塑膠跑道具有性能優異、使用方便等特點，深受人們歡迎，已被國際奧運會正式定為國際比賽場地的必備條件之一。目前鋪設的聚氨酯塑膠跑道大部分是混合型，其基本配方均類似于文獻[1]中的配方體系，即TDI（甲苯二異氰酸酯）-MOCA（3，3＇－二氯－4，４＇二氨基二苯基甲烷）－重金屬催化劑體系，致使所鋪成的塑膠跑道存在毒害和鋪設成本過高的問題．TDI屬于II級（高度危害）毒物，是可疑人體致癌物，國際運動跑道技術協會（IST）早在1994年就提出“不接受使用含 TDI成分的聚氯酯系統的運動跑道”的建議；MOCA屬于芳胺類化學品，毒性較大，能引發膀胱癌；以有機汞/鉛或有機汞/鋅復合催化劑為主的重金屬催化劑體系危害人體，污染環境，至于鋪設成本，鋪設一個400mm標準場地，若中心是天然草皮，需400萬-600萬元；若中心為人造草皮，則需600萬-800萬元，且跑道保證使用期一般只有10年。 

      混合型塑膠跑道已面臨淘汰，各種新型塑膠跑道紛紛制備塑膠跑道成為研究熱點。如Kobayashi、劉錦春等和徐云升等利用TDI膠粘劑粘接廢舊膠粉制成鋪裝材料，王煒等利用TDI及改性二苯基甲烷氰酸酯（MDI）作膠粘劑以1：3.5（質量比）粘接SBR廢膠粒子制成多孔型聚氨酯鋪面層，朱信明利用大噸位平板硫化機模壓廢輪胎膠粒制成組合式塑膠塊層。這些研究雖取得較好效果，但均使用了高揮發性TDI（25℃下蒸汽壓約為1.33Pa），不利于環保。 

      本工作利用MDI（25℃下蒸汽壓約為1.33×10-3Pa）合成的MDI型PU膠粘劑粘接廢舊膠粉制備環保型低成本的塑膠跑道，研究各種因素對塑膠跑道性能的影響。 

1實驗 

1.1原材料 

4，4＇－二苯基甲烷氰酸酯（純MDI），工業品，德國巴斯夫公司產品．
碳化二亞胺－脲酮改性4，4＇－二苯基甲烷二異氰酸酯（改性聚合MDI），工業品，煙臺萬華聚氨酯股份有限公司產品．
多亞甲基多苯基多異氰酸酯（粗MDI或PAPI），工業品，德國拜耳公司產品．
聚醚多元醇GE210，相對分子質量為1000，官能度為2，工業品；聚醚多元醇GE220，相對分子質量為2000，官能度為2，工業品；聚醚多元醇GSE2028，相對分子質量為3000，官能度為3，工業品，上海高橋石化公司化工三廠產品．
膠粉，工業品，廣東吳川縣再生資源開發有限公司產品．
其它原材料均為常用工業品． 

1.2試樣制備 

1.2.1MDI型PU膠粘劑的合成 

      在裝有溫控裝置和攪拌器的反應瓶中加入一定量的酸醚多元醇（質量分數為0.6-0.8），攪拌，升溫至100-150℃，抽真空脫水1-2h，當水的質量分數小于0.0005時，降溫至50℃，加入一定量的MDI（質量分數為0.2-0.4）和添加劑（質量分數為0.005-0.01）,升溫至80℃，反應一定時間后，降溫至40℃，出料，得到MDI型PU膠粘劑． 

1.2.2塑膠跑道的制備 

      將一定量的MDI型PU膠粘劑與一定量的膠粉混合均勻后，倒入預先涂有脫模劑的模具中壓平，在室溫下固化制成試樣，熟化7天后，進行性能測定． 

1.3性能測試 

（1）物理性能 

      邵爾A型硬度按GB/T531-1999測定，拉伸強度和拉斷伸長率按GB/T528-1998測定；其它性能按GB/T14833-1993測定． 

（2）耐天候性能 

      耐水性試驗：將一試樣裁成幾組放入水中室溫浸泡不同時間后取出晾干，測定其物理性能． 

      熱空氣老化試驗：將一試樣裁成幾組放入100℃熱空氣老化箱中經過不同老化時間后取出，測定其物理性能． 

2結果與討論 

2.1塑膠跑道物理性能的影響因素 

2.1.1MDI種類對塑膠跑道物理性能的影響． 

    表1 MDI種類對塑膠跑道物理性能的影響 

項目                      MDI種類 
                純MDI    液化MDI  改性聚合MDI     粗MDI 
邵爾A硬度/度      56        53         50         49    
拉伸強度/MPa      1.52      1.31       1.03       0.97  
拉斷伸長率/%      180       132        112        93 
壓縮復原率/%      99        98         96         92 
回彈值/%          32        29         24         20 

