适用于塑胶跑道的新型水性胶粘剂制备及施工工艺研究

韦瑞凯 杨博

doi：10.3969/j.issn.1001-5922.2024.02.009

摘 要：为制备无毒无污染的环保型塑胶跑道水性胶粘剂，选择二苯基甲烷-4，4′-二异氰酸酯、聚醚二元醇和聚醚三元醇为原料，采用小分子聚醚多元醇为固化剂，制备聚氨酯胶粘剂应用于塑胶跑道，并讨论了不同聚醚多元醇质量比、—NCO质量浓度、催干剂等对制品性能影响。研究结果表明，当m（聚醚多元醇220）∶m（聚醚多元醇 303）为3∶2、固化剂按照n（聚醚多元醇 303）∶n（ TMP） 为2∶1、—NCO质量浓度为5%和催干剂用量为0.3%时，制备的聚氨酯塑胶制品力学性能优异，实用性强，固化时间适中，实现了无毒无味、环保健康的要求。制备的新型水性胶粘剂与不同粒径的MPV混合可铺设环保性塑胶跑道。

关键词：水性胶粘剂；塑胶跑道；聚醚多元醇

中图分类号：TQ433.⁴+32       文献标志码：A       文章编号：1001-5922（2024）02-0031-04

Research on the preparation and construction processing of new water-based adhesives suitable for plastic runways

WEI Ruikai1，YANG Bo2

（1.Shantou Preschool Education College in Guangdong，Shantou  515000，Guangdong China；

2.Zhaoqing University，Zhaoqing 526061，Guangdong China）

Abstract：In order to prepare a non-toxic and non-polluting environmentally friendly water-based adhesive for plastic runway，diphenylmethane-4，4-diisocyanate，polyether binary alcohol and polyether ternary alcohol were selected as raw material，and small molecule polyether polyol was used as curing agent to prepare polyurethane adhesive for plastic runway，and the effects of different polyether polyol mass ratios，—NCO mass concentration，and drier on the performance of the products were discussed.The results showed that when m（polyether polyol 220）∶m（polyether polyol 303） was 3∶2，curing agent according to n（polyether polyol 303）∶n（TMP） was 2∶1，—NCO concentration was 5%，drying agent was 0.3%，the prepared polyurethane plastic products had excellent mechanical properties，strong practicability，moderate curing time，and realized the non-toxic，no-smelly，environmental protection and health requirements.The new water-based adhesive prepared could be mixed with MPV of different particle size and used for laying environmental protection plastic runway.

Key words：water-based adhesive;plastic runway;polyether polyol

傳统塑胶跑道由聚氨酯胶粘剂与弹性颗粒组分组成，聚氨酯（PUR）材料是作为典型的合成树脂材料，以其成型方便、耐磨性好的优点被广泛应用于运动跑道的标准地面材料^[1-2]。但在实际使用过程中，由于聚氨酯胶粘剂在聚合反应中会生成对人体有害的TDI^[3]、MOCA有毒物质^[4]，因此，开发新型的环保塑胶跑道成为关注的热点^[5-8]。为限制塑胶跑道中有害物质，相关规范和标准对场地面层质量和物质限量进行了规定^[9-10]。为满足环保跑道要求，相关学者和企业开展了环保型塑胶跑道材质的研究工作。如基于无溶剂聚氨酯胶粘剂和环境友好型的水性丙烯酸塑胶跑道胶粘剂等^[11]，其中不含有TDI和MOCA等有害物质，同时铺设更环保、性价比更高^[12]；如采用水性丙烯酸技术铺设的环境友好型塑胶跑道，实现了胶粘剂技术的商业化产品^[13]。本文选择二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）作为预聚体原料制备聚氨酯胶粘剂，固化剂选用小分子聚醚多元醇，分析讨论了不同固化剂参数、异氰酸酯（—NCO）基团浓度和催干剂对聚氨酯胶粘剂的性能影响，从而得到满足环保要求的塑胶跑道胶粘剂产品。

1 试验材料与方法

1.1 原材料

主要实验材料：二苯基甲烷-4，4′-二异氰酸酯：MDI-50，分析纯，烟台万华聚氨酯股份有限公司；聚醚二元醇220 、聚醚三元醇 303：分析纯，山东艺龙有限公司；三羟甲基丙烷（TMP）、三乙醇胺：分析纯，山东微观有限公司；长链氯化石蜡（N52）：工业级，江苏德鲁特有限责任公司；碳酸二甲 ：工业级，山东维克多新有限责任公司；环保铋锌复合催干剂：CUCAT-V12，南京维塔利达橡塑有限公司。

