(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010571733.6
(22)申请日 2020.06.22
(71)申请人 湖北博天体育设施有限公司
地址 430014 湖北省武汉市东湖新技术开
发区武大园路5-1号国家地球空间信
息产业基地二期南主楼1单元7层03号
(72)发明人 王科勇
(74)专利代理机构 南京纵横知识产权代理有限
公司 32224
代理人 徐瑛
(51)Int.Cl.
C09J 175/14(2006.01)
C09J 11/04(2006.01)
C09J 11/06(2006.01)
C08G 18/75(2006.01)
C08G 18/70(2006.01)C08G 18/66(2006.01)C08G 18/48(2006.01)C08G 18/10(2006.01)C08G 18/67(2006.01)C08L 23/16(2006.01)E01C 13/06(2006.01)
(54)发明名称一种透气式塑胶跑道用的水性聚氨酯胶黏剂及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种透气式塑胶跑道用的水性聚氨酯胶黏剂及其制备方法，属于塑胶跑道技术领域，所述水性聚氨酯胶黏剂包括以下重量份组分：多异氰酸酯12-18份、异氰酸酯15-25份、聚醚多元醇42-48份、亲水扩链剂2-5份、低分子量非亲水醇类扩链剂1～3份、交联剂0.5-1份、辅交联剂0.05-0.1份、中和剂1-2份、催化剂0.1-0.2份、紫外光吸收剂0.12-0.25份、去离子水30-40份；所述低分子量非亲水醇类扩链剂为1,4-丁烯二醇，所述辅交联剂为有机过氧化物。本发明采用1,4-丁烯二醇和有机过氧化物配合，1,4-丁烯二醇在聚氨酯硬段引入双键，有机过氧化物用于引发2个聚氨酯硬段的双键聚合，形成分子间交联的互穿网络结构，增强聚氨酯硬段刚性，促使软硬段相分离更加完全，提高共聚物的抗拉伸性 能和耐水性。权利要求书1页 说明书6页CN 111621259 A 2020.09.04
C N 111621259
A
1.一种透气式塑胶跑道用的水性聚氨酯胶黏剂，其特征在于，包括以下重量份组分：多异氰酸酯12-18份、异氰酸酯15-25份、聚醚多元醇42-48份、亲水扩链剂2-5份、低分子量非亲水醇类扩链剂1～3份、交联剂0.5-1份、辅交联剂0.05-0.1份、中和剂1-2份、催化剂0.1-0.2份、紫外光吸收剂0.12-0.25份、去离子水30-40份；
其中，所述低分子量非亲水醇类扩链剂为1,4-丁烯二醇，所述辅交联剂为有机过氧化物。
2.如权利要求1所述的透气式塑胶跑道用的水性聚氨酯胶黏剂，其特征在于，包括以下重量份组分：多异氰酸酯15份、异氰酸酯20份、聚醚多元醇45份、亲水扩链剂3份、低分子量非亲水醇类扩链剂2份、交联剂0.7份、辅交联剂0.08份、中和剂1.5份、催化剂0.15份、紫外光吸收剂0.2份、去离子水35份。
3.如权利要求1或2所述的透气式塑胶跑道用的水性聚氨酯胶黏剂，其特征在于，所述有机过氧化物为二叔丁基过氧化物、过氧化新癸酸四甲基丁酯、过氧化苯甲酰和过氧化二苯甲酰中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的透气式塑胶跑道用的水性聚氨酯胶黏剂，其特征在于，所述多异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯。
