廢橡膠粉在聚氨酯彈性體中的應用研究

付攀 王志超 劉斌

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

關鍵詞：廢舊橡膠粉;聚氨酯;環保;彈性體

中圖分類號：TQ323.8? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：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

我國已成為世界上廢橡膠資源產生量最大的國家，汽車輪胎是廢舊橡膠的主要來源。目前國內對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、運動場的塑膠跑道、防水材料等領域中，其良好的降噪，緩沖，耐用等性能正被越來越多的人所接受，市政基礎設施行業路用材料使用量大，可解決大量廢舊輪胎橡膠，社會效益和經濟效益顯著。在韓國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。本文主要以廢舊膠粉為原料，加入到聚氨酯樹脂中，形成一種高強度的彈性體，可用于各種運動場、室內的彈性地坪。

1 實驗部分

1.1 試驗用原材料

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）：工業品;

FR-707：液體阻燃劑，青島聯美化工有限公司;

擴鏈劑3，3'-=氯-4，4'-二氨基=苯基甲烷：MOCA，蘇州前進化工廠生產。

橡膠粉：80目，廢舊橡膠粉碎制成;

芳綸纖維：長度3～6mm，煙臺氨綸有限公司生產。

1.2 試驗配方

聚氨酯預聚物配方見表1。

色漆組份配方見表2。

1.3 色漆體系的制備工藝

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

1.4 聚氨酯預聚物的合成

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

1.5 制成漆膜

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

1.6 性能測試

聚氨酯彈性體的機械性能（拉伸強度、斷裂伸長率、定伸應力、彈性模量等）采用國家標準GB/T528-2009方法測試，樣片成啞鈴狀，拉伸速度100mm/min，測試溫度為20℃。邵氏硬度測試標準采用GB/T531-2008，橡塑邵氏A硬度計。

2 結果和討論

橡膠粉是本試驗配方中的重要填料，最重要的作用是廢物利用、降低成本，改善彈性體的性質。多元醇和擴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，但其對彈性體的拉伸強度卻起著很大的作用。下面分析了廢舊膠粉、擴鏈劑、芳綸纖維用量等對聚氨酯彈性體性能的影響。

2.1 膠粉用量對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，制成了多個彈性體材料，并測試了相應指標。

從表3可以看出，隨著膠粉用量的加大，拉伸強度和斷裂伸長率隨之增長，但高于一定的用量后，其數值降低。也就是說，橡膠粉的用量在一定范圍內不會影響彈性體的性能，相反，還可改善彈性體的表面狀態。在混合物料時有可能帶入空氣，造成彈性體中有氣泡，也有可能聚氨酯反應時產生氣體，如果沒有橡膠粉的加入，這些氣體會慢慢溢到彈性體的表面，造成彈性體的表面狀態有些不平整。相反，如果加入了一定的橡膠粉，這些氣體會吸附到橡膠粉中，對彈性體的性能和表面狀態產生好的影響。所以膠粉的用量最好保持在30%左右。

2.2 擴鏈劑對彈性體性能的影響

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

從表4可以看出，MOCA用量對彈性體的性能影響較大，但是隨著MOCA用量的加大，其固化時間縮短了很多，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強劑，它的加入可極大改善彈性體的撕裂強度，一般情況下，彈性體的撕裂強度比較差。本試驗中加入了0.01%的芳綸短纖維，與不加相比，其拉伸強度增加了80%，而撕裂強度增加了120%，但斷裂伸長率降低了30%。總體上來說，芳綸短纖維的加入增強了聚氨酯彈性體的綜合性能。

2.4 預聚體的合成

為了使漆膜具有更柔軟的分子結構，本文合成了一種含NCO的固化劑。這種固化劑是無溶劑型，生產過程中沒有“三廢”產生，所以屬于環保型固化劑。市場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，本試驗沒有選擇這些產品。本試驗在固化劑合成過程中引進了聚醚多元醇，目的是增加分子的長度，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。這類加成物呈長鏈結構，有一定的支鏈，所以與羥基組固化后形成的彈性體強度高、彈性好。

2.5 加速老化試驗

為了驗證配方的合理性，對配方試樣進行了加速光老化試驗，采用的方法是GB/T14522-2008《機械工業產品用塑料、涂料、橡膠材料人工氣候老化試驗方法 熒光紫外燈》，試驗條件是UVB-313燈，70℃環境下（8h干燥、4h冷凝）總計100天的長期老化試驗，試驗結果見表5。

由表5中可以看出，樣品的拉伸強度、斷裂伸長率、彈性模量和邵A硬度等技術指標沒有大的變化，比較穩定，說明配方設計比較合理。

3 結束語

通過膠粉、擴鏈劑和芳綸短纖維的加入量對聚氨酯彈性體性能影響的試驗分析，我們得出了一個結論。膠粉的用量一般在色漆組分占30%左右，擴鏈劑用量占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，也可對漆膜產生增韌效果，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部地坪、室內運動場的地坪的涂裝。

參考文獻：

[1]張麗宏.橡膠瀝青老化微觀機理研究[A].《環境工程》2018年全國學術年會論文集[C].2018.

[2]王永發.濕法橡膠瀝青混合料施工工藝與質量控制[J].山東交通科技，2018（03）：116-118.

[3]周妮.舊輪胎橡膠粉再生橡膠力學性能的研究[D].蘇州科技大學，2017（12）.

[4]周文英.室溫操作固化聚醚類聚氨酯彈性體澆注物料的研制[A].中國聚氨酯工業協會彈性體專業委員會2007年年會[C].2007.