技术领域
本发明属于体育场塑胶跑道、塑胶球场领域，特别涉及一种环保型耐磨的塑胶体育场面层材料及其制作方法。
背景技术
塑胶体育场是我们日常健身锻炼的重要场所，不论是学校或者体育场，特别是学校，塑胶体育场是学生固定的体育锻炼学习的场所，在最近的新闻报道中，多次提到有毒跑道，对学生的身心健康和身体有重大危害，这一问题一经报道引发社会强烈关注，上至领导决策层，下至普通老百姓，究其原因，就是原塑胶跑道与塑胶球场的材料，即现有的跑道与球场都是聚氨酯塑胶做的，因市场混乱，一大部分聚氨酯厂家配方中添加大量有毒原料，这些有毒物质与气味吸入人体后会引起呼吸道上皮、肺间质、肺内血管及免疫系统等受损，且其毒性和刺激性气味潜在时间持续时间长，危害长时间伴随。再有，原塑胶跑道与球场耐磨性差，在使用过程经过摩擦极易磨损并产生粉末污染空气，且使用周期短，需经常更换，使用成本高，粉末易被人体吸入，对人体产生危害，而且对锻炼者带来不佳的体验。基于上述种种问题，一种环保型健康的耐磨塑胶体育场面层就显得尤为重要了，申请人通过无数次实验和分析，得到一种环保型耐磨塑胶，可解决现有的塑胶跑道与球场问题，本案由此而出。
发明内容
为解决上述现有技术有毒害刺激性、严重影响身体健康、耐磨性差、使用周期短、使用成本高等问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种环保型耐磨塑胶体育场面层材料，其配方包括A组份和B组份，A组份与B组份的重量比例为1:1-1:2，其中，A组份包括多异氰酸酯和烃基聚合物，所述多异氰酸酯与烃基聚合物的重量比例为5:1-5:2；B组份包括端氨基聚合物、相变功能材料、超吸附材料、色浆和其他助剂，B组份中各配料的重量百分比为60-80%、5-10%、5-10%、5-10%，其他助剂包括抗阻燃剂、抗氧化剂、抗腐蚀剂、抗紫外线剂等。
本发明的材料中A、B料都必须经过专用设备（反应釜等）及其工艺加工制成的液体物料，使用时是由专用喷涂设备的工作原理把A、B两种物料分别经由各自的抽料泵从料桶输送到主机进行计量，加压，升温，然后输送到喷枪，在喷枪混合后喷出，计量输送和混合系统是喷涂设备的两个主要系统。
材料化学式：
—NCO+H2N—→—NH—C—CH—
代表单体或预聚物。
以氨基聚醚与改性MDI原料制备的本发明喷涂材料，使用施工时采用特种喷枪混合喷涂出后，材料在几秒至十几秒之内即可胶化，几分钟完成交联反应。通过降低胺或----NCO的反应活性，可以得到从几分钟至几十分钟内固化。而且可以用含---OH的多元醇或环氧改性材料，制备具有不同技术性能和施工性能的树脂材料，其成膜物体系适应不同的性能要求。为适应需求而研制、开发的一种新型无溶剂、无污染的绿色环保施工技术材料。其优点如下：
1.不含催化剂，快速固化，可在任意曲面、斜面及垂直面上喷涂成型，不产生流挂现象，5S凝胶，1min即可达到步行强度。
2.对水分、湿气不敏感，施工时不受环境温度、湿度影响。
3.100%固含量，不含任何挥发性有机物（VOC），对环境友好。
4.一次施工的厚度范围可以从数百微米到数厘米，克服了以往多次施工的弊端。
5.优异的理化性能，如拉伸强度、伸长率、柔韧性、耐磨性、耐老化性、防腐蚀性等，能够在垂直面连续施工不产生流淌现象。
6.具有良好的热稳定性，可在120℃下长期使用，可承受150℃的短时热冲击。
7.可以像普通涂料一样，加入各种颜、染料，制成不同颜色的制品。
