一种水性聚氨酯脲跑道材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种水性聚氨酯脲跑道材料及其制备方法，采用一步加料法，将溶剂、二异氰酸酯、交联剂、亲水扩链剂、催化剂加入反应釜混合均匀后升温进行反应制备，在降温中和和分散乳化后加入化学肼类物质进行反应即可，之后再与胶粉、成膜助剂和颜填料混合制备。本发明专利技术中使用醚基大分子二元胺与异氰酸酯反应生成脲键，从而使得分子链间形成氢键提供的物理交联，含酮羰基和肼反应生成分子链间的化学交联；氢键物理交联和酮肼化学交联协同作用，模仿橡胶结构，具有高强度和快速回弹性能。

【技术实现步骤摘要】
一种水性聚氨酯脲跑道材料及其制备方法
本专利技术涉及到水性聚氨酯脲乳液的合成、水性聚氨酯脲弹性体以及跑道材料的制备，属于高分子材料领域。
技术介绍
水性聚氨酯是指以水为介质代替有机溶剂的新型聚氨酯体系。水性聚氨酯具有不易燃、无毒、粘度流动性可调、易加工的优点，同时其和溶剂型聚氨酯具有高耐磨、耐撕裂、粘结性好的性能，广泛应用于涂料、粘合剂和弹性体。应用于弹性体的聚氨酯是一种性能介于橡胶和塑料之间的高分子合成材料，和橡胶相比其特点是聚氨酯的分子结构中不含有不饱和的化学键，因而其耐老化性能优异，使用寿命长。再次，聚氨酯的加工成型工艺简单，既可以采用一次注塑成型又可以采用一次浇注成型，还可以通过催化剂种类以及含量的变化，实现其室温熟化。但是，和橡胶弹性体相比，普通水性聚氨酯弹性体回弹性能较差，这是因为橡胶在成型过程中的硫化工艺使得橡胶弹性体中具有大量化学交联点，交联点间分子量通常比较大，而普通聚氨酯弹性体中只有少量氢键提供的弱的物理交联点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种水性聚氨酯脲弹性体及其制备方法，改善现有水性聚氨酯弹性体强度和回弹性不能共存的缺点，引入脲基结构提供物理交联点，同时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水性聚氨酯脲跑道材料，其特征在于，按照下述步骤进行制备：以水性聚氨酯脲弹性体乳液作为成膜物质，共混胶粉、成膜助剂和颜填料形成水性聚氨酯跑道材料，其中成膜物质为30—60质量份，胶粉30—60质量份，成膜助剂1—10质量份，颜填料10—30质量份，其中：胶粉选自天然橡胶胶粉、丁苯橡胶胶粉、氯丁橡胶胶粉、三元乙丙橡胶胶粉、热塑性苯乙烯类弹性体胶粉或者聚氨酯类热塑性弹性体胶粉；颜填料选自滑石粉、碳酸钙、白炭黑、硅藻土、高岭土或者重质碳酸钙，粉末状物料，粒径为200—500目；成膜助剂由水性润湿分散剂、消泡剂、增稠剂，消光剂和pH调节剂组成，其中水性润湿分散剂1—6质量份、消泡剂0.1—0.5...

