體育防護(hù)用品中聚氨酯的應(yīng)用

王楠楠

摘要：文章將對聚氨酯在體育防護(hù)用品上的應(yīng)用進(jìn)行綜合論述。聚氨酯是減震材料的一種，本文將具體介紹聚氨酯鋪地材料如何應(yīng)用在現(xiàn)代化的運(yùn)動場，高回彈低壓縮聚氨酯鞋底料以及一些制備方法，如聚氨酯基智能柔性彈性體、聚氨酯防護(hù)頭盔、雙密度聚氨酯鞋底料等。文章對生產(chǎn)運(yùn)動衣、游泳衣等防水透濕快干透氣聚氨酯面料的制備方法也進(jìn)行了論述?？傊郯滨ゾ哂蟹雷o(hù)作用，所以體育用品可廣泛應(yīng)用聚氨酯。

關(guān)鍵詞：體育防護(hù);聚氨酯;應(yīng)用

中圖分類號：TQ323.9文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）07-0072-03

聚氨酯是化學(xué)結(jié)構(gòu)上主鏈含有相同的氨基甲酸醋團(tuán)的一種高分子材料，以其為主要材質(zhì)的產(chǎn)品包含：合成革、膠黏劑、纖維、塑料泡沫、彈性體、圖層材料等。對比合成樹脂材料，聚氨酯為材質(zhì)的產(chǎn)品具備很多良好的性能，如：吸震能力強(qiáng)、耐腐蝕等。因此，無論是日常生活用品，亦或是高尖端的領(lǐng)域，聚氨酯都在發(fā)揮不可替代的作用。

1 聚氨酯的應(yīng)用領(lǐng)域

1.1聚氨酯應(yīng)用于運(yùn)動場地

在1960年，美國3M公司最先研發(fā)和建設(shè)了一個全聚氨酯的賽馬跑道，以后的比賽中，運(yùn)動會的場地都開始采用聚氨酯材質(zhì)，首次正式使用由聚氨酯材質(zhì)制作的跑道是第19屆奧林匹克運(yùn)動會，同時將其作為運(yùn)動比賽的專用設(shè)施。我國在1970年也研發(fā)出聚氨酯跑道，其使用范圍也在逐漸擴(kuò)大，由最早競技體育場地使用發(fā)展到所有學(xué)校的運(yùn)動場乃至全民健身的場所，如圖1所示。我國運(yùn)動場地的建設(shè)材質(zhì)以甲苯二異氰酸醋（TDI）型聚氨酯塑料為主要材料。TDI對人體有害，所以研發(fā)無害且綠色環(huán)保的二苯基甲烷二異氰酸醋（MDD型聚氨酯彈性體成為重點(diǎn)。因?yàn)镸DI的黏度大、儲存時化學(xué)穩(wěn)定性較差、成本較高的因素在實(shí)際的應(yīng)用中帶來很多問題。讓輕甲基丙烷（TMP）與MDI在70℃下共混4h后，形成聚氨酯固化劑，漆膜柔韌性好，適合低溫條件下固化，既可以減少有毒氣體，又能降低成本。

