的聚氨酯泡沫弹性垫层厚度在无须切割的情况下控制在4-9mm，且无须在表面刮胶，泡沫表皮层与芯层同源、一体成型，消除了其它工艺切割后再二次刮胶产生的应力收缩，收卷开卷时张力小，不易卷曲变形，平面铺装时贴服性好，可不用砖块等重物压边，施工简便；总体来讲，该工艺生产高度自动化、可流水线连续式生产、一体化成型，减少了生产步骤，降低了劳动强度，简单高效，且能耗低、占地面积小、投入产出比小，实现了生产制造升级。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明自结皮聚氨酯泡沫弹性垫层在球场中的实际运用示意图；

图2为本发明自结皮聚氨酯泡沫弹性垫层在跑道中的实际运用示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种所述用于运动场地铺装的发泡聚氨酯卷材的制备方法，包括如下步骤：

(1)备料：

称取如下重量份A混料原料：

称取如下重量份B料：

改性MDI 52重量份，

所述改性MDI为碳化二亚胺改性MDI和氨酯改性MDI按质量比1：0.33均匀混合得到。

(2)制备A混料：将步骤(1)称取的聚醚多元醇、聚合物多元醇、碳酸钙和三异丙醇胺控温23℃搅拌至均匀，搅拌完成后保持该温度，再依次加入称取的乙二醇、去离子水、高回弹匀泡剂和延迟胺催化剂，混合搅拌20min直至均匀，得到A混料；

(3)浇筑、发泡：将步骤(1)称取的B料和步骤(2)得到的A混料分别抽入发泡料缸，调控发泡料缸温度为26℃，控速52rmp搅拌均匀，搅拌完成后将A混料和B料按质量比10：5.8泵入发泡机，得到混合料液，将混合料液浇筑在平面输送带上，将平面输送带上的压辊高度控制为6mm，平面输送带运行速度控制为3m/min；

(4)熟化：将步骤(3)浇筑在平面输送带上的混合料液于密闭的流水线烘道中控温90℃熟化12min，熟化完成后得到双面结皮泡沫；

(5)自动同步切边、裁断、收卷：将步骤(4)得到的双面结皮泡沫与输送带分离，分离完全后进入自动切边、裁断系统，最后自动同步收卷，得到发泡聚氨酯卷材，该发泡聚氨酯卷材即自结皮聚氨酯泡沫弹性垫层。

实施例2

一种所述用于运动场地铺装的发泡聚氨酯卷材的制备方法，包括如下步骤：

(1)备料：

称取如下重量份A混料原料：

称取如下重量份B料：

改性MDI 54重量份，

所述改性MDI为碳化二亚胺改性MDI和氨酯改性MDI按质量比1：0.29均匀混合得到。

(2)制备A混料：将步骤(1)称取的聚醚多元醇、聚合物多元醇、碳酸钙和三异丙醇胺控温25℃搅拌至均匀，搅拌完成后保持该温度，再依次加入称取的乙二醇、去离子水、高回弹匀泡剂和延迟胺催化剂，混合搅拌30min直至均匀，得到A混料；

(3)浇筑、发泡：将步骤(1)称取的B料和步骤(2)得到的A混料分别抽入发泡料缸，调控发泡料缸温度为26℃，控速38rmp搅拌均匀，搅拌完成后将A混料和B料按质量比10：6.3泵入发泡机，得到混合料液，将混合料液浇筑在平面输送带上，将平面输送带上的压辊高度控制为5mm，平面输送带运行速度控制为4m/min；

(4)熟化：将步骤(3)浇筑在平面输送带上的混合料液于密闭的流水线烘道中控温85℃熟化13min，熟化完成后得到双面结皮泡沫；

(5)自动同步切边、裁断、收卷：将步骤(4)得到的双面结皮泡沫与输送带分离，分离完全后进入自动切边、裁断系统，最后自动同步收卷，得到发泡聚氨酯卷材，该发泡聚氨酯卷材即自结皮聚氨酯泡沫弹性垫层。

实施例3

一种所述用于运动场地铺装的发泡聚氨酯卷材的制备方法，包括如下步骤：

(1)备料：

称取如下重量份A混料原料：

称取如下重量份B料：

改性MDI 48重量份，

所述改性MDI为碳化二亚胺改性MDI和氨酯改性MDI按质量比1：0.33均匀混合得到。

(2)制备A混料：将步骤(1)称取的聚醚多元醇、聚合物多元醇、碳酸钙和三异丙醇胺控温23℃搅拌至均匀，搅拌完成后保持该温度，再依次加入称取的乙二醇、去离子水、高回弹匀泡剂和延迟胺催化剂，混合搅拌25min直至均匀，得到A混料；

(3)浇筑、发泡：将步骤(1)称取的B料和步骤(2)得到的A混料分别抽入发泡料缸，调控发泡料缸温度为28℃，控速33rmp搅拌均匀，搅拌完成后将A混料和B料按质量比10：6泵入发泡机，得到混合料液，将混合料液浇筑在平面输送带上，将平面输送带上的压辊高度控制为3mm，平面输送带运行速度控制为5m/min；

(4)熟化：将步骤(3)浇筑在平面输送带上的混合料液于密闭的流水线烘道中控温95℃熟化11min，熟化完成后得到双面结皮泡沫；

(5)自动同步切边、裁断、收卷：将步骤(4)得到的双面结皮泡沫与输送带分离，分离完全后进入自动切边、裁断系统，最后自动同步收卷，得到发泡聚氨酯卷材，该发泡聚氨酯卷材即自结皮聚氨酯泡沫弹性垫层。