5.如权利要求1所述的透气式塑胶跑道用的水性聚氨酯胶黏剂，其特征在于，所述亲水扩链剂为羧基二元醇、含磺酸盐二元胺和含聚氧化乙烯二醇中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的透气式塑胶跑道用的水性聚氨酯胶黏剂，其特征在于，所述交联剂为二羟甲基丙酸、三羟甲基丙烷、二乙烯三胺中的一种或多种。
7.如权利要求1所述的透气式塑胶跑道用的水性聚氨酯胶黏剂，其特征在于，所述中和剂为三乙胺。
8.如权利要求1所述的透气式塑胶跑道用的水性聚氨酯胶黏剂，其特征在于，所述催化剂为二月硅酸二丁基锡、辛酸亚锡和三乙烯二胺中的一种或多种。
9.如权利要求1所述的透气式塑胶跑道用的水性聚氨酯胶黏剂，其特征在于，所述紫外光吸收剂为炭黑。
10.权利要求1所述的透气式塑胶跑道用的水性聚氨酯胶黏剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、向多异氰酸酯、异氰酸酯和聚醚多元醇的混合液中加入催化剂，在70～80℃条件下反应2～3h，得到聚氨酯预聚体；
S2、向聚氨酯预聚体中加入中和剂进行中和反应20～30min，之后加入去离子水，在700～900rpm条件下剪切分散，而后加入亲水扩链剂、低分子量非亲水醇类扩链剂和交联剂，在N 2保护、60～65℃条件下扩链反应50～70min，得到水性聚氨酯分散体；
S3、在N 2保护条件下，向水性聚氨酯分散体中加入辅交联剂，60～65℃条件下搅拌20～30min，得到辅交联剂改性的水性聚氨酯分散体；
S4、将辅交联剂改性的水性聚氨酯分散体中加入在真空条件下分散0.5-1h，得到水性聚氨酯胶黏剂。
权 利 要 求 书1/1页CN 111621259 A
一种透气式塑胶跑道用的水性聚氨酯胶黏剂及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及塑胶跑道技术领域，特别涉及一种透气式塑胶跑道用的水性聚氨酯胶黏剂及其制备方法。
背景技术
[0002]随着中国经济的发展，人民生活水平的提高，众健身运动的蓬勃发展和健身热情的日益高涨，对体育设施的要求也在不断提高；塑胶跑道具有平整度好、抗压强度高、硬度弹性适当、物理性能稳定等特性，逐渐得到广泛应用。现有塑胶跑道的材质以溶剂型聚氨酯(如溶剂型TDI聚氨酯、溶剂型MDI聚氨酯)为主，其具有优良的力学特性，然而该类材质在使用中会产生较高的挥发性有机化合物(
VOC)排放，气味刺鼻，有毒性，对健康有害，已无法满足越来越高的环保需求，在应用过程中逐步被市场所抛弃。开发低污染环保型的水性聚氨酯材料己成为大家的共识。水性聚氨酯涂料是以水替代有机溶剂作为分散介质，具有很好的环保价值。在很多领域己逐步替代传统的溶剂型聚氨酯涂料。
[0003]现有技术中已公开了很多水性聚氨酯粘合剂，如中国专利号CN201810033420.8公开了一种水性负氧离子聚氨酯胶粘剂及其制备方法和应用，主要由按质量份数计的如下原料制得：负氧离子粉4-8份、二氧化碳共聚物多元醇50-70份、聚醚多元醇30-50份、蓖麻油15-25份、脂肪族二异氰酸酯10-20份、脂环族二异氰酸酯40-60份、扩链剂6-20份、扩链交联剂1-10份、催化剂0.01-1份和水200-300份。以及中国专利号CN201210310648.X公开了一种高固含量鞋用水性胶黏剂及其制备方法，由水性树脂和去离子水乳化聚氨酯预聚体制得，其中聚氨酯预聚体是由异氰酸酯、多元醇、亲水扩链剂、交联剂、中和剂合成。但是上述方法中使用聚酯多元醇或聚醚多元醇制备预聚物再加水搅拌乳化，制备水性胶黏剂，在户外使用时，耐水性不强，雨水多，湿度高的情况下，容易吸水，导致强度降低，耐用性差。
发明内容
[0004]本发明的目的针对上述现存技术问题，开发出一种透气式塑胶跑道用的水性聚氨酯胶黏剂，并提供了该水性聚氨酯胶黏剂的制备方法；本发明采用特定的低分子量非亲水醇类扩链剂1,4-丁烯二醇
