本發(fā)明涉及運動場地，特別涉及一種熱塑性聚氨酯發(fā)泡體運動場地，屬于地坪技術(shù)領域。
背景技術(shù)：
塑膠跑道材料由聚氨酯預聚體、混合聚醚、廢輪胎橡膠或pu顆粒、顏料、助劑、填料組成底層，epdm橡膠粒作為面層。塑膠跑道具有平整度好、抗壓強度高、硬度彈性適當、物理性能穩(wěn)定的特性，有利于運動員速度和技術(shù)的發(fā)揮，有效地提高運動成績，降低摔傷率。塑膠跑道是由聚氨酯橡膠等材料組成的，具有一定的彈性和色彩，具有一定的抗紫外線能力和耐老化力是國際上公認的最佳全天候室外運動場地坪材料。
隨著經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，用塑膠改建體育運動場地面層日益普遍。許多城市將原來學校黃土裸露的運動場地用塑膠跑道覆蓋起來，一方面有助于揚塵整治，另外也可以改善運動條件。但是，進來有關(guān)體育場地是否應該鋪設塑膠跑道的爭論卻日益激烈。爭論的焦點是塑膠跑道是否安全、無害。塑膠跑道釋放的有毒有害物質(zhì)是否已達到影響人類健康的程度。事實是，到目前為止我國還沒有關(guān)于塑膠跑道釋放有毒有害物質(zhì)的限量標準及其毒性評價指標；在鋪設過程中，也沒有限制有毒有害物質(zhì)或潛在有毒有害物質(zhì)的使用要求。這就使得國內(nèi)塑膠跑道生產(chǎn)和使用在安全環(huán)保方面處于無標準可循的狀態(tài)。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對以上問題，本發(fā)明提供一種新型環(huán)保發(fā)泡材料etpu作為塑膠運動場地的底層，得到的運動場地不僅環(huán)保而且性能優(yōu)異。
為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種熱塑性聚氨酯發(fā)泡體運動場地，所述運動場地為雙層結(jié)構(gòu)：底層和面層；所述底層厚度為9-13mm，由熱塑性聚氨酯發(fā)泡顆粒和膠粘劑混合后鋪成，所述面層厚度為2.5-4mm，由透氣型漿料摻雜epdm顆粒噴涂而成。
在現(xiàn)有技術(shù)中，有將聚氨酯發(fā)泡材料作為運動場地底層的報道，但是制備的運動場地強度不夠，彈性下降很快，加上發(fā)泡均勻性有限，場地的軟硬性每個位置都不一樣，大大限制了聚氨酯發(fā)泡材料在運動場地的應用。而本發(fā)明的etpu泡孔均勻密度大，力學性能適宜，結(jié)合后續(xù)材料和步驟，制備的運動場地具有強度高、彈性好、耐磨損、硬度適宜、經(jīng)久耐用、優(yōu)良的回彈及壓縮復原性等特點。
作為優(yōu)選，所述膠粘劑和所述etpu按照1:(6-9)的質(zhì)量比混合。運動場地的性能受膠黏劑和顆粒的質(zhì)量比決定，如果膠黏劑所占比例不足，得到的場地容易出現(xiàn)斷裂、掉粒等現(xiàn)象，而膠黏劑配比太大，場地本身的力學性能會受到影響，表現(xiàn)為拉伸強度、斷裂伸長率、壓縮復原率等性能降低。
作為優(yōu)選，所述etpu由mdi型熱塑性聚氨酯通過超臨界二氧化碳發(fā)泡制得。雖然mdi本身具有一定的毒性，但在工廠加工過程中，有毒物質(zhì)被分解了，經(jīng)現(xiàn)場鋪設后，固化了的mdi基本沒有毒性，即使場地中含有少量的游離的mdi殘留，經(jīng)過一兩場雨水的沖刷后，殘留的有毒成分也會被分解。且mdi相對tdi而言，制成的彈性體物理性能更優(yōu)越。