8.配方体系任意可调，手感从软橡皮（邵尔A30）到硬弹性体（邵尔D65）。
9.原形再现性好，涂层连续、致密，无接缝、无针孔，美观实用。
10.使用成套设备，施工方便，效率极高。
11.本材料的力学性能
采用端氨基聚醚、异氰酸酯和扩链剂等原料，在制造本发明材料技术中，将异氰酸酯与聚醚多元醇生成一种称为半预聚体（quasi-prepolymer）组分定义成A料；将含有端氨基聚醚、液体胺类扩链剂和其它助剂的组分定义为B料。
异氰酸酯是本材料弹性体A料的主要原料之一，合成A料用的异氰酸酯包括二异氰酸酯、、三异氰酸酯以及它们的改良体。A料的合成中，选用MDI或MDI的改性物与聚合物二元或三元醇反应制得。技术中用到的聚醚有两类：一类是用于芳香族A料合成的端羟基聚醚；另一类是用于脂肪族A料合成以及B料制备的端氨基聚醚。本材料用聚醚主要采用二元醇起始剂，如丙二醇等，有时也掺混部分三官能团多元醇。
端氨基聚醚是由伯氨基或仲氨基封端的聚氧化烯烃化合物，是本材料技术非常关键的原材料。
A料是将二异氰酸酯和低聚物多元醇或氨基聚醚反应先合成半预聚物。这种半预聚物分子的端基为异氰酸酯基（--NCO），平均分子量较低，一般在5000以下。要将预聚物加工成制品，还需要加入胺类扩链剂和氨基聚醚的混合物与之反应。胺类扩链剂中的氨基与预聚物中的---NCO端基反应，生成氨基甲酸酯起扩链作用。
在制备中，还要配加几种助剂：稀释剂、分散剂、着色剂、阻燃剂、脱模剂、填充剂、防霉剂、抗静电剂、抗氧剂、光稳定剂、增塑剂等。
施工工艺
1、对要处理的塑胶跑道或塑胶球场首先必须把施工面清洗干净，污染严重的地方须进行打磨处理，然后施工面必须保持干燥，不得有油污、灰尘、盐析、脱模剂等缺陷。
2、施工准备
为保证本发明材料施工顺利进行，施工前必须充分做好准备工作，包括材料准备，设备准备，技术准备，施工现场准备。
2.1材料准备
喷涂本材料弹性体涂料中A料和B料按施工面计算数量备足。
2.2 设备准备
喷涂设备由控制精确的系列双组份主机和喷枪组成。施工时将主机配置的2支抽料泵分别插入装有A、B原料桶内，借助主机产生的高压将原料推入喷枪混合室，进行混合、雾化后喷出。在到达基层的同时，涂料几乎已近凝胶，5～10s后，涂层完全固化。多次喷涂达到设计厚度（间隔时间越短越好）涂层总成膜厚度不小于设计要求。主要施工设备及机具详见表8。
表8 施工设备
序号 设备名称 功率 电源 数量 1 喷涂主机 380V 1 2 喷枪 - - 1 3 空压机 7.5 KW 380 V 1 4 油水分离器 2 KW 220 V 1 5 电动搅拌机 2KW 220V 1
2.3 施工组织人员配备
主要施工人员及联系方式详见表9。
表9 施工人员配备
项目 姓名 备注 现场负责人 1 现场抓总 喷涂班组 3（可根据工程需要调整） 喷涂施工 技术负责 1 技术把关
2.4 技术准备
按施工方案和技术规程对操作者下达作业指导书；
2.4.1熟悉技术要求，掌握主要施工方法及细部构造的施工工艺，按施工进度计划合理安排人、机、料、具进场；
2.4.2认真做好材料进场检验、验收工作，做好材料储放工作；
2.4.3做好施工的技术资料和施工过程中各分项工程的质量检验记录。
2.5 现场遮护准备
对不需要喷涂的施工面要做遮护处理，对不需要施工的作业面以及预埋件进行遮护处理，对已经喷涂好的易污染的部位进行遮护防止涂层表观收到影响以及下一道施工受到影响。
