摘要: 研究了塑膠跑道用單組分聚氨酯膠粘劑各個組分對其性能影響。綜合分析表明，當(dāng)聚醚多元醇N-340G 的相對分子質(zhì)量在4000 ～ 5000、特種助劑E 的使用量在10%左右時，合成的膠粘劑機(jī)械性能和性價比最值; 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)，首先在國外開發(fā)及應(yīng)用，我國1972 年開始研制運(yùn)動場地用PU 材料，經(jīng)過多年的發(fā)展，目前已擁有混合型塑膠跑道、全PU 球場專用地板料( 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)到滿足市場的需求。未來塑膠跑道的鋪裝材料的發(fā)展趨勢將體現(xiàn)在以下幾個方面: ( 1) 新產(chǎn)品的開發(fā)，如表面壓花預(yù)成型無顆粒塑膠跑道和現(xiàn)場澆注壓花型無顆粒塑膠跑道。( 2) 產(chǎn)品性價比的競爭，如低成本的透氣型跑道和高性價比的混合型塑膠跑道、全PU 球場地板料。透氣型跑道產(chǎn)品主要體現(xiàn)在跑道用膠粘劑產(chǎn)品的競爭。( 3) 環(huán)境友好型鋪裝材料的開發(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。但國內(nèi)對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)報道卻較少，因此本工作針對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。探討了各個組分對其使用性能的影響，為該用途膠粘劑的開發(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，江蘇鐘山化工有限公司;異氰酸酯( MI-50、TDI)，工業(yè)級，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，溫州大成化工有限公司;氯化石蠟，工業(yè)級，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

　　萬能拉力機(jī)，型號XD-121，上海信任達(dá)儀器有限公司; 旋轉(zhuǎn)式粘度計，型號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 橡膠顆粒混合攪拌均勻，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，制成測試樣品，按照國標(biāo)GB /T14833—2011 測試機(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%，另選山東市場熱銷的單組分膠作膠粘劑3 作為參照。力學(xué)性能測試結(jié)果見表1。

表1 聚醚多元醇對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率高出2 倍多，拉伸強(qiáng)度高出50%。同時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，其相對分子質(zhì)量為4000 ～ 5000，相差1000 ～ 2000。說明聚醚的相對分子質(zhì)量越大，膠粘劑的伸長率性能越好，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，測試性能見表2。

表2 膠粘劑與PU 橡膠顆粒比例對塑膠樣品機(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，仍能夠滿足檢測標(biāo)準(zhǔn)要求。膠粘劑1 在混合比例擴(kuò)大為1 ∶ 8 時已經(jīng)不能滿足檢測標(biāo)準(zhǔn)要求。由此可見，聚醚相對分子質(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，測試其機(jī)械性能及固化成型穩(wěn)定時間，比較結(jié)果見表3 和表4。

表3 助劑對膠粘劑性能的影響

　　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，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，說明增塑劑不能使用過高。增塑劑合理搭配，能夠提高膠粘劑性能，過高的增塑劑則降低了膠粘劑性能。

表4 助劑使用量對樣品固化成型穩(wěn)定時間的影響

　　從表4 可以看出，氯化石蠟和特種助劑E 對膠粘劑的固化成型穩(wěn)定有延緩作用。在不加助劑時，如膠粘劑9，其固化成型穩(wěn)定1 周與2 周所測性能一致，說明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，否則會影響膠粘劑耐老化性能。

　　綜合考慮，膠粘劑6 固化時間和機(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。性能比較見表5。

表5 異氰酸酯對膠粘劑性能的影響

　　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)，老化時間168 h。老化前后機(jī)械性能數(shù)據(jù)比較見表6。

表6 膠粘劑對塑膠跑道樣品耐老化性能的影響

　　從表6 可以看出，經(jīng)過老化后的膠粘劑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，老化前后扯斷伸長率和拉伸強(qiáng)度分別下降8%和11%。

　　3 結(jié)論

　　聚醚相對分子質(zhì)量及助劑對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，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ZL200910263253. 7) ，并且已經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)和使用，用戶反映良好。