摘要: 研究了塑膠跑道用單組分聚氨酯膠粘劑各個(gè)組分對(duì)其性能影響。綜合分析表明，當(dāng)聚醚多元醇N-340G 的相對(duì)分子質(zhì)量在4000 ～ 5000、特種助劑E 的使用量在10%左右時(shí)，合成的膠粘劑機(jī)械性能和性價(jià)比最值; 老化實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，同等條件下，用膠粘劑6 制得的樣品老化后仍比其它品種膠粘劑的機(jī)械性能高。

　　聚氨酯( PU) 塑膠跑道材料具有優(yōu)良的防滑、阻燃、吸震性能，且具有抗靜電、色彩美觀等特點(diǎn)，首先在國(guó)外開(kāi)發(fā)及應(yīng)用，我國(guó)1972 年開(kāi)始研制運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地用PU 材料，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，目前已擁有混合型塑膠跑道、全PU 球場(chǎng)專用地板料( 包含硅PU 等) 和室內(nèi)塑膠地板料等PU 塑膠跑道材料產(chǎn)品[2]，但這些品種還遠(yuǎn)不能達(dá)到滿足市場(chǎng)的需求。未來(lái)塑膠跑道的鋪裝材料的發(fā)展趨勢(shì)將體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面: ( 1) 新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，如表面壓花預(yù)成型無(wú)顆粒塑膠跑道和現(xiàn)場(chǎng)澆注壓花型無(wú)顆粒塑膠跑道。( 2) 產(chǎn)品性價(jià)比的競(jìng)爭(zhēng)，如低成本的透氣型跑道和高性價(jià)比的混合型塑膠跑道、全PU 球場(chǎng)地板料。透氣型跑道產(chǎn)品主要體現(xiàn)在跑道用膠粘劑產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)。( 3) 環(huán)境友好型鋪裝材料的開(kāi)發(fā)。

　　透氣型塑膠跑道主要由底層面膠、中間層9 mm黑顆粒層、面層噴涂3 mm 防滑層所組成，它具有透氣、透水、高彈性，且成本低、外觀可以各種色彩噴涂等特點(diǎn)廣為用戶所喜愛(ài)。但國(guó)內(nèi)對(duì)中間層黑顆粒層粘接的單組分聚氨酯膠粘劑的研究文獻(xiàn)報(bào)道卻較少，因此本工作針對(duì)用于低成本的透氣型塑膠跑道中間層單組分聚氨酯膠粘劑進(jìn)行研究。探討了各個(gè)組分對(duì)其使用性能的影響，為該用途膠粘劑的開(kāi)發(fā)提供參考。

　　1 實(shí)驗(yàn)部分

　　1. 1 主要原料

　　聚醚多元醇: N-220( 羥值54.5～57.5 mgKOH/g，Mn=2000)、N-330(羥值54.5～57.5mgKOH/g，Mn=3000)、N-340G(羥值31～35mgKOH/g，Mn=4000～5000)，工業(yè)級(jí)，江蘇鐘山化工有限公司;異氰酸酯( MI-50、TDI)，工業(yè)級(jí)，上海巴斯夫聚氨酯有限公司;特種助劑E( 酯類增塑劑)，工業(yè)級(jí)，溫州大成化工有限公司;氯化石蠟，工業(yè)級(jí)，安徽星鑫化工科技有限公司;單組分聚氨酯膠粘劑(MDI型)，山東市場(chǎng)熱銷產(chǎn)品;PU 橡膠顆粒(粒徑3～4mm)，自制。

　　1. 2 主要設(shè)備與儀器

　　萬(wàn)能拉力機(jī)，型號(hào)XD-121，上海信任達(dá)儀器有限公司; 旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì)，型號(hào)NDJ-1，上海賽德利思精密儀器儀表有限公司。

　　1. 3 跑道樣品制備及工藝

　　按配方稱取一定量的聚醚，加入三口燒瓶，然后再按理論計(jì)算值稱取一定的異氰酸酯，加入其中燒瓶，加熱至80 ～ 90 ℃恒溫反應(yīng)2 h，冷卻至50 ℃，加入一定量的氯化石蠟和特種助劑E，出料，得單組分聚氨酯膠粘劑( NCO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)6% ～ 7%) 。

