CN102329434A - 导电色浆及其低阻聚氨酯材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种导电色浆及其低阻聚氨酯材料，导电色浆包括以下重量份数的原料：碳粉35-55、离子液体30-60、分散剂0.2-1。低阻聚氨酯材料包括以下重量份数的原料：聚酯多元醇100、导电色浆0.8-9、异氰酸酯100-120、催化剂0.5-3。本发明提供一种添加量少、导电性能好的导电色浆。并且还提供一种用于无尘室等洁净场所、抗静电性能好、并对湿度依赖性小、物理机械性能良好的低阻聚氨酯材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种色浆及其采用该色浆的聚氨酯材料，尤其涉及一种导电色浆及其低阻聚氨酯材料。该色浆可广泛用于聚氨酯微孔弹性体和聚氨酯泡沫塑料(泡沫密度＞0.05g/cm3)，有效的降低弹性体和泡沫的体积电阻。
背景技术
黑色色浆一般是用炭黑、滑石粉与基础树脂经研磨混合而成，是常用于制备聚氨酯材料的助剂，添加该助剂可赋予聚氨酯材料均匀的黑色色调。但当用于生产防静电材料时，黑色色浆与常用的低分子类的抗静电剂同时加入，但聚氨酯材料的抗静电效果不佳且对湿度依赖性较强。增加色浆的用量可适当改善聚氨酯材料抗静电效能但是在聚氨酯材料的加工过程中易出现并泡、塌泡现象，严重影响最终产品的物理机械性能，并且增加色浆用量使得色浆配方中的炭黑的增加，导致产品使用过程中留黑，污染工作环境。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中通过色浆中加入低分子类抗静电剂不足以提高聚氨酯材料抗静电效能、过量添加带有抗静电剂的色浆易影响聚氨酯材料的物理机械性能的缺陷，提供一种添加量少即可获得良好抗静电性能的导电色浆。
本发明进一步要解决的技术问题在于，提供一种用于无尘室等洁净场所、抗静电性能好、并对湿度依赖性小、物理机械性能良好的低阻聚氨酯材料。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种导电色浆，包括以下重量份数的原料：碳粉35-55、离子液体30-60、分散剂0.2-1。离子液体是指在室温或接近室温下呈现液态的、完全由阴阳离子所组成的盐，也称为低温熔融盐。
导电色浆中，所述碳粉颗粒半径为0.1-15μm，优选0.5-1.0μm，更优选0.7-0.9μm；
导电色浆中，所述离子液体为K+A-，其中，K+选自以下阳离子：
R1-R5各自独立为H、卤素、C1-C8的烷基、部分氢或所有氢被F、Cl、N(CnF(2n+1-x)Hx)2、O(CnF(2n+1-x)Hx)、SO2(CnF(2n+1-x)Hx)或CnF(2n+1-x)Hx中的一种或多种基团取代的C1-C8的烷基，1＜n＜6且0＜x≤13；
A-选自卤素离子、双氟代烷基磺酰基酰胺离子、全氟代烷基磺酰基酰胺离子、双氟代烷基磺酰基酰胺酰亚胺离子、全氟代烷基磺酰基酰胺酰亚胺离子、烷基甲苯磺酸根离子、芳基甲苯磺酸根离子、全氟代烷基甲苯磺酸根离子、硝酸根离子、硫酸根离子、氢硫酸根离子、烷基硫酸根离子、芳基硫酸根离子、聚醚硫酸根离子、聚醚磺酸根离子、全氟代烷基硫酸根离子、磺酸根离子、烷基磺酸根离子、芳基磺酸根离子、全氟代烷基磺酸根离子、全氟代芳基磺酸根离子、烷基羧酸根离子、芳基羧酸根离子、全氟代烷基羧酸根离子、高氯酸根离子或四氯铝酸根离子、二氰胺离子、硫氰酸根离子、三氰基甲基离子、异硫氰酸根离子、四苯基硼酸根离子、四氟代苯基硼酸根离子、五氟代苯基硼酸根离子、四氟代硼酸根离子、六氟代磷酸根离子、聚醚磷酸根离子或磷酸根离子。
导电色浆中，所述K+优选自：1，3-二烷基咪唑阳离子、1，3-二烷基吡啶阳离子或1，2，3-三烷基咪唑阳离子。
导电色浆中，所述A-优选自：二氰胺离子、硫氰酸根离子、三氰基甲基离子或异硫氰酸根离子。
导电色浆中，所述分散剂为滑石粉或聚丙烯酸钠(DA)分散剂。
导电色浆中，所述导电色浆还包括0.5-1重量份数的偶联剂或/和5-12重量份数的胶体石墨。偶联剂为钛酸酯偶联剂或磷酸酯偶联剂。
所述胶体石墨粒径为0.1-6μm，优选1-5μm，更优选3-4μm。
一种低阻聚氨酯材料，包括以下重量份数的原料：聚酯多元醇100、上述的导电色浆0.8-9、异氰酸酯100-120、催化剂0.5-3。
所述低阻聚氨酯材料中，优选聚酯多元醇中的活泼氢的摩尔数与异氰酸酯中的NCO的摩尔数比例为1∶1。