作為優(yōu)選，所述mdi型熱塑性聚氨酯以2,4-mdi與4,4-mdi按照1：(1-1.5)質(zhì)量比形成的混合物為原料制備。若mdi型熱塑性聚氨酯完全由4,4-mdi制備，則由于4位異氰酸酯活性高，生成的熱塑性聚氨酯粘度大，流動性差。在4,4-mdi中添加適量的2,4-mdi，因2,4-mdi的加入產(chǎn)生的位阻效應降低了異氰酸酯活性，制備的熱塑性聚氨酯常溫下呈現(xiàn)液態(tài)，提供較好的流動性。且隨著2,4-mdi含量的增加，硬段間的氫鍵結(jié)合化程度降低，硬段趨向于均勻分散在連續(xù)相軟段區(qū)中，兩相相容性增加，熱塑性聚氨酯的柔韌性提高。
超臨界二氧化碳發(fā)泡過程包括：將熱塑性聚氨酯材料放入高壓釜中，通入co2，使高壓釜中壓力為10-40mpa，溫度為35-55℃，進行保壓滲透，泄壓后放入發(fā)泡設備，加熱發(fā)泡，制得發(fā)泡顆粒。
發(fā)泡過程中的保壓滲透時間為2-4h。超臨界co2滲透進入基體是一個緩慢的過程，保壓滲透時間太短，超臨界co2還沒有完全滲入彈性體；保壓滲透時間太長，發(fā)泡形成的泡孔過大。
加熱發(fā)泡溫度為100-150℃，時間為1-10min。若發(fā)泡處理的溫度過高或者時間太長，則會導致材料泡孔過大而爆裂，溫度過低或者時間不夠則發(fā)泡的倍率小。
由上述方法制備的發(fā)泡顆粒，其泡孔均勻、泡孔密度大，所呈現(xiàn)的力學性能遠遠優(yōu)于普通發(fā)泡方法制備的聚氨酯發(fā)泡顆粒。
作為優(yōu)選，從超臨界二氧化碳制備過程的發(fā)泡顆粒中選擇密度為0.15-0.30g/cm3，回彈率為20-60％，50度壓縮永久變形小于30％的etpu。etpu的性能決定著場地的整體力學性能，實驗表明，本發(fā)明選擇的etpu制備的場地回彈性和壓縮復原率等性能優(yōu)異。
作為優(yōu)選，所述膠黏劑為聚氨酯膠粘劑。進一步優(yōu)選，所述聚氨酯膠黏劑中聚氨酯原料與etpu的聚氨酯原料相同，表現(xiàn)為發(fā)泡顆粒與膠黏劑具有更強的粘合性。如etpu的聚氨酯由mdi和聚醚型二醇組成，則聚氨酯膠黏劑的聚氨酯也由mdi和聚醚型二醇組成。
作為優(yōu)選，所述透氣型漿料和epdm顆粒質(zhì)量比為1：(0.9-1.2)。epdm顆粒的主要性能是具有一定的彈性作用和防滑性能，如果epdm所占比例太小，就會堵塞塑膠場地的氣孔，失去場地的透氣的性能和價值；而epdm比例太多，就會出現(xiàn)面層掉粒的現(xiàn)象。
作為優(yōu)選，所述透氣型漿料為mdi型聚氨酯漿料。
作為優(yōu)選，所述epdm顆粒尺寸為1-3mm。epdm顆粒大小要盡量均勻，使得面層平整，承力點所受的壓力均勻。epdm顆粒也可以有色epdm顆粒，賦予運動場地鮮艷的顏色，滿足不用用戶的需求。
作為優(yōu)選，所述噴涂過程為：使用噴涂機，噴槍傾斜至60度進行同向噴涂，待噴涂完畢保養(yǎng)12-24小時，相反方向再進行一次噴涂。
本發(fā)明對于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點為：
(1)材料到運動場地的整個制備方法簡單，生產(chǎn)過程環(huán)保無危害。
(2)運動場地彈性好，吸收沖擊力，具有適度的彈性及反彈力，可減少體力消耗，并適度吸收腳部沖擊力，減少運動傷害，且運動場地永久變形性能好，長期使用不會變形，不會因為田徑器材的重壓而無法恢復彈性。
附圖說明
圖1為實施例2制備的運動場地地坪剖視簡圖。
其中，1為etpu，2為聚氨酯膠水，3為epdm。
具體實施方式
下面通過具體實施例以及附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步描述說明，但本發(fā)明并不限于這些實施例。