1.2聚氨酯材質(zhì)的頭盔

防護(hù)頭盔的重要作用是防止頭部受到傷害或者是保護(hù)頭部減少因碰撞造成的傷害，其在運(yùn)動領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，特別是在跆拳道運(yùn)動中。當(dāng)頭部遭受到碰撞時，聚氨酯可以有效吸收碰撞力，圖2所示是聚氨酯防護(hù)頭盔。由襯墊層、兩層硅膠墊和聚氨酯成型的外層共同組成防護(hù)頭盔，襯墊層的組成材料是：梭甲基纖維素0.50-1.50phr、丙烯睛一苯乙烯共聚物9.00～11.00phr、MDI5.00～50.00phr、無膠碳纖維10.00～14.00phr、核殼丙烯酸彈性乳液15.00～20.00phr、四氫呋喃一氧化丙烯共聚醚二醇20.00～25.00phr、納米二氧化硅5.00～10.00phr、聚四氫呋喃醚二醇33.00～43.00phr、水解穩(wěn)定劑0～10.00phr、納米銀粉末0.05～2.05phr、乙二醇15.00～20.00phr。某家公司研制的一種聚氨酯防護(hù)頭盔用于跆拳道，防護(hù)頭盔的主要由聚氨酯一體結(jié)構(gòu)。聚氨酯材料的A組包含：一氟二氯乙烷發(fā)泡劑10.00phr、擴(kuò)鏈劑7.00phr（乙二醇3.00phr，1，4丁二醇4.00phr）、胺類催化劑1.30phr、硅烷類表面活性劑0.75phr、聚合物多元醇50.00phr、相對分子質(zhì)量為5000的聚醚多元醇50.00par。B組為MDI，質(zhì)量之比為0.36的B組和A組在40℃的條件下進(jìn)行反應(yīng)。防護(hù)頭盔的具體制造工藝是：首先將模具的內(nèi)部擦拭干凈，然后在里面均勻的噴一層離型劑，閉合模具同時將其壓緊，進(jìn)而在灌注口注入聚氨酯原料使其在模具的內(nèi)部發(fā)泡，在注入結(jié)束時立刻封閉灌注口，控制模具型的溫度在300℃，晃動模具，再其熟化的24min后在打開模具拿出產(chǎn)品，然后進(jìn)行修理邊角和清理模具內(nèi)部，這樣就完成防護(hù)頭盔的制作了。聚氨酯防護(hù)頭盔應(yīng)用十分廣泛，不僅在跆拳道項(xiàng)目中使用，而且也應(yīng)用于自行車、摩托車運(yùn)動中。

1.3聚氨酯鞋底料

運(yùn)動鞋需要滿足消費(fèi)者的體驗(yàn)需求和用途特殊的運(yùn)動需求，當(dāng)前生產(chǎn)的運(yùn)動鞋，通常使用較大硬度的材料，進(jìn)而滿足其回彈要求，這樣的材質(zhì)其密度也較大，壓縮后極易變形，若穿著時間過長，就容易造成鞋底發(fā)泡材料變形，這極大的影響了運(yùn)動鞋的舒適度和外觀。佛山市北朝源科技服務(wù)有限公司研發(fā)出了一種軟質(zhì)高回彈低壓縮的發(fā)泡材料，這種材料可有效解決現(xiàn)有運(yùn)動鞋的缺陷，特別是現(xiàn)存的鞋底料回彈方面和壓縮性能方面的問題。密度較低的中底和密度較高的大底組成了雙密度聚氨酯鞋底。密度較高、結(jié)構(gòu)精細(xì)的大底直接接觸地面，使得運(yùn)動鞋具有良好的耐磨性和較高的強(qiáng)度。密度較低的中底處于大底的上層，它質(zhì)地柔軟，具有較高的舒適度。在夏季實(shí)際生產(chǎn)時，中底與大底很容易產(chǎn)生粘貼不牢固的現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為中底與大底的接合處容易裂開。如何有效的解決上述問題呢？高黏緒性雙密度聚氨酯鞋底的制備方法效果較好。將不同比例的聚合物多元醇、擴(kuò)鏈劑以及聚酯多元醇等進(jìn)行混合，在正常溫度下，分別投入進(jìn)反應(yīng)釜中攪拌一小時到兩小時左右，制取A1組分、A2組分。把常溫條件下的聚酯多元醇放入反應(yīng)釜中進(jìn)行攪拌，攪拌后不斷升溫，升至95℃時就會脫水脫氣，溫度下降至50℃就加入MDI于82℃反應(yīng)2h再添加碳化二亞胺改性MDI，攪拌半小時就得到了B組分。分別將這些材料注射進(jìn)低壓澆注機(jī)料罐中。高密度的大底由A1組分與B組所制出，模具開模后在大底的表面澆注A2組分和B組分，得出了高黏緒性雙密度聚氨酯鞋底制品。類型多樣的聚氨酯鞋底料，既可以滿足普通人的日常運(yùn)動需求又可以滿足運(yùn)動員在賽場的競技要求。