3、喷涂施工
3.1 在塑料布或干燥的表面进行试喷，观察涂层是否正常
3.2 根据涂层厚度每道涂层采用纵横交叉喷涂。
3.3 平面喷涂下一道要覆盖上一道的50％以上，喷涂厚度保持一致。
3.4 喷涂时，应随时观察压力、温度等参数，并做好现场记录。
3.5 喷涂开枪时，应对准遮护物或非工程表面喷涂5-10秒，然后开始喷涂（喷枪及软管前端没有加热，物料温度低，混合及雾化效果很差，极易造成鼓泡）。
3.6 停枪时应在非喷涂工程表面停枪。(关枪时混合室内残余物料是由压缩空气或者阀杆推出混合室，不是高压流体，其混合效果也很差，极易造成鼓泡)。
3.7 每道喷涂间隔不能超过3小时，超过3小时可对涂层打磨，并增加用多底材界面剂再喷涂。
4、本发明塑胶面防滑层操作工艺
利用本材料快速固化的技术原理，通过施工者对喷射角度和流量控制，在最后一道涂层还没有完全固化前，在距离施工部位一定距离的地方，打开喷枪，让已混合雾化的喷涂料自由地降落在施工部位上，从而形成一定大小的颗粒，得到具有粗糙的防滑颗粒表面，起到防滑和消光作用。本操作时应注意风向和风力，施工者应处于上风口，风力以4级以下为宜。
也可采取手工铺撒防滑粒子的具体操作如下：
在最后一道涂层还没有完全固化之前，手工将防滑粒子均匀地抛洒在施工部位上，待涂层固化后，清扫撒防滑粒子的部位，将未粘上的防滑粒子清扫干净，即形成带粒状的防滑型塑胶面层。
本发明的有益效果在于：采用新的配方和配料，得到环保健康耐磨的运动场塑胶面层，对人体无伤害，使用寿命长，无需经常更换、维修，使用成本更低，不易磨损产生粉末危害健康，锻炼体验效果更佳。
具体实施方式
下面详细说明本发明的优选实施例；
本发明提供一种环保型耐磨塑胶体育场面层材料，其配方包括A组份和B组份，A组份与B组份的重量比例为1:1-1:2，其中，A组份包括多异氰酸酯和烃基聚合物，所述多异氰酸酯与烃基聚合物的重量比例为5:1-5:2；B组份包括端氨基聚合物、相变功能材料、超吸附材料、色浆和其他助剂，B组份中各配料的重量百分比为60-80%、5-10%、5-10%、5-10%、，其他助剂包括抗阻燃剂、抗氧化剂、抗腐蚀剂、抗紫外线剂等。
本发明的材料中A、B料都必须经过专用设备（反应釜等）及其工艺加工制成一种液体物料，使用时是由专用喷涂设备的工作原理把A、B两种物料分别经由各自的抽料泵从料桶输送到主机进行计量，加压，升温，然后输送到喷枪，在喷枪混合后喷出，计量输送和混合系统是喷涂设备的两个主要系统。
材料化学式：
—NCO+H2N—→—NH—C—CH—
代表单体或预聚物。
以氨基聚醚与改性MDI原料制备的本发明喷涂材料，使用施工时采用特种喷枪混合喷涂出后，材料在几秒至十几秒之内即可胶化，几分钟完成交联反应。通过降低胺或----NCO的反应活性，可以得到从几分钟至几十分钟内固化。而且可以用含---OH的多元醇或环氧改性材料，制备具有不同技术性能和施工性能的树脂材料，其成膜物体系适应不同的性能要求。为适应需求而研制、开发的一种新型无溶剂、无污染的绿色环保施工技术材料。其优点如下：
12.不含催化剂，快速固化，可在任意曲面、斜面及垂直面上喷涂成型，不产生流挂现象，5S凝胶，1min即可达到步行强度。
13.对水分、湿气不敏感，施工时不受环境温度、湿度影响。
14.100%固含量，不含任何挥发性有机物（VOC），对环境友好。