      從表1可以看出，采用純MDI的試樣綜合性能最好，液MDI次之，改性聚合MDI和粗MDI則較不理想．由于純MDI室溫下是液體，貯存期為6個月，因此采用液化MDI進行后續試驗． 

2.1.2聚醚多元醇 

2.1.2.1聚醚多元醇種類 

表2示出了酸醚多元醇種類對塑膠跑道物理性能的影響． 

                 聚醚多元醇種類 
項目           GE210   GE220   GSE2028  GMN3050 
邵爾A硬度/度    48      49       50       50       
拉伸強度/MPa    0.32    0.45     0.66     1.21 
拉斷伸長率/%    40      60       80       110 
壓縮復原率/%    90      89       88       93 
回彈值/%        18      22       26       27 

    從表2可以看出，采用聚醚多元醇GE210，GE220，GSE2028的試樣拉伸強度較低，但拉伸強度和回彈值隨著聚醚多元醇相對分子質量的增大而增大；聚醚多元醇GMN3050的試樣各項性能均較好．這是由于聚醚多元醇GE210，GE220和GSE2028為二官能度，制得的膠粘劑分子結構和線型，固化后形成網絡結構的交聯密度小，故拉伸強度和回彈值隨之提高．聚醚多元醇GMN3050為三官能度，制得的膠粘劑分子結構為體型，固化后形成網絡結構的交聯密度大，故各項物理性能均較好．綜合考慮，采用聚醚多元醇GSE2028／GMN3050并用進行后續試驗． 

2.1.2.2聚醚多元醇并用比 

　　表３示出了聚醚多元醇GSE2028／GMN3050并用比對塑膠跑道試樣物理性能的影響． 

項目              聚醚多元醇GSE2028/GMN3050并用比 
                2/1     1.5/1       1/1    1/1.5    1/2       
邵爾A硬度/度      54      53        52      54      55 
拉伸強度/MPa    1.01     1.31      1.52    1.63    1.84       
拉斷伸長率/%    111      132       123     114     115 
壓縮復原率/%    95       98        97      96      95 
回彈值/%        28       29        27      29      28 

　　從表３可以看出，聚醚多元醇GSE2028／GMN3050并用比為1.5/1時，試樣的物理性能較好，且流淌性也好，便于施工．故選取GSE2028／GMN3050并用比為1.5/1進行后續試驗． 

2.1.3異氰酸酯指數 

    異氰酸酯指數是指異氰酸酯基團與含活潑氫基團的摩爾比．表4示出了異氰酸酯指數對塑膠跑道物理性能的影響． 

表4 異氰酸酯指數對塑膠跑道物理性能的影響 

項目                     異氰酸酯指數 
                0.99     1.01     1.03    1.05   1.07 
邵爾A硬度/度    49       51       53      58     59 
拉伸強度/MPa    1.18     1.24     1.31    1.37   1.39 
拉斷伸長率/%    103      120      132     136    138 
壓縮復原率/%    98       98       98      98     99 
回彈值/%        27       28       29      26     28 

    從表4可以看出，隨著異氰酸酯指數的增大，試樣的邵爾Ａ型硬度、拉伸強度和拉斷伸長率均增大，這是由于異氰酸酯指數越大，異氰酸酯基團越多，它除了與膠粉表面的水分和活性基團生成氨基團甲酸酯外，還可以生成剛性大的脲基甲酸酯和縮二脲，致使試樣的硬度、拉伸強度和拉斷伸長率增大，但其耐熱性能和老化性能則相對降低。因此，異氰酸酯指數不能太大，但也不能太小，因異氰酸酯指數太小，活潑氫酸酯指數為1.01-1.05時，試樣的物理性較好，因此選擇異氰酸酯指數為1.03進行后續試驗。 

2.1.4反應溫度 

    反應溫度是制備PU膠粘劑的重要控制因素，溫度升高，異氰酸酯與各類活潑性氫的反應速度加快，與聚醚多元醇反應加快的同時與其它含活潑氫基甲酸酯、脲的副反應也加快，故反應溫度并非越高越好。表5示出了反應溫度對塑膠跑道物理性能的影響。 

    表5 反應溫度對塑膠跑道物理性能的影響 

項目                     反應溫度/℃ 
              60    70       75    80     85     90   
邵爾A硬度/度  53     54      53    53     54     55 
拉伸強度/MPa  1.01   1.12   1.31   1.32   1.26   1.12 
拉斷伸長率/%  110    132    132    130    128    129 
壓縮復原率/%  97     95     98     98     97     96 
回彈值/%      28     29     29     29     28     29 