【技术特征摘要】
1.一种水性聚氨酯脲跑道材料，其特征在于，按照下述步骤进行制备：以水性聚氨酯脲弹性体乳液作为成膜物质，共混胶粉、成膜助剂和颜填料形成水性聚氨酯跑道材料，其中成膜物质为30—60质量份，胶粉30—60质量份，成膜助剂1—10质量份，颜填料10—30质量份，其中：胶粉选自天然橡胶胶粉、丁苯橡胶胶粉、氯丁橡胶胶粉、三元乙丙橡胶胶粉、热塑性苯乙烯类弹性体胶粉或者聚氨酯类热塑性弹性体胶粉；颜填料选自滑石粉、碳酸钙、白炭黑、硅藻土、高岭土或者重质碳酸钙，粉末状物料，粒径为200—500目；成膜助剂由水性润湿分散剂、消泡剂、增稠剂，消光剂和pH调节剂组成，其中水性润湿分散剂1—6质量份、消泡剂0.1—0.5质量份、增稠剂1—3质量份，消光剂0.1—0.5质量份和pH调节剂0.1—0.5质量份；水性聚氨酯脲弹性体乳液，按照下述步骤进行：步骤1，将多元醇和醚基大分子二元胺在90～120℃下进行抽真空处理，以进行完全脱水，避免水对反应的影响；步骤2，将步骤1抽真空处理之后的多元醇和醚基大分子二元胺自然降温至50—55摄氏度，采用一步加料法，将溶剂、二异氰酸酯、第一交联剂、亲水扩链剂、催化剂加入反应釜混合均匀后升温至60～90℃进行反应；步骤3，步骤2反应结束后自然降温至50—55摄氏度加入溶剂，以使体系粘度降至10000mP.s以下，再自然降温至20—30℃加入中和剂进行反应，之后自然降温至5—10摄氏度加入水进行高速搅拌乳化，形成聚氨酯脲乳液；步骤4，在步骤3制备的聚氨酯脲乳液中加入第二交联剂进行反应，之后在真空中状态下抽走溶剂，即得到聚氨酯脲乳液，即均匀分散有聚氨酯脲弹性体的水相乳液，其中：各个原料组分的质量份数如下：多元醇15～30份，醚基大分子二元胺1～10份，溶剂10～30份，二异氰酸酯10～30份，第一交联剂1～10份，亲水扩链剂3—8份，催化剂0.1—0.3份，中和剂1～6份，水30～50份，第二交联剂1～5份。2.根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯脲跑道材料，其特征在于，成膜物质为40—60质量份，胶粉30—50质量份，成膜助剂5—10质量份，颜填料10—20质量份；胶粉粒径分布在0.1～2mm范围内。3.根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯脲跑道材料，其特征在于，在制备水性聚氨酯脲弹性体乳液时，各个原料组分的质量份数优选：多元醇20～30份，醚基大分子二元胺5～10份，步骤2中使用的溶剂20～30份，二异氰酸酯15～25份，第一交联剂3～8份，亲水扩链剂5—8份，催化剂0.1—0.3份，中和剂1～5份，水40～50份，第二交联剂2～5份。4.根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯脲跑道材料，其特征在于，在制备水性聚氨酯脲弹性体乳液的步骤1中，将多元醇和醚基大分子二元胺在90～120℃下进行抽真空1～2h；多元醇选自聚己二酸—1，4—丁二醇酯二元醇、聚四氢呋喃醚二元醇或者聚氧化丙烯二元醇；醚基大分子二元胺为端基为胺基的聚环氧乙烷或者聚环氧丙烷，数均分子量为200～4000，优选1000—3000；在制备水性聚氨酯脲弹性体乳液的步骤2中，反应温度为70—80摄氏度，反应时间为2—10小时，优选5—8小时；溶剂选择有机溶剂，选自丙酮、二氧六环或者N，N-二甲基乙酰胺；二异氰酸酯选自异佛尔酮二异氰酸酯或者六亚甲基二异氰酸酯；第一交联剂为含有酮羰基和活性氢的反应单体，选择N-[(1，1-二甲基-2-乙酰基)乙基]-β-二羟乙氨基丙酰胺、N，N′－二双丙酮丙酰胺基乙二胺或者5-[二(2-羟乙基)胺基]-2-戊酮；亲水扩链剂为含羟基羧酸，选自二羟甲基丙酸或二羟甲基丁酸；催化剂为有机锡催化剂，选自二丁基二月桂酸锡或者辛酸亚锡。5.根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯脲跑道材料，其特征在于，在制备水性聚氨酯脲弹性体乳液的步骤3中，加入溶剂降低反应体系的粘度，溶剂加入量根据反应体系粘度测试结果予以确定，步骤3中加入的溶剂和步骤2中加入溶剂的种类一致；加入中和剂进行反应10～30min；高速搅拌速度为每分钟1000—2000转，乳化时间为10—30min；中和剂选自三乙胺、氢氧化钠或者氢氧化钾；在制备水性聚氨酯脲弹性体乳液的步骤4中，加入第二交联剂进行反应时，保持高速搅拌速度为每分钟1000—2000转，反应时间为10—30min；第二交联剂选自碳酸二酰肼、己二酸二酰肼、癸二酸二酰肼、丁二酸二酰肼或者间苯二甲酸二酰肼。6.一种水性聚氨酯脲跑道材料的制备方法，其特征在于，按照下述步骤进行制备：以水性聚氨酯脲弹性体乳液作为成膜物质...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓非，张海，王园园，邹雅露，柳小宝，张圣圣，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12