和辅交联剂有机过氧化物配合，1,4-丁烯二醇用于在聚氨酯硬段扩链剂中引入不饱和双键，有机过氧化物用于引发2个聚氨酯硬段扩链剂的双键聚合，使聚氨酯硬段形成分子间交联的互穿网络结构，增强其刚性，促使软硬段相分离更加完全，提高共聚物的抗拉伸性能和耐水性。
[0005]本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0006]一种透气式塑胶跑道用的水性聚氨酯胶黏剂，包括以下重量份组分：多异氰酸酯12-18份、异氰酸酯15-25份、聚醚多元醇42-48份、亲水扩链剂2-5份、低分子量非亲水醇类扩链剂1～3份、交联剂0.5-1份、辅交联剂0.05-0.1份、中和剂1-2份、催化剂0.1-0.2份、紫外光吸收剂0.12-0.25份、去离子水30-40份；
[0007]其中，所述低分子量非亲水醇类扩链剂为1,4-丁烯二醇，所述辅交联剂为有机过
氧化物。
[0008]采用上述的技术方案：首先多异氰酸酯、异氰酸酯和聚醚多元醇反应制得预聚体，预聚体通过末端活性基团-NCO与扩链剂反应，使反应物分子相互连接，生成具有取代脲链节或者氨基甲酸酯链节的高聚物-扩链聚合物；扩链聚合物和-NCO端基的预聚体与三官能度的交联剂，在加热条件下进行交联，生成交联结构的聚氨酯共聚物。共聚物分子中，氨基甲酸酯或取代脲链节的极性很大，基团内聚
能很强，形成刚性链段(聚氨酯硬段异氰酸酯结构和聚氨酯硬段扩链剂结构)，而聚醚多元醇组成的软段可移动，呈卷曲状，构成了共聚物大分子链中的软链段(聚氨酯软段多元醇结构)。因为硬段是通过共价键和软段相连的，阻止了共聚物分子链的流动，形成了弹性回弹。当发生机械变形时，一部分的软段被弯曲力拉伸，硬段就沿拉伸方向排列。这种硬段的重定向及因此而产生的氢键能形成了很高的抗拉伸强度、延伸率和抗撕裂性。本发明采用特定的低分子量非亲水醇类扩链剂1,4-丁烯二醇，其为含有丁烯基的单体，形成聚氨酯硬段扩链剂结构时会在该部位引入不饱和的双键，而后通过辅交联剂有机过氧化物，有机过氧化物在加热至60～65℃时失去氧氢原子，成为带自由电荷的碳原子，进而引发2个聚氨酯的聚氨酯硬段扩链剂之间的丁烯基的自由基聚合，使聚氨酯硬段扩链剂结构形成分子间交联的互穿网络结构，增强聚氨酯硬段的刚性，促使软硬段相分离更加完全，提高共聚物的物理机械性能。
[0009]进一步的，包括以下重量份组分：多异氰酸酯15份、异氰酸酯20份、聚醚多元醇45份、亲水扩链剂3份、低分子量非亲水醇类扩链剂2份、交联剂0.7份、辅交联剂0.08份、中和剂1.5份、催化剂0.15份、紫外光吸收剂0.2份、去离子水35份。通过调节交联剂、辅交联剂和低分子量非亲水醇类扩链剂的量，来调节共聚物之间的交联度，使得共聚物的抗拉伸强度、延伸率和抗撕裂性维持在较高水平。
[0010]进一步的，所述有机过氧化物为二叔丁基过氧化物、过氧化新癸酸四甲基丁酯、过氧化苯甲酰
和过氧化二苯甲酰中的一种或多种。本发明选用的有机过氧化物不含有亲水基团的接枝单体，可避免传统交联剂溶胀导致吸水率增加的问题，提高其耐水性能。[0011]进一步的，所述多异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯。异佛尔酮二异氰酸酯中带有脂环结构的二异氰酸酯在一定程度上可以降低共聚物树脂的弹性，进一步增加共聚物的硬度和耐性。
[0012]进一步的，所述亲水扩链剂为羧基二元醇、含磺酸盐二元胺和含聚氧化乙烯二醇中的一种或多种。
[0013]进一步的，所述交联剂为二羟甲基丙酸、三羟甲基丙烷、二乙烯三胺中的一种或多种。
[0014]进一步的，所述中和剂为三乙胺。
[0015]进一步的，所述催化剂为二月硅酸二丁基锡、辛酸亚锡和三乙烯二胺中的一种或多种。