圖1中，1和2形成運動場地的底層，3與透氣型漿料形成運動場地的面層。
實施例1
將4,4-mdi制備的mdi型熱塑性聚氨酯放入高壓反應釜中，通入二氧化碳并加壓，使壓強達到13mpa，溫度40℃，此時二氧化碳處于超臨界狀態(tài)，在此狀態(tài)下保壓滲透3h，快速泄壓后迅速放入加熱到100℃的發(fā)泡設備中，發(fā)泡5min，得etpu。此時的etpu密度為0.18g/cm3，回彈率為30％，50度壓縮永久變形為20％。將etpu和mdi型聚氨酯膠黏劑以6:1質(zhì)量比混合，攪拌均勻后倒入攤鋪機，鋪設厚度為10mm，固化保養(yǎng)24小時。用mdi型聚氨酯漿料與等量粒徑為1-3mm的epdm顆粒攪拌均勻，倒入噴涂機，噴槍傾斜至60度進行同向噴涂，待噴涂完畢保養(yǎng)24小時，相反方向再進行一次噴涂，噴涂成所述2.5mm厚度的面層，保養(yǎng)48小時使用。
經(jīng)檢測，本實施例的運動場地中汞、鎘、游離tdi未檢出，鉛含量為17ppm、六價鉻含量為8ppm。
實施例2
將2,4-mdi與4,4-mdi按照1：1質(zhì)量比形成的混合物為原料制備的mdi型熱塑性聚氨酯放入高壓反應釜中，通入二氧化碳并加壓，使壓強達到13mpa，溫度40℃，此時二氧化碳處于超臨界狀態(tài)，在此狀態(tài)下保壓滲透3h，快速泄壓后迅速放入加熱到100℃的發(fā)泡設備中，發(fā)泡5min，得etpu。此時的etpu密度為0.18g/cm3，回彈率為30％，50度壓縮永久變形為20％。將etpu和mdi型聚氨酯膠黏劑以6:1質(zhì)量比混合，攪拌均勻后倒入攤鋪機，鋪設厚度為10mm，固化保養(yǎng)24小時。用mdi型聚氨酯漿料與等量粒徑為1-3mm的epdm顆粒攪拌均勻，倒入噴涂機，噴槍傾斜至60度進行同向噴涂，待噴涂完畢保養(yǎng)24小時，相反方向再進行一次噴涂，噴涂成所述2.5mm厚度的面層，保養(yǎng)48小時使用。
經(jīng)檢測，本實施例的運動場地中汞、鎘、游離tdi未檢出，鉛含量為12ppm、六價鉻含量為6ppm。
實施例3
將2,4-mdi與4,4-mdi按照1：1.5質(zhì)量比形成的混合物為原料制備的mdi型熱塑性聚氨酯放入高壓反應釜中，通入二氧化碳并加壓，使壓強達到13mpa，溫度40℃，此時二氧化碳處于超臨界狀態(tài)，在此狀態(tài)下保壓滲透3h，快速泄壓后迅速放入加熱到100℃的發(fā)泡設備中，發(fā)泡5min，得etpu。此時的etpu密度為0.18g/cm3，回彈率為30％，50度壓縮永久變形為20％。將etpu和mdi型聚氨酯膠黏劑以6:1質(zhì)量比混合，攪拌均勻后倒入攤鋪機，鋪設厚度為10mm，固化保養(yǎng)24小時。用mdi型聚氨酯漿料與等量粒徑為1-3mm的epdm顆粒攪拌均勻，倒入噴涂機，噴槍傾斜至60度進行同向噴涂，待噴涂完畢保養(yǎng)24小時，相反方向再進行一次噴涂，噴涂成所述2.5mm厚度的面層，保養(yǎng)48小時使用。
經(jīng)檢測，本實施例的運動場地中汞、鎘、游離tdi未檢出，鉛含量為14ppm、六價鉻含量為4ppm。
實施例4
將2,4-mdi與4,4-mdi按照1：1.5質(zhì)量比形成的混合物為原料制備的mdi型熱塑性聚氨酯放入高壓反應釜中，通入二氧化碳并加壓，使壓強達到15mpa，溫度45℃，此時二氧化碳處于超臨界狀態(tài)，在此狀態(tài)下保壓滲透4h，快速泄壓后迅速放入加熱到120℃的發(fā)泡設備中，發(fā)泡3min，得etpu。此時的etpu密度為0.20g/cm3，回彈率為35％，50度壓縮永久變形為22％。將etpu和mdi型聚氨酯膠黏劑以7:1質(zhì)量比混合，攪拌均勻后倒入攤鋪機，鋪設厚度為12mm，固化保養(yǎng)24小時。用mdi型聚氨酯漿料和粒徑為1-3mm的epdm顆粒以質(zhì)量比1:0.9攪拌均勻，倒入噴涂機，噴槍傾斜至60度進行同向噴涂，待噴涂完畢保養(yǎng)24小時，相反方向再進行一次噴涂，噴涂成所述3mm厚度的面層，保養(yǎng)48小時使用。
