废橡胶粉在聚氨酯弹性体中的应用研究

付攀 王志超 刘斌

摘  要：以废旧橡胶粉、TDI聚氨酯预聚物和聚醚多元醇等为原料制备一种无溶剂的环保型聚氨酯弹性体，可用于各种弹性要求的地坪。研究了废旧橡胶粉、扩链剂、纤维用量等对聚氨酯弹性体性能的影响。

关键词：废旧橡胶粉;聚氨酯;环保;弹性体

中图分类号：TQ323.8       文献标志码：A         文章编号：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

我国已成为世界上废橡胶资源产生量最大的国家，汽车轮胎是废旧橡胶的主要来源。目前国内对废旧橡胶的处理和利用主要是制造再生胶和制造胶粉，用于回填到轮胎生产、运动场的塑胶跑道、防水材料等领域中，其良好的降噪，缓冲，耐用等性能正被越来越多的人所接受，市政基础设施行业路用材料使用量大，可解决大量废旧轮胎橡胶，社会效益和经济效益显著。在韩国某城市有条海滨大道，全是以废胶粉制成的弹性路面，目前已成为该城市的著名景点。本文主要以废旧胶粉为原料，加入到聚氨酯树脂中，形成一种高强度的弹性体，可用于各种运动场、室内的弹性地坪。

1 实验部分

1.1 试验用原材料

聚醚多元醇：聚醚2000，M=2000，天津石化三厂;

聚醚多元醇：聚醚3000，M=3000，天津石化三厂;

甲苯二异氰酸酯（TDI-80）：工业品;

FR-707：液体阻燃剂，青岛联美化工有限公司;

扩链剂3，3'-=氯-4，4'-二氨基=苯基甲烷：MOCA，苏州前进化工厂生产。

橡胶粉：80目，废旧橡胶粉碎制成;

芳纶纤维：长度3～6mm，烟台氨纶有限公司生产。

1.2 试验配方

聚氨酯预聚物配方见表1。

色漆组份配方见表2。

1.3 色漆体系的制备工艺

按照配方，先将多元醇树脂、颜料和消泡剂、流平剂等混合，研磨到规定细度，加入MOCA和液体阻燃剂，高速搅拌半小时以上，使MOCA充分溶解。再加入其它物料，搅拌均匀后即可出料。

1.4 聚氨酯预聚物的合成

将聚醚多元醇加入反应釜中， 50℃左右加入计量好的TDI，保持温度在85±5℃4小时以上，等游离TDI反应基本完毕后，即可降温出料。

1.5 制成漆膜

将色漆组分与聚氨酯预聚物按规定比例混合，配比以NCO/OH=1.05左右最好，混合后的漆液适用期为2小时，施工厚度达0.5mm～5mm之间，固化时间为4小时，能自动流平，最好形成一种高强度的聚氨酯弹性体，放置7天后进行弹性体的性能测试。

1.6 性能测試

聚氨酯弹性体的机械性能（拉伸强度、断裂伸长率、定伸应力、弹性模量等）采用国家标准GB/T528-2009方法测试，样片成哑铃状，拉伸速度100mm/min，测试温度为20℃。邵氏硬度测试标准采用GB/T531-2008，橡塑邵氏A硬度计。

2 结果和讨论

橡胶粉是本试验配方中的重要填料，最重要的作用是废物利用、降低成本，改善弹性体的性质。多元醇和扩链剂是聚氨酯弹性体不可缺少的原料，本配方加入了芳纶短纤维，虽然加入量很小，但其对弹性体的拉伸强度却起着很大的作用。下面分析了废旧胶粉、扩链剂、芳纶纤维用量等对聚氨酯弹性体性能的影响。

2.1 胶粉用量对聚氨酯弹性体性能的影响

废橡胶粉的加入，极大降低了弹性体的成本，我们的目的是在保证弹性体综合性能的前提下，尽可能地加大橡胶粉的用量。表3列举了胶粉用量对聚氨酯弹性体性能的影响，在其它物料之间比例不变、仅逐渐加大胶粉的用量的情况下，制成了多个弹性体材料，并测试了相应指标。

从表3可以看出，随着胶粉用量的加大，拉伸强度和断裂伸长率随之增长，但高于一定的用量后，其数值降低。也就是说，橡胶粉的用量在一定范围内不会影响弹性体的性能，相反，还可改善弹性体的表面状态。在混合物料时有可能带入空气，造成弹性体中有气泡，也有可能聚氨酯反应时产生气体，如果没有橡胶粉的加入，这些气体会慢慢溢到弹性体的表面，造成弹性体的表面状态有些不平整。相反，如果加入了一定的橡胶粉，这些气体会吸附到橡胶粉中，对弹性体的性能和表面状态产生好的影响。所以胶粉的用量最好保持在30%左右。

2.2 扩链剂对弹性体性能的影响

扩链剂的加入增加了弹性体的交联密度，提高了弹性体的强度。本试验所用的扩链剂为MOCA，这是一种常用的聚氨酯扩链剂，它是直链型结构，所制备的弹性体强度比较高，弹性比较好。在其它物料不变的情况下，表4列举了扩链剂MOCA的用量对弹性体性能的影响。

从表4可以看出，MOCA用量对弹性体的性能影响较大，但是随着MOCA用量的加大，其固化时间缩短了很多，所以MOCA最适合的用量为9%～15%之间，最好为12%。

2.3 芳纶短纤维对聚氨酯弹性体性能的影响

芳纶短纤维作为聚氨酯弹性体的补强剂，它的加入可极大改善弹性体的撕裂强度，一般情况下，弹性体的撕裂强度比较差。本试验中加入了0.01%的芳纶短纤维，与不加相比，其拉伸强度增加了80%，而撕裂强度增加了120%，但断裂伸长率降低了30%。总体上来说，芳纶短纤维的加入增强了聚氨酯弹性体的综合性能。

2.4 预聚体的合成

为了使漆膜具有更柔软的分子结构，本文合成了一种含NCO的固化剂。这种固化剂是无溶剂型，生产过程中没有“三废”产生，所以属于环保型固化剂。市场上比较多的异氰酸酯固化剂是TDI-TMP加成物，这类加成物分子量太小，固化后的漆膜仍脆，本试验没有选择这些产品。本试验在固化剂合成过程中引进了聚醚多元醇，目的是增加分子的长度，使分子链具有更好的柔顺性和低粘度性，这样可提高固化剂的固体含量。这类加成物呈长链结构，有一定的支链，所以与羟基组固化后形成的弹性体强度高、弹性好。

2.5 加速老化试验

为了验证配方的合理性，对配方试样进行了加速光老化试验，采用的方法是GB/T14522-2008《机械工业产品用塑料、涂料、橡胶材料人工气候老化试验方法 荧光紫外灯》，试验条件是UVB-313灯，70℃环境下（8h干燥、4h冷凝）总计100天的长期老化试验，试验结果见表5。

由表5中可以看出，样品的拉伸强度、断裂伸长率、弹性模量和邵A硬度等技术指标没有大的变化，比较稳定，说明配方设计比较合理。

3 结束语

通过胶粉、扩链剂和芳纶短纤维的加入量对聚氨酯弹性体性能影响的試验分析，我们得出了一个结论。胶粉的用量一般在色漆组分占30%左右，扩链剂用量占12%左右，再加入微量的短纤维，制成的弹性体性能比较良好。适量（10%）加入液体阻燃剂，既可降低涂料的粘度，也可对漆膜产生增韧效果，更重要的是生成的弹性体具有良好的阻燃性，完全可满足某些船舶舱室内部地坪、室内运动场的地坪的涂装。

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