廢橡膠粉在聚氨酯彈性體中的應(yīng)用研究

付攀 王志超 劉斌

摘? 要：以廢舊橡膠粉、TDI聚氨酯預(yù)聚物和聚醚多元醇等為原料制備一種無(wú)溶劑的環(huán)保型聚氨酯彈性體，可用于各種彈性要求的地坪。研究了廢舊橡膠粉、擴(kuò)鏈劑、纖維用量等對(duì)聚氨酯彈性體性能的影響。

關(guān)鍵詞：廢舊橡膠粉;聚氨酯;環(huán)保;彈性體

中圖分類號(hào)：TQ323.8? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）32-0174-02

Abstract： A solvent-free environment-friendly polyurethane elastomer was prepared from waste rubber powder， TDI polyurethane prepolymer and polyether polyol， which can be used in various elastic requirements. The effects of waste rubber powder， chain extender and fiber dosage on the properties of polyurethane elastomer were studied.

Keywords： waste rubber powder; polyurethane; environmental protection; elastomer

前言

我國(guó)已成為世界上廢橡膠資源產(chǎn)生量最大的國(guó)家，汽車輪胎是廢舊橡膠的主要來(lái)源。目前國(guó)內(nèi)對(duì)廢舊橡膠的處理和利用主要是制造再生膠和制造膠粉，用于回填到輪胎生產(chǎn)、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)的塑膠跑道、防水材料等領(lǐng)域中，其良好的降噪，緩沖，耐用等性能正被越來(lái)越多的人所接受，市政基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)路用材料使用量大，可解決大量廢舊輪胎橡膠，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。在韓國(guó)某城市有條海濱大道，全是以廢膠粉制成的彈性路面，目前已成為該城市的著名景點(diǎn)。本文主要以廢舊膠粉為原料，加入到聚氨酯樹(shù)脂中，形成一種高強(qiáng)度的彈性體，可用于各種運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、室內(nèi)的彈性地坪。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)用原材料

聚醚多元醇：聚醚2000，M=2000，天津石化三廠;

聚醚多元醇：聚醚3000，M=3000，天津石化三廠;

甲苯二異氰酸酯（TDI-80）：工業(yè)品;

FR-707：液體阻燃劑，青島聯(lián)美化工有限公司;

擴(kuò)鏈劑3，3'-=氯-4，4'-二氨基=苯基甲烷：MOCA，蘇州前進(jìn)化工廠生產(chǎn)。

橡膠粉：80目，廢舊橡膠粉碎制成;

芳綸纖維：長(zhǎng)度3～6mm，煙臺(tái)氨綸有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)配方

聚氨酯預(yù)聚物配方見(jiàn)表1。

色漆組份配方見(jiàn)表2。

1.3 色漆體系的制備工藝

按照配方，先將多元醇樹(shù)脂、顏料和消泡劑、流平劑等混合，研磨到規(guī)定細(xì)度，加入MOCA和液體阻燃劑，高速攪拌半小時(shí)以上，使MOCA充分溶解。再加入其它物料，攪拌均勻后即可出料。

1.4 聚氨酯預(yù)聚物的合成

將聚醚多元醇加入反應(yīng)釜中， 50℃左右加入計(jì)量好的TDI，保持溫度在85±5℃4小時(shí)以上，等游離TDI反應(yīng)基本完畢后，即可降溫出料。

1.5 制成漆膜

將色漆組分與聚氨酯預(yù)聚物按規(guī)定比例混合，配比以NCO/OH=1.05左右最好，混合后的漆液適用期為2小時(shí)，施工厚度達(dá)0.5mm～5mm之間，固化時(shí)間為4小時(shí)，能自動(dòng)流平，最好形成一種高強(qiáng)度的聚氨酯彈性體，放置7天后進(jìn)行彈性體的性能測(cè)試。

1.6 性能測(cè)試

聚氨酯彈性體的機(jī)械性能（拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、定伸應(yīng)力、彈性模量等）采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T528-2009方法測(cè)試，樣片成啞鈴狀，拉伸速度100mm/min，測(cè)試溫度為20℃。邵氏硬度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)采用GB/T531-2008，橡塑邵氏A硬度計(jì)。

2 結(jié)果和討論

橡膠粉是本試驗(yàn)配方中的重要填料，最重要的作用是廢物利用、降低成本，改善彈性體的性質(zhì)。多元醇和擴(kuò)鏈劑是聚氨酯彈性體不可缺少的原料，本配方加入了芳綸短纖維，雖然加入量很小，但其對(duì)彈性體的拉伸強(qiáng)度卻起著很大的作用。下面分析了廢舊膠粉、擴(kuò)鏈劑、芳綸纖維用量等對(duì)聚氨酯彈性體性能的影響。