    從表5可以看出，反應溫度為75℃時試樣的綜合物理性能最佳。故選擇反應溫度為75℃進行后續試驗。 

2.1.5反應時間 

    表6示出了反應時間對塑膠跑道物理性能的影響。 

項目                     反應時間/h 
               1     2    2.5    3    3.5     4   
邵爾A硬度/度   50    51    50    53    54     55 
拉伸強度/MPa   1.11  1.23  1.26  1.31  1.30   1.29 
拉斷伸長率/%   121   123   128   132   130    132 
壓縮復原率/%   97    98    98    98    97     96 
回彈值/%       28    27    28    29    29     28 

2.1.6膠粘劑／膠粉質量比 

    表7示出了MDI型PU膠粘劑／膠粉質量比對塑膠跑道物理性能的影響。 

項目          膠粘劑/膠粉質量比                  GB/T 14833- 
              1/2    1/4     1/6   1/8   1/10       1993  
邵爾A硬度/度   58     53      53    53     52      45~60 
拉伸強度/MPa   1.52   1.31    1.02  0.81   0.60    ≥0.7 
拉斷伸長率/%   152    132     101   91     78      ≥90 
壓縮復原率/%   98      98     97    98     97      ≥95 
回彈值/%       28      29     28    29     29      ≥20 

    從表7可以看出，當MDI型PU膠粘劑/膠粉的質量比達到1/8時，試樣性能仍滿足GB/T14833-1993的要求，而目前TDI型PU膠粘劑與膠粉的最高比例為1/5，這說明MDI型OU膠粘劑的粘合性能優良，這主要是因為MDI具有更強的應活性。 

2.2耐天候性能 

2.2.1耐水性能 

    表8示出了浸泡時間對塑膠跑道（MDI型PU膠粘劑與廢舊膠粉的質量比為1/4）耐水性能的影響。 

項目                     浸泡時間/d 
                 0      15     30     45     60   
邵爾A硬度/度    53      53     53     52     52 
拉伸強度/MPa    1.31    1.30   1.29   1.31   1.30   
拉斷伸長率/%    132     132    131    130    131 
壓縮復原率/%    98      99     98     98     99 
回彈值/%        29      28     27     29     28 

從表8可以看出，試樣經過0-60天浸泡后，物理性能基本不變，說明試樣耐水性能較好，同時也證明了，聚醚型ＰＵ膠粘耐水性能優異的理論。 

2.2.2耐熱空氣老化性能 

表9示出了老化時間對塑膠跑道（MDI型PU膠粘劑與廢舊膠粉的質量比為1/4）物理性能的影響。 

項目                     老化時間/h                  GB/T 14833-1993
                 0     24     48     72      96            
邵爾A硬度/度     53    53     53     54      55       45~60 
拉伸強度/MPa     1.31  1.52   1.42   1.32    1.28     ≥0.7 
拉斷伸長率/%     132   122    120    118     107      ≥90 
壓縮復原率/%     98    98     98     97      95       ≥95  
回彈值/%         29    28     29     28      28       ≥20 

    從表9可以看出，隨著老化時間的延長，試樣的拉伸強度先增大后減小。原因可能是MDI型PU膠粘劑在100℃熱空氣老化箱中加熱時，其熟化過程加速，分子進一步交聯，使試樣的拉伸強度增大，但隨著老化時間的延長，試樣出現熱氧老化，致使拉伸強度和拉斷伸長率減小，邵爾A型硬度增大。試樣經過96h老化后，性能仍能達到GB/T 14833-1993的要求，可見試樣的耐熱空氣老化性能較好。 

3結論 

（1）利用MDI型PU膠粘劑粘接廢舊膠粉制備性能優良的環保型塑膠跑道的工藝條件如下：MDI種類為液化MDI，聚醚多元醇GSE2028/GMN3050并用比為1.5/1，異氰酸酯指數為1.03，反應溫度為75℃，反應時間為3h，MDI型PU膠粘劑與廢舊膠粉的質量比為1/4（最高可達1/8）． 

（2）試驗制備的塑膠跑道的各項指標均達到GB/T 14833-1993要求，耐水性能和耐熱空氣老化性能優良． 

[1]江蘇跑道會戰組，聚氨酯橡膠跑道的試制[J]，特種合成橡膠，1980(1);31-37. 
[2]馬娜，塑膠跑道標準要盡快標準要盡快完善[J]，上海標準化，2004（5）；42-43。