15.可按1:1体积比进行喷涂或者浇注，一次施工的厚度范围可以从数百微米到数厘米，克服了以往多次施工的弊端。
16.优异的理化性能，如拉伸强度、伸长率、柔韧性、耐磨性、耐老化性、防腐蚀性等，能够在垂直面连续施工不产生流淌现象。
17.具有良好的热稳定性，可在120℃下长期使用，可承受150℃的短时热冲击。
18.可以像普通涂料一样，加入各种颜、染料，制成不同颜色的制品。
19.配方体系任意可调，手感从软橡皮（邵尔A30）到硬弹性体（邵尔D65）。
20.原形再现性好，涂层连续、致密，无接缝、无针孔，美观实用。
21.使用成套设备，施工方便，效率极高。
22.本材料的力学性能
项 目 指 标 固含量 100% 颜色 可调 固化干燥时间（秒） 10～20 施工温度（℃） ＞3 拉伸强度（MPa） 10～27.5 100%伸长模量（MPa) 3.4～13.7 伸长率（%） 150～1000 硬度（邵氏) A30～D65 压缩强度(MPa) ＞80 撕裂强度（KN/m) 43.9～105.4 冲击强度（KJ/m2） ≥15 粘合强度(MPa) ≥10 不透水性（0.4 MPa／2h) 不透水 人工气候耐老化（2000h) 良好 贮存温度(℃) 15～40
采用端氨基聚醚、异氰酸酯和扩链剂等原料，在制造本发明材料技术中，将异氰酸酯与聚醚多元醇生成一种称为半预聚体（quasi-prepolymer）组分定义成A料；将含有端氨基聚醚、液体胺类扩链剂和其它助剂的组分定义为B料。
异氰酸酯是本材料弹性体A料的主要原料之一，合成A料用的异氰酸酯包括二异氰酸酯、、三异氰酸酯以及它们的改良体。A料的合成中，常选用MDI或MDI的改性物与聚合物二元或三元醇反应制得。技术中用到的聚醚有两类：一类是用于芳香族A料合成的端羟基聚醚；另一类是用于脂肪族A料合成以及B料制备的端氨基聚醚。本材料用聚醚主要采用二元醇起始剂，如丙二醇等，有时也掺混部分三官能团多元醇。
端氨基聚醚是由伯氨基或仲氨基封端的聚氧化烯烃化合物，是本材料技术非常关键的原材料。
A料是将二异氰酸酯和低聚物多元醇或氨基聚醚反应先合成半预聚物。这种半预聚物分子的端基为异氰酸酯基（--NCO），平均分子量较低，一般在5000以下。要将预聚物加工成制品，还需要加入胺类扩链剂和氨基聚醚的混合物与之反应。胺类扩链剂中的氨基与预聚物中的---NCO端基反应，生成氨基甲酸酯起扩链作用。
在制备中，还要配加几种助剂：稀释剂、分散剂、着色剂、阻燃剂、脱模剂、填充剂、防霉剂、抗静电剂、抗氧剂、光稳定剂、增塑剂等。
半预聚物合成 ：
一般把A组分的---NCO含量作为区分预聚物和半预聚物的标准。预聚物的—NCO含量一般在12%以下；而半预聚物的—NCO含量一般在12%--25%之间。在本发明材料中，A组分一般采用的是半预聚物，主要原因有：黏度较低；固化产物的物理性能好；反应活性适中。在半预聚物的合成中，常用的羟基化合物有聚氧化丙烯醚多元醇、聚四氢呋喃多元醇，其中最常用的是聚氧化丙烯醚多元醇。为了提高生产效率及本发明材料的力学性能，利用端氨基聚醚与脂肪族异氰酸酯反应合成半预聚合物，并以此作为喷涂脂肪族材料弹性体的A组分。
施工工艺
1、对要处理的塑胶跑道或塑胶球场首先必须把施工面清洗干净，污染严重的地方进行打磨处理，然后施工面必须保持干燥，不得有油污、灰尘、盐析、脱模剂等缺陷。
2、施工准备
为保证本发明材料施工顺利进行，施工前必须充分做好准备工作，包括材料准备，设备准备，技术准备，施工现场准备。