經(jīng)檢測，本實施例的運動場地中汞、鎘、游離tdi未檢出，鉛含量為15ppm、六價鉻含量為5ppm。
實施例5
將2,4-mdi與4,4-mdi按照1：1.2質(zhì)量比形成的混合物為原料制備的mdi型熱塑性聚氨酯放入高壓反應釜中，通入二氧化碳并加壓，使壓強達到20mpa，溫度55℃，此時二氧化碳處于超臨界狀態(tài)，在此狀態(tài)下保壓滲透2.5h，快速泄壓后迅速放入加熱到110℃的發(fā)泡設備中，發(fā)泡5min，得etpu。此時的etpu密度為0.22g/cm3，回彈率為28％，50度壓縮永久變形為18％。將etpu和mdi型聚氨酯膠黏劑以9:1質(zhì)量比混合，攪拌均勻后倒入攤鋪機，鋪設厚度為11mm，固化保養(yǎng)24小時。用mdi型聚氨酯漿料和粒徑為1-3mm的epdm顆粒以質(zhì)量比1:1.1攪拌均勻，倒入噴涂機，噴槍傾斜至60度進行同向噴涂，待噴涂完畢保養(yǎng)24小時，相反方向再進行一次噴涂，噴涂成所述4mm厚度的面層，保養(yǎng)48小時使用。
經(jīng)檢測，本實施例的運動場地中汞、鎘、游離tdi未檢出，鉛含量為12ppm、六價鉻含量為6ppm。
對比例1
對比例1與實施例2的區(qū)別為tdi型熱塑性聚氨酯代替mdi型熱塑性聚氨酯，其它與實施例2相同，不在此贅述。
經(jīng)檢測，對比例1的運動場地中汞含量為2ppm，鎘含量為5ppm，游離tdi含量為1000ppm，鉛含量為13ppm、六價鉻含量為7ppm。
對比例2
將2,4-mdi與4,4-mdi按照1：1質(zhì)量比形成的混合物為原料制備的mdi型熱塑性聚氨酯放入高壓反應釜中，通入二氧化碳未達到超臨界狀態(tài)，后續(xù)步驟與實施例2相同。
經(jīng)檢測，對比例2的運動場地中汞含量為2ppm，鎘含量為4ppm，游離tdi未檢出，鉛含量為18ppm、六價鉻含量為7ppm。
對比例3
對比例3與實施例2的區(qū)別為超臨界二氧化碳發(fā)泡制備的etpu密度為0.14g/cm3，回彈率為15％，50度壓縮永久變形為35％，其它與實施例2相同。
經(jīng)檢測，對比例3的運動場地中汞含量為3ppm，鎘含量為6ppm，游離tdi未檢出，鉛含量為20ppm、六價鉻含量為7ppm。
對比例4
對比例4與實施例2的區(qū)別為etpu和mdi型聚氨酯膠黏劑的質(zhì)量比為5:1，其它與實施例2相同。
經(jīng)檢測，對比例4的運動場地中汞含量為4ppm，鎘含量為4ppm，游離tdi未檢出，鉛含量為16ppm、六價鉻含量為6ppm。
對實施例1-5以及對比例1-4的運動場地進行力學性能測試，測試結(jié)果見表1。
表1
另外，本發(fā)明要求保護的技術(shù)范圍中點值未窮盡之處以及在實施例技術(shù)方案中對單個或者多個技術(shù)特征的同等替換所形成的新的技術(shù)方案，同樣都在本發(fā)明要求保護的范圍內(nèi)；同時本發(fā)明方案所有列舉或者未列舉的實施例中，在同一實施例中的各個參數(shù)僅僅表示其技術(shù)方案的一個實例(即一種可行性方案)。
本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。