1.2 仪器设备

LDS-500N 型拉力试验机，意大利菲方有限公司；JJ-1BA 型电动搅拌器，常州南方机电有限公司；DHG-9075AE鼓风干燥箱，重庆市科比拉特有限公司；MXY-A 型研磨机 ，天津市拉斯特罗有限公司；JE201 型电子天平，上海微电子仪器有限公司；RLX-A 型邵氏硬度计，上海微山立科有限公司；VDV-1型黏度计，上海康泰非有限公司；ADKS-4 型硫化机，安德鲁公司；PE 材质模具、不锈钢模具。

1.3 试验制备

1.3.1 聚氨酯胶粘剂制备

（1）预聚体组份制备：按照试验要求比例将聚醚二元醇和小分子聚醚三元醇加入 120 ℃烧瓶中真空脱水 2 h，自然冷却至室温，加入定量二苯基甲烷-4，4′-二异氰酸酯 MDI-50 ，置于80 ℃恒温水浴充分反应，测试—NCO含量，作为A组份。将固化剂、增塑剂、助剂、颜填料加入钢筒研磨均匀，置于 120 ℃水浴抽真空脱水 1 h，设为B组份。

（2）将试验A、B组按照质量比1∶3 混合，加入定量橡胶颗粒和环保催干剂，均匀搅拌后置于60 ℃不锈钢模具中，在12 MPa压力下硫化2 h，获得聚氨酯塑胶跑道制品。

1.3.2 测定表征

聚氨酯制品在室温下静止28 d后，按照GB 36248—2018进行拉伸强度、剪切强度、断裂伸长率等力学性能测试；采用数字黏度计在（25±1）℃进行制品黏度测试^[14]。

2 结果与讨论

2.1 聚醚多元醇的影响

选择不同质量比m（聚醚多元醇220）∶m（聚醚三元醇303）进行配比，固化剂按照摩尔比n（聚醚多元醇303）∶n（TMP）为2∶1进行配比，催干剂用量0.3%。分别比较了不同比例的聚醚二元醇和聚醚三元醇塑胶制品力学性能，结果如表1所示。

由表1可知，随着着聚醚多元醇比例的不断提升，拉伸强度、硬度和黏度均获得上升，断裂伸长率下降，当 m（220）∶m（303）=2∶3 时，试验组观察到明显的抱团凝胶现象。考虑实际施工可行性，按照质量比m（220）∶m（303）=3∶2 来作为基础预聚体原料聚醚组份。

2.2 预聚体—NCO质量浓度的影响

以m（220）∶m（303）=3∶2的预聚体聚醚组分为原料，固化剂采用摩尔比n（聚醚多元醇303）∶n（TMP）=2∶1，催干剂用量为0.3%，采用二正丁胺反滴定法测试不同—NCO质量浓度塑胶制品力学性能，结果如表2所示。

由表2可知，随着—NCO质量浓度的增大，预聚体的黏度、邵氏硬度、断裂伸长率均下降；拉伸强度提高。黏度较小的塑胶跑道物理性能优异，施工便捷，但成本较高，从经济实用性角度考虑，确定—NCO浓度在5%为宜。

2.3 固化剂的影响

固化剂与预聚体反应生成聚氨酯长链段，以m（220）∶m（303）=3∶2 的预聚体聚醚组分为原料，—NCO质量浓度为5%，催干剂用量为0.3%。采用环保型小分子聚醚多元醇、三乙醇胺及 TMP等为交联固化剂，获得固化剂种类下塑胶制品的力学性能，结果如表3所示。

由表3可知，以三乙醇胺和 TMP 为固化剂时，所获得的塑料制品在抗拉强度、断裂伸长率和邵氏硬度方面都表现出了较高的水平，然而在实际操作过程中，三乙醇胺具有叔胺催化活性，导致固化过程时间段，难以满足实际工程需求^[15]。聚醚多元醇获得的塑料制品综合力学性能较低，且施工可操作性较差^[16]。而采用聚醚多元醇和TMP復合配比下获得的塑料制品具有较高的拉伸强度和邵氏硬度，断裂伸长率也能满足实际工艺要求，且实际施工过程可操作性强。因此，选择n（聚醚多元醇303）∶n（TMP）=2∶1作为固化剂配比。

2.4 催干剂用量对胶粘剂固化时间的影响

塑胶跑道施工中绝大部分都是室外空旷场合，且施工周期相对较长，天气变化较大。由于户外温湿度的变化，容易引起塑胶跑道质量下降，因此为控制塑胶跑道施工中的固化时间，提升施工工序科学性，需要配合环保型催干剂来使用。试验确定增塑剂用量15%，分析铋锌复合催干剂用量下的固化时间、适用性参数，结果如表4所示。