2 聚氨酯材質(zhì)的面料

聚氨酯材料具備防水的性能，如在服裝的面料上添加可以防雨，然而普通的聚氨酯都是不透氣的。美國戈?duì)柶髽I(yè)最先給出防水透氣的聚氨酯的概念，長期以來，防水透濕的聚氨酯一直是研發(fā)的重點(diǎn)。一種耐較高的水壓、透濕的聚氨酯膜，其最薄的厚度是20mm，耐水壓高于0.5MPa，而且透濕程度大于1000g/（m²·d）。最先制造環(huán)氧乙烯和三輕羥基環(huán)氧丙烯的共聚醚中間產(chǎn)物（POEO-5000），在高壓條件的反應(yīng)中添加催化劑單體三官能團(tuán)，反應(yīng)室密封并且需要用氮?dú)鈱⒀鯕馀懦螅谕ㄈ谁h(huán)氧丙烯，控制反應(yīng)的溫度在45℃左右，反應(yīng)的時間在24h，進(jìn)而得到聚醚中間體，催化劑的使用量大概是產(chǎn)物質(zhì)量的0.5%，再次添加環(huán)氧乙烯，溫度的控制仍是45℃左右，反應(yīng)時間仍是24h左右，得到（POEO-5000），在聚氨酯的反應(yīng)中脫水、排氧、抽真空，添加MDI，使得溫度升高至60℃，滴加POEO-5000n（POEO-5000）=3：1，控制反應(yīng)溫度在70～80℃，在反應(yīng)2h左右后使其降低溫度至常溫可得聚氨酯預(yù)聚體，添加擴(kuò)鏈劑使其發(fā)生擴(kuò)鏈反應(yīng)，產(chǎn)生聚氨酯膠，然后在進(jìn)行涂布試驗(yàn)，當(dāng)膠量是40g/m時，耐水壓>0.5MPa，透濕度>1500g/（m²·d）?，F(xiàn)在，有三種防水透濕透氣的面料，分別是涂層織物、高密織物和曾壓織物等。由高分子防水且透氣的材料和布合成的就是涂層織物，其具備良好的防水透濕性能，但其手感差、防風(fēng)效果不佳、水洗性能不好以及很難被自然降解等缺點(diǎn)。防水透氣的聚氨酯面料兼具透氣性和防水性兩大優(yōu)勢，此面料使用的聚氨酯基材層，其兩面有面膠涂層和底膠涂層。聚氨酯基材層的制作方法：在反應(yīng)容器中加入聚醚型聚氨酯，使得其預(yù)熱到70℃，然后添加聚醚型聚氨酯、木質(zhì)纖維素、含氫硅油、膨脹珍珠巖、凹凸棒土、納米二氧化欽、硅烷偶聯(lián)劑、消泡劑、乙醇等，攪拌混合，升溫至106℃，在經(jīng)過保溫45min后運(yùn)送到織布機(jī)中就可得聚氨酯基材層。底膠涂層的制作：在反應(yīng)容器中添加聚醚型聚氨酯，升至66℃，后添加欽白粉、竹炭纖維、脂肪醇聚氧乙烯醚N1N-二甲基甲酰胺（DMF）溶劑等，升至95℃，保溫25min，就生成底膠涂層。面膠涂層的制取：在反應(yīng)容器中加入聚醚型聚氨酯，使其預(yù)熱到70℃，依次加入欽白粉、DMF溶劑、紫外光吸收劑、十二烷基磺酸鈉等，將溫度升高到105℃，攪拌均勻并保溫30min左右，就制備出面膠涂層。在120℃的聚氨酯基材層上涂覆底膠涂層，在145℃時加熱然后凝固5min左右后得復(fù)合組。在130℃的聚氨酯基材層的另一面涂覆面膠涂層，加熱170℃后凝固10min左右得聚氨酯面料。由此制備的面料其透濕度為153g（m²·d），透氣率為0.52cm³/（cm²·s）。例如速干透氣彈力的泳衣，其面料是由內(nèi)彈性材料層、外彈性材料層和中間層組成。外彈性層的材質(zhì)是聚碳酸型聚氨酯膜，中間層材質(zhì)是織物面料，內(nèi)彈性層的材質(zhì)是聚對苯二甲酸乙二醋與氨綸相結(jié)合的面料。這種面料可將濕氣、水份等及時傳送到織物的表面上，而且在水中運(yùn)動可也可降低阻力，彈力十足，可是穿著的人保持最好的狀態(tài)。

3 結(jié)語

聚氨酯的用途非常廣泛，它既可以作為減震材料應(yīng)用到體育用品中，也可大量用于制造跑道、鞋底、地坪及頭盔等。聚氨酯纖維面料所制成的游泳衣和運(yùn)動衣具有迅速干燥和降低摩擦力的特殊功效?？傊?，聚氨酯材料的應(yīng)用有助于運(yùn)動員成績的提高，因此，聚氨酯材料在體育防護(hù)用品中有著巨大的發(fā)展前景。