对比例1

与实施例1相比，步骤(1)中的改性MDI为54重量份碳化二亚胺改性MDI，其余制备步骤和参数均相同。

对比例2

与实施例1相比，步骤(1)中的改性MDI为54重量份氨酯改性MDI，其余制备步骤和参数均相同。

对比例3

与实施例1相比，步骤(1)中的改性MDI为46重量份，由碳化二亚胺改性MDI和氨酯改性MDI按质量比1：0.33均匀混合得到，其余制备步骤和参数均相同。

对比例4

与实施例1相比，步骤(1)中的改性MDI为56重量份，由碳化二亚胺改性MDI和氨酯改性MDI按质量比1：0.33均匀混合得到，其余制备步骤和参数均相同。

对比例5

与实施例1相比，步骤(1)中的改性MDI为54重量份，由碳化二亚胺改性MDI和氨酯改性MDI按质量比1：0.23均匀混合得到，其余制备步骤和参数均相同。

对比例6

与实施例1相比，步骤(1)中的改性MDI为54重量份，由碳化二亚胺改性MDI和氨酯改性MDI按质量比1：0.35均匀混合得到，其余制备步骤和参数均相同。

对比例7

与实施例1相比，步骤(1)中的碳酸钙为30重量份，其余制备步骤和参数均相同。

对比例8

与实施例1相比，步骤(1)中的碳酸钙为40重量份，其余制备步骤和参数均相同。

对比例9-14

与实施例1相比，对比例9-14中，步骤(1)的乙二醇、三异丙醇胺和改性MDI原料用量如表1所示，其余制备步骤和参数均相同。

表1

性能检测

(1)外观：收取本发明实施例1-3和对比例1-2制得的自结皮聚氨酯泡沫弹性垫层成品，作业人员观察成品外观，并记录成品表皮是否光滑、是否产生暗泡，其结果如表2所示。

(2)拉伸强度：根据GB 36246-2018，对本发明实施例1-3和对比例3-6制得的自结皮聚氨酯泡沫弹性垫层成品进行拉伸强度性能检测，其结果如表2所示。

(3)断裂伸长率：根据GB 36246-2018，对本发明实施例1-3和对比例3-6制得的自结皮聚氨酯泡沫弹性垫层成品进行断裂伸长率性能检测，其结果如表2所示。

(4)厚度：根据GB/T 6342-1996，对本发明实施例1-3制得的自结皮聚氨酯泡沫弹性垫层成品进行厚度检测，其结果如表2所示。

(5)压缩永久变形：根据GB/T 6669-2008中方法C，对本发明实施例1-3和对比例7-8制得的自结皮聚氨酯泡沫弹性垫层成品进行压缩永久变形性能检测，其结果如表3所示。

(6)冲击吸收：根据GB 36246-2018，对本发明实施例1-3和对比例7-8制得的自结皮聚氨酯泡沫弹性垫层成品进行压缩永久变形性能检测，其结果如表3所示。

(7)防渗水性：将本发明实施例1-3和对比例9-14制得的自结皮聚氨酯泡沫弹性垫层成品进行裁切，裁切规格为200*200mm的自结皮聚氨酯泡沫试样，在其上表面紧密贴合出180*180*100mm规格的不漏水的小型水池，在其中注入8mm高度的清水并用200*200mm规格的轻质玻璃板盖住，于25℃，60％相对湿度恒温恒湿箱中放置72h；

评判方法：样块取出后，倒掉其中的清水，用吸水纸擦去表面水珠，即刻目测有无水印，用手按压无潮湿感即视为防渗水性合格，可以满足运动场地铺装施工要求。其结果如表3所示。

表2

表3

由表2可知，本发明制得的自结皮聚氨酯泡沫弹性垫层成品外观光滑无暗泡，且拉伸强度和断裂伸长率优越。详细地，由对比例1可以看出，单独使用碳化二亚胺改性MDI，泡沫交联度极大，表皮易产生暗泡，对比例2可以看出，单独使用氨酯改性MDI，官能度较低，异氰酸酯基含量低，制品过程产生泡沫少，易起皱；而成品的拉伸强度和断裂伸长率高是由于聚合物多元醇与聚醚多元醇反应后会大量接枝在改性MDI上，发泡时接枝后的改性MDI形成微粒，附着在泡沫网络上，并在泡沫网络间形成化学键；同时，反应体系中形成的聚合物微粒吸附在泡孔壁上，促使泡沫较易开孔，增大了制品的开孔率，从根本上改善泡沫闭孔的现象，因此，制品的拉伸强度和断裂伸长率均增大。

由表3可知，本发明制得的自结皮聚氨酯泡沫弹性垫层成品具备优异的缓冲减震功能和耐老化性，其冲击吸收率高、压缩永久变形均在1％以下。本发明添加了适量碳酸钙，在该反应体系中，碳酸钙可有效调节材料刚性、韧性以及弯曲强度，改善加工体系的流变性能，提高表面冲击吸收程度和耐弯曲性能，进而有效控制压缩永久变形。

由表3可知，本发明制得的自结皮聚氨酯泡沫弹性垫层成品防渗水性突出。本发明添加了三异丙醇胺、乙二醇和改性MDI，三者协同发挥作用，在该反应体系中，乙二醇充当扩链剂，三异丙醇胺结构中的仲羟基与体系中异氰酸酯基反应活性平稳，起到交联作用，进而三异丙醇胺、乙二醇和改性MDI之间发生扩链反应，体系中羟基和异氰酸酯基形成网状结构，增加了制品的柔性，更提高了制品的防水性能。

在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。