由表4可知，随着铋锌复合催干剂的增加，固化时间和适用期缩短，缩短了施工周期，但铋锌复合催干剂价格昂贵，成本上升。因此，确定催干剂用量0.3%，也可根据不同地区的温度、湿度和气候条件，根据施工进度选择催化剂用量。

2.5 产品综合性能

通过单因素试验，以 m（聚醚二醇）∶m（聚醚三醇）=3∶2为预聚体原料聚醚组分，采用 n（聚醚多元醇）∶ n（TMP）=2∶1为固化剂组分，—NCO质量浓度为5%，催干剂用量为0.3%。将各单组分混合均匀，设定固化时间为16 h，适用期为60 min，根据GB 36246—2018测量制品的综合力学性能和总有机挥发物（TVOC），测试结果如表5所示。制品的各项力学性能都满足标准要求，且总有机挥发物含量为21 g/L，远远低于标准值，具备了较好的环保性能。

3 水性胶粘剂塑胶跑道的施工工艺

水性胶粘剂塑胶跑道铺设的工艺流程：基础处理→涂抹底漆→摊铺弹性底层→刮涂封闭加强层→喷涂防滑面层→划线^[17]。

3.1 基础处理

在施工前需检查沥青路面表面层有无脱壳或松动、坑洞污染，沥青表面用高压水枪加入洗涤剂进行冲洗，直到表面无返油现象。要求水泥混凝土基础表面无脱壳、起沙、开裂等问题。若存在问题，则用打磨机加特制钢丝打磨表面浮沙或起皮，或用盐水水容易清洗路面，待表面不在产生气泡后，用清水冲洗，露出表面毛细孔，提高附着表面机械咬合力，坑洞、破损采用聚合物沙浆修补。

3.2 底漆的施工

对于水性底漆，控制基层含水率常小于8%，对沥青混凝土路面，可采用原液兑清水将水性底层胶黏剂稀释后作为底膝使用，对于水泥混凝土基础，需采用高渗透性底膝。底膝涂抹可采用刷子或滚筒，通常重复涂抹2遍，确保基层全覆盖，待底漆完全干燥后再进入后续操作。

3.3 弹性底层的摊铺

按照质量比照1∶5～6比例将水性底层胶粘剂与粒径2～4 mm的MPV颗粒均匀混合，作为底层铺摊料。采用塑胶跑道摊铺机摊铺弹性底层，铺设过程中保证机器行走速度均匀、不断料，铺设底层厚度满足设计要求，铺设完成后，应保证底层颗粒无松动、脱落现象，无明显接缝，表面光滑。

3.4 封闭加强层的刮涂

按照质量比1∶0.65～0.70比例将水性底层胶粘剂与细度80目的MPV颗粒均匀混合作为批刮料。采用橡胶皮耙批刮对加强层进行封闭施工。批刮均匀，接边平滑，不漏底，接缝处沿缝隙左右延伸15 cm进行预批刮处理^[18]。批刮施工以2遍为宜；但干燥固化后进行场地试水试验，将低洼处批刮料补平，凸起处打磨平整。

3.5 防滑面层的喷涂和划线

按照质量比1∶1将水性底层胶粘剂与粒径0.5～2 mm的MPV均匀搅拌作为喷涂料。防滑面应相反方向喷涂2遍，在喷涂过程中，要求48 h内无雨，风力在5级以下。喷涂时严格控制喷料配合比，保持出料稠度，喷涂后的面层应均匀无堆积，表面胶粘剂均匀饱满，粘接牢固。待面层固化后，按照相关设计规范进行标志和标线。

4 结语

（1）采用m（聚醚多元醇220）∶m（聚醚多元醇303）为3∶2，固化剂按照n（聚醚多元醇303）：n（TMP）为2∶1，—NCO质量浓度为5%，催干剂用量为0.3%时，制备的聚氨酯塑胶制品力学性能优异，实用性强，固化时间适中，实现了无毒无味、环保健康的要求，且施工便捷，具有较高的市场使用价值;（2）制备的新型水性胶黏剂与不同粒径的MPV混合铺设环保性塑胶跑道，采用传统的施工工艺铺设施工。同时，需注意基础处理，按照一定配比涂抹底漆和摊铺弹性底层 、刮涂封闭加强层，满足塑胶报道环保性能和使用性能。

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收稿日期：2023-09-15；修回日期：2023-12-08

作者简介：韦瑞凯（1980-），男，副教授，主要从事体育教育研究;E-mail：weirk@gdstpec.edu.cn。

引文格式：韦瑞凯，杨 博.适用于塑胶跑道的新型水性胶粘剂制备及施工工艺研究[J].粘接，2024，51（2）：42-45.