2.1材料准备
喷涂本材料弹性体涂料中A料和B料按施工面计算数量备足。
2.2 设备准备
喷涂设备由控制精确的系列双组份主机和喷枪组成。施工时将主机配置的2支抽料泵分别插入装有A、B原料桶内，借助主机产生的高压将原料推入喷枪混合室，进行混合、雾化后喷出。在到达基层的同时，涂料几乎已近凝胶，5～10s后，涂层完全固化。多次喷涂达到设计厚度（间隔时间越短越好）涂层总成膜厚度不小于设计要求。主要施工设备及机具详见表8。
表8 施工设备
序号 设备名称 功率 电源 数量 1 喷涂主机 380V 1 2 喷枪 - - 1 3 空压机 7.5 KW 380 V 1 4 油水分离器 2 KW 220 V 1 5 电动搅拌机 2KW 220V 1
2.3 施工组织人员配备
主要施工人员及联系方式详见表9。
表9 施工人员配备
项目 姓名 备注 现场负责人 1 现场抓总 喷涂班组 3（可根据工程需要调整） 喷涂施工 技术负责 1 技术把关
2.4 技术准备
按施工方案和技术规程对操作者下达作业指导书；
2.4.1熟悉技术要求，掌握主要施工方法及细部构造的施工工艺，按施工进度计划合理安排人、机、料、具进场；
2.4.2认真做好材料进场检验、验收工作，做好材料储放工作；
2.4.3做好施工的技术资料和施工过程中各分项工程的质量检验记录。
2.5 现场遮护准备
对不需要喷涂的施工面要做遮护处理，对不需要施工的作业面以及预埋件进行遮护处理，对已经喷涂好的易污染的部位进行遮护防止涂层表观收到影响以及下一道施工受到影响。
3、喷涂施工
3.1 在塑料布或干燥的表面进行试喷，观察涂层是否正常
3.2 根据涂层厚度每道涂层采用纵横交叉喷涂。
3.3 平面喷涂下一道要覆盖上一道的50％以上，喷涂厚度保持一致。
3.4 喷涂时，应随时观察压力、温度等参数，并做好现场记录。
3.5 喷涂开枪时，应对准遮护物或非工程表面喷涂5-10秒，然后开始喷涂（喷枪及软管前端没有加热，物料温度低，混合及雾化效果很差，极易造成鼓泡）。
3.6 停枪时应在非喷涂工程表面停枪。(关枪时混合室内残余物料是由压缩空气或者阀杆推出混合室，不是高压流体，其混合效果也很差，极易造成鼓泡)。
3.7 每道喷涂间隔不能超过3小时，超过3小时可对涂层打磨，并增加用多底材界面剂再喷涂。
4、本发明塑胶面防滑层操作工艺
利用本材料快速固化的技术原理，通过施工者对喷射角度和流量控制，在最后一道涂层还没有完全固化前，在距离施工部位一定距离的地方，打开喷枪，让已混合雾化的喷涂料自由地降落在施工部位上，从而形成一定大小的颗粒，得到具有粗糙的防滑颗粒表面，起到防滑和消光作用。本操作时应注意风向和风力，施工者应处于上风口，风力以4级以下为宜。
也可采取手工铺撒防滑粒子的具体操作如下：
在最后一道涂层还没有完全固化之前，手工将防滑粒子均匀地抛洒在施工部位上，待涂层固化后，清扫撒防滑粒子的部位，将未粘上的防滑粒子清扫干净，即形成带粒状的防滑型塑胶面层。。
采用上述本发明材料配方制得的塑胶面层，更加环保健康，而且各项物理性能也更佳，拉伸性能为传统的10倍，延展性为传统的10倍以上，耐磨性为传统的20倍以上，使用寿命为传统的3倍以上，材料达到食品级环保要求，安全方面彻底解决，这个是重中之重，环保安全无小事。
上述实施例并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。