2.1 膠粉用量對(duì)聚氨酯彈性體性能的影響

廢橡膠粉的加入，極大降低了彈性體的成本，我們的目的是在保證彈性體綜合性能的前提下，盡可能地加大橡膠粉的用量。表3列舉了膠粉用量對(duì)聚氨酯彈性體性能的影響，在其它物料之間比例不變、僅逐漸加大膠粉的用量的情況下，制成了多個(gè)彈性體材料，并測(cè)試了相應(yīng)指標(biāo)。

從表3可以看出，隨著膠粉用量的加大，拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率隨之增長(zhǎng)，但高于一定的用量后，其數(shù)值降低。也就是說(shuō)，橡膠粉的用量在一定范圍內(nèi)不會(huì)影響彈性體的性能，相反，還可改善彈性體的表面狀態(tài)。在混合物料時(shí)有可能帶入空氣，造成彈性體中有氣泡，也有可能聚氨酯反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生氣體，如果沒(méi)有橡膠粉的加入，這些氣體會(huì)慢慢溢到彈性體的表面，造成彈性體的表面狀態(tài)有些不平整。相反，如果加入了一定的橡膠粉，這些氣體會(huì)吸附到橡膠粉中，對(duì)彈性體的性能和表面狀態(tài)產(chǎn)生好的影響。所以膠粉的用量最好保持在30%左右。

2.2 擴(kuò)鏈劑對(duì)彈性體性能的影響

擴(kuò)鏈劑的加入增加了彈性體的交聯(lián)密度，提高了彈性體的強(qiáng)度。本試驗(yàn)所用的擴(kuò)鏈劑為MOCA，這是一種常用的聚氨酯擴(kuò)鏈劑，它是直鏈型結(jié)構(gòu)，所制備的彈性體強(qiáng)度比較高，彈性比較好。在其它物料不變的情況下，表4列舉了擴(kuò)鏈劑MOCA的用量對(duì)彈性體性能的影響。

從表4可以看出，MOCA用量對(duì)彈性體的性能影響較大，但是隨著MOCA用量的加大，其固化時(shí)間縮短了很多，所以MOCA最適合的用量為9%～15%之間，最好為12%。

2.3 芳綸短纖維對(duì)聚氨酯彈性體性能的影響

芳綸短纖維作為聚氨酯彈性體的補(bǔ)強(qiáng)劑，它的加入可極大改善彈性體的撕裂強(qiáng)度，一般情況下，彈性體的撕裂強(qiáng)度比較差。本試驗(yàn)中加入了0.01%的芳綸短纖維，與不加相比，其拉伸強(qiáng)度增加了80%，而撕裂強(qiáng)度增加了120%，但斷裂伸長(zhǎng)率降低了30%。總體上來(lái)說(shuō)，芳綸短纖維的加入增強(qiáng)了聚氨酯彈性體的綜合性能。

2.4 預(yù)聚體的合成

為了使漆膜具有更柔軟的分子結(jié)構(gòu)，本文合成了一種含NCO的固化劑。這種固化劑是無(wú)溶劑型，生產(chǎn)過(guò)程中沒(méi)有“三廢”產(chǎn)生，所以屬于環(huán)保型固化劑。市場(chǎng)上比較多的異氰酸酯固化劑是TDI-TMP加成物，這類加成物分子量太小，固化后的漆膜仍脆，本試驗(yàn)沒(méi)有選擇這些產(chǎn)品。本試驗(yàn)在固化劑合成過(guò)程中引進(jìn)了聚醚多元醇，目的是增加分子的長(zhǎng)度，使分子鏈具有更好的柔順性和低粘度性，這樣可提高固化劑的固體含量。這類加成物呈長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)，有一定的支鏈，所以與羥基組固化后形成的彈性體強(qiáng)度高、彈性好。

2.5 加速老化試驗(yàn)

為了驗(yàn)證配方的合理性，對(duì)配方試樣進(jìn)行了加速光老化試驗(yàn)，采用的方法是GB/T14522-2008《機(jī)械工業(yè)產(chǎn)品用塑料、涂料、橡膠材料人工氣候老化試驗(yàn)方法 熒光紫外燈》，試驗(yàn)條件是UVB-313燈，70℃環(huán)境下（8h干燥、4h冷凝）總計(jì)100天的長(zhǎng)期老化試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

由表5中可以看出，樣品的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、彈性模量和邵A硬度等技術(shù)指標(biāo)沒(méi)有大的變化，比較穩(wěn)定，說(shuō)明配方設(shè)計(jì)比較合理。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)膠粉、擴(kuò)鏈劑和芳綸短纖維的加入量對(duì)聚氨酯彈性體性能影響的試驗(yàn)分析，我們得出了一個(gè)結(jié)論。膠粉的用量一般在色漆組分占30%左右，擴(kuò)鏈劑用量占12%左右，再加入微量的短纖維，制成的彈性體性能比較良好。適量（10%）加入液體阻燃劑，既可降低涂料的粘度，也可對(duì)漆膜產(chǎn)生增韌效果，更重要的是生成的彈性體具有良好的阻燃性，完全可滿足某些船舶艙室內(nèi)部地坪、室內(nèi)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)的地坪的涂裝。

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