　　按照質(zhì)量比1 ∶ 7 稱取250 g 自制的膠粘劑和1750 g PU 橡膠顆�；旌蠑嚢杈鶆�，攤鋪在30 cm ×50 cm 鋼模具上，壓實(shí)，制備成30 cm × 50 cm ×0. 9 cm 的透氣型跑道樣塊，放置1 ～ 2 周，制成測(cè)試樣品，按照國(guó)標(biāo)GB /T14833—2011 測(cè)試機(jī)械性能和耐老化性能。

　　2 結(jié)果與討論

　　2. 1 聚醚多元醇對(duì)膠粘劑性能的影響

　　按照上述1. 3 節(jié)工藝，分別以N-330 或N-340G與N-220( 質(zhì)量比2 ∶ 1) 制備膠粘劑1 和膠粘劑2，膠粘劑2 中氯化石蠟和特種助劑E 用量均為10%，另選山東市場(chǎng)熱銷的單組分膠作膠粘劑3 作為參照。力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 聚醚多元醇對(duì)膠粘劑制跑道樣品性能的影響

　　由表1 可以看出，膠粘劑2 制得的跑道樣品比膠粘劑1 制得的跑道樣品扯斷伸長(zhǎng)率高出2 倍多，拉伸強(qiáng)度高出50%。同時(shí)也均高于單組分膠粘劑3樣品; 因膠粘劑1 原料聚醚多元醇用的是N-330，其相對(duì)分子質(zhì)量為3000，而膠粘劑2 原料聚醚多元醇用的是N-340G，其相對(duì)分子質(zhì)量為4000 ～ 5000，相差1000 ～ 2000。說(shuō)明聚醚的相對(duì)分子質(zhì)量越大，膠粘劑的伸長(zhǎng)率性能越好，拉伸強(qiáng)度越高。

　　在同等條件下，膠粘劑1、膠粘劑2 與PU 橡膠顆粒按照1 ∶ 7、1 ∶ 8、1 ∶ 10、1 ∶ 12 制作樣片，測(cè)試性能見(jiàn)表2。

表2 膠粘劑與PU 橡膠顆粒比例對(duì)塑膠樣品機(jī)械性能的影響

　　從表2 可以看出，由于膠粘劑2 聚醚組分相對(duì)分子質(zhì)量較大，在提高膠粘劑與橡膠顆粒的混合比例的同等條件下，其機(jī)械性能下降幅度比膠粘劑1 小，且混合比例擴(kuò)大為1 ∶ 12 時(shí)，仍能夠滿足檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求。膠粘劑1 在混合比例擴(kuò)大為1 ∶ 8 時(shí)已經(jīng)不能滿足檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求。由此可見(jiàn)，聚醚相對(duì)分子質(zhì)量的提高可以擴(kuò)大跑道顆粒與膠粘劑的混合比例，節(jié)約施工膠粘劑的使用量，降低原料成本。

　　2. 2 助劑對(duì)膠粘劑性能的影響

　　固定聚醚N-340G 和N-220 質(zhì)量比2 ∶ 1，在聚合好的膠粘劑內(nèi)加入用量為10% 的氯化石蠟以及分別加入用量為0%、5%、10%、15%、20% 的特種助劑E，制備的膠粘劑編號(hào)為4、5、6、7、8，與不加氯化石蠟和特種助劑E 制備的膠粘劑9，再制作跑道樣品，測(cè)試其機(jī)械性能及固化成型穩(wěn)定時(shí)間，比較結(jié)果見(jiàn)表3 和表4。

表3 助劑對(duì)膠粘劑性能的影響

　　從表3 可以看出，膠粘劑6 中氯化石蠟和特種助劑E 的用量均為10% 時(shí)，樣品的機(jī)械性能為最佳。膠粘劑4、5、6、7，助劑總用量≤25%，機(jī)械性能均高于不加助劑的膠粘劑9; 但膠粘劑7 機(jī)械性能已明顯下降，膠粘劑8 性能下降后低于不加助劑膠粘劑9 性能，說(shuō)明增塑劑不能使用過(guò)高。增塑劑合理搭配，能夠提高膠粘劑性能，過(guò)高的增塑劑則降低了膠粘劑性能。