[0016]进一步的，所述紫外光吸收剂为炭黑。
[0017]上述透气式塑胶跑道用的水性聚氨酯胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：[0018]S1、向多异氰酸酯、异氰酸酯和聚醚多元醇的混合液中加入催化剂，在70～80℃条件下反应2～3h，得到聚氨酯预聚体；
[0019]S2、向聚氨酯预聚体中加入中和剂进行中和反应20～30min，之后加入去离子水，
在700～900rpm条件下剪切分散，而后加入亲水扩链剂、低分子量非亲水醇类扩链剂和交联剂，在N2保护、60～65℃条件下扩链反应50～70min，得到水性聚氨酯分散体；
[0020]S3、在N2保护条件下，向水性聚氨酯分散体中加入辅交联剂，60～65℃条件下搅拌20～30min，得到辅交联剂改性的水性聚氨酯分散体；
[0021]S4、将辅交联剂改性的水性聚氨酯分散体中加入在真空条件下分散0.5-1h，得到水性聚氨酯胶黏剂。
[0022]本发明与现有技术相比具有以下优点：
[0023]1、本发明采用特定的低分子量非亲水醇类扩链剂1,4-丁烯二醇和辅交联剂有机过氧化物配合，1,4-丁烯二醇用于在聚氨酯硬段扩链剂中引入不饱和双键，有机过氧化物用于引发2个聚氨酯硬段扩链剂的双键聚合，使聚氨酯硬段扩链剂结构形成分子间交联的互穿网络结构，增强聚氨酯硬段的刚性，促使软硬段相分离更加完全，提高共聚物的抗拉伸性能和耐水性。
[0024]2、通过调节辅交联剂和低分子量非亲水醇类扩链剂的量，来调节共聚物之间的交联度，使共聚物中聚氨酯硬段和聚氨酯软段的性能平衡，保持共聚物的抗拉伸强度、断裂伸长率和耐水性能维持在较高水平。
具体实施方式
[0025]下面将结合具体实施例对本发明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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0026]本发明的透气式塑胶跑道用的水性聚氨酯胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：[0027]S1、向多异氰酸酯、异氰酸酯和聚醚多元醇的混合液中加入催化剂，在70～80℃条件下反应2～3h，得到聚氨酯预聚体；
[0028]S2、向聚氨酯预聚体中加入中和剂进行中和反应20～30min，之后加入去离子水，在700～900rpm条件下剪切分散，而后加入亲水扩链剂、低分子量非亲水醇类扩链剂和交联剂，在N2保护、60～65℃条件下扩链反应50～70min，得到水性聚氨酯分散体；
[0029]S3、在N2保护条件下，向水性聚氨酯分散体中加入辅交联剂，60～65℃条件下搅拌20～30min，得到辅交联剂改性的水性聚氨酯分散体；
[0030]S4、将辅交联剂改性的水性聚氨酯分散体中加入在真空条件下分散0.5-1h，得到水性聚氨酯胶黏剂。
[0031]经前期实验发现，步骤S1～S4中的反应温度、反应时间和剪切转速等在本发明的保护范围内选择时，对产品性能影响不大。但当反应温度过高或过低时，由于温度升高，异氰酸酯与各类活泼性氢化合物的反应速度加快，升温除了可以加速异氰酸酯和聚醚多元醇的反应，也加速了异氰酸酯与其它含活泼氢化合物如氨基甲酸酯、脲的反应，导致副反应增加；因此，并不是反应温度越高越好；本发明优选：步骤S1、在75℃条件下反应2.5h；步骤S2中和反应20min，62℃条件下扩链反应60min；步骤S3、62℃条件下搅拌20min。以下实施例和对比例的透气式塑胶跑道用的水性聚氨酯胶黏剂的制备方法除非特备说明，皆采用上述优选方法。
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