表4 助劑使用量對(duì)樣品固化成型穩(wěn)定時(shí)間的影響

　　從表4 可以看出，氯化石蠟和特種助劑E 對(duì)膠粘劑的固化成型穩(wěn)定有延緩作用。在不加助劑時(shí)，如膠粘劑9，其固化成型穩(wěn)定1 周與2 周所測(cè)性能一致，說(shuō)明1 周就可以達(dá)到應(yīng)有的機(jī)械強(qiáng)度; 而膠粘劑4、6、8分別在2 周、2 周、3 周才達(dá)到應(yīng)有的機(jī)械強(qiáng)度。這可能是由于氯化石蠟是增塑劑，塑化能力強(qiáng)，導(dǎo)致聚氨酯分子鏈相分離速度放慢，機(jī)械性能遲滯。特種助劑E 的用量增加，其和氯化石蠟相互配合，這種現(xiàn)象更加明顯，膠粘劑8 需3 周后才達(dá)到應(yīng)有的機(jī)械強(qiáng)度。助劑雖然可以降低成本，但從固化成型穩(wěn)定及耐老化角度考慮，氯化石蠟和特種助劑E 的用量不宜用多，否則會(huì)影響膠粘劑耐老化性能。

　　綜合考慮，膠粘劑6 固化時(shí)間和機(jī)械性能都達(dá)到了最佳值，且成本也較低。

　　2. 3 異氰酸酯對(duì)膠粘劑性能的影響

　　選擇TDI 和MI-50( MDI) 分別與聚醚N-340G、N-220( N-340G 與N-220 質(zhì)量比2 ∶ 1) 制作膠粘劑，助劑選擇10% 的氯化石蠟和10% 的特種助劑E。性能比較見(jiàn)表5。

表5 異氰酸酯對(duì)膠粘劑性能的影響

　　由表5 可以看出，TDI 型膠粘劑其粘度比較小，在施工時(shí)比較方便，但其有刺激毒性，需要戴防毒面具操作; 機(jī)械性能方面，伸長(zhǎng)率和拉伸強(qiáng)度低于用MDI 型做的膠粘劑，這是由于MDI 結(jié)構(gòu)比TDI 規(guī)整，更有利于膠粘劑成型固化后的相分離。綜合比較，使用MDI( MI-50) 比較適宜。

　　2. 4 樣品耐老化性能比較

　　用膠粘劑3、6、9 制備塑膠樣品，按照GB/T14833—2011 做老化試驗(yàn)，老化時(shí)間168 h。老化前后機(jī)械性能數(shù)據(jù)比較見(jiàn)表6。

表6 膠粘劑對(duì)塑膠跑道樣品耐老化性能的影響

　　從表6 可以看出，經(jīng)過(guò)老化后的膠粘劑3 機(jī)械性能下降最大，拉伸強(qiáng)度甚至達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求; 而本實(shí)驗(yàn)確定的配方膠粘劑6 老化前和老化后扯斷伸長(zhǎng)率和拉伸強(qiáng)度分別下降10%和13%，并且仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出標(biāo)準(zhǔn)要求; 不加助劑的膠粘劑9，老化前后扯斷伸長(zhǎng)率和拉伸強(qiáng)度分別下降8%和11%。

　　3 結(jié)論

　　聚醚相對(duì)分子質(zhì)量及助劑對(duì)透氣型塑膠跑道用單組分聚氨酯酸膠粘劑性能有明顯影響，當(dāng)N-340G與N220 按質(zhì)量比2 ∶ 1混合，氯化石脂和特種助劑E用量均為10%時(shí)，制備的單組分膠粘劑用于塑膠跑道的樣品綜合性能最優(yōu)。該膠粘劑目前已獲專利授權(quán)( 專利號(hào)ZL200910263253. 7) ，并且已經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)和使用，用戶反映良好。