所述的低阻聚氨酯材料中，还包括发泡剂0.1-3、扩链剂0.2-7、交联剂0.2-5、匀泡剂0.6-1.5中的至少一种。
所述的低阻聚氨酯材料中，所述聚酯多元醇是指数均分子量为1500-2500的聚酯多元醇；所述异氰酸酯为脂肪族二异氰酸酯、环状脂肪族二异氰酸酯或芳香族二异氰酸酯；所述催化剂为叔胺类和有机锡类催化剂。
所述的低阻聚氨酯材料中，所述叔胺类催化剂为三乙烯二胺或四甲基二亚乙基三胺；所述锡类催化剂为二月桂酸二丁基锡。
所述的低阻聚氨酯材料中，所述发泡剂为水或/和一氟二氯乙烷；所述扩链剂为乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丙二醇、一缩二乙二醇、一缩二丙二醇、1，4正丁醇、新戊二醇、1，6-己二醇、环己烷二甲醇中的一种或多种；所述交联剂为三羟甲基丙烷、丙三醇、三乙醇胺、二乙醇胺中的一种；所述匀泡剂为聚醚改性有机硅表面活性剂。
所述的低阻聚氨酯材料中，所述芳香族二异氰酸酯是二苯甲烷二异氰酸酯或改性二苯甲烷二异氰酸酯。
所述的低阻聚氨酯材料中，所述改性二苯甲烷二异氰酸酯是聚酯多元醇和/或聚醚多元醇与二苯甲烷二异氰酸酯、副反应阻值剂混合反应制得的预聚物；所述副反应阻值剂可以为无机酸、有机酸或苯甲酰氯。
所述的低阻聚氨酯材料中，所述二苯甲烷二异氰酸酯为2，2-二苯基甲烷二异氰酸酯、2，4-二苯基甲烷二异氰酸酯或4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种。
本发明中披露了一种新型导电色浆，采用在碳粉中引入高电导率的离子液体，使得色浆的导电性能得到很大的改善。这是由于在微观结构上，碳粉提供远程导电，离子液体提供近程导电。将两者同时应用时，离子液体对相邻碳粉颗粒的搭接起到“桥接”的作用，从而使得材料具有更高的导电性。在色浆中添加离子液体后，即使降低碳粉颗粒添加量的情况下，色浆的导电性不变甚至比原来更高。这种导电色浆为其用于聚氨酯防静电材料提供良好抗静电性能提供保证。本发明添加很少量的导电色浆即可达到普通防静电产品的要求，较大量的添加可以获得抗静电效果更好的产品。且抗静电性能对湿度依赖性小，抗静电效能持久。
本发明的低阻聚氨酯材料中在制备过程中加入导电色浆使其优良的抗静电性能，并且本发明的低阻聚氨酯材料物理机械性能非但没有降低，还相应得到了很大改善。这一方面是由于离子液体在高分子聚氨酯中充当增塑剂的作用，使得材料硬度下降，变得柔软舒适；另一方面可能是由于离子液体吸收混合料中的发泡剂水，而在混合发泡过程中又将其均匀的迅速释放，有效的增加了泡孔的成核率，避免了泡孔因前期成核过快造成后期并泡塌泡等现象，极大的改善了聚氨酯材料的发泡均匀性，使得材料具有细密而分散均匀的泡孔结构。
总之本发明有效提高了色浆的导电性能，改善了聚氨酯材料的抗静电性能及其他物理机械性能的同时，有效的控制了发泡过程中的泡孔成核率，制得的聚氨酯弹性材料泡孔细小均匀。
具体实施方式
实施例1，一种导电色浆，包括以下重量份数的原料：碳粉(0.7μm)55、1-乙基-3-甲基咪唑氯盐43、DA分散剂(聚丙烯酸钠)0.5、钛酸酯偶联剂0.2。
制备方法：将碳粉、离子液体(1-乙基-3-甲基咪唑氯盐)、分散剂和钛酸酯偶联剂充分搅拌混合，然后使用三辊研磨机按照每10分钟一千克的速度研磨3次，或使用球型研磨机按照每15分钟一千克的速度研磨3次，使混合物形成匀质相，即得到导电色浆A。
实施例2，一种导电色浆，包括以下重量份数的原料：碳粉(0.7μm)50、1-乙基-3-甲基吡啶双氟代烷基磺酰基酰胺盐53、DA分散剂(聚丙烯酸钠)0.5、磷酸酯偶联剂1。
制备方法：将碳粉、离子液体(1-乙基-3-甲基吡啶双氟代烷基磺酰基酰胺盐)、分散剂和钛酸酯偶联剂充分搅拌混合，然后使用三辊研磨机按照每10分钟一千克的速度研磨4次，或使用球型研磨机按照每15分钟一千克的速度研磨3次，使混合物形成匀质相，即得到导电色浆B。
实施例3，一种导电色浆，包括以下重量份数的原料：碳粉(0.7μm)45、1-乙基-3-甲基咪唑硝酸盐52、DA分散剂(聚丙烯酸钠)0.5、钛酸酯偶联剂0.5。
制备方法：将碳粉、离子液体(1-乙基-3-甲基咪唑硝酸盐)、分散剂和钛酸酯偶联剂充分搅拌混合，然后使用三辊研磨机按照每10分钟一千克的速度研磨5次，或使用球型研磨机按照每15分钟一千克的速度研磨4次，使混合物形成匀质相，即得到导电色浆C。
实施例4，一种导电色浆，包括以下重量份数的原料：碳粉(0.7μm)55、1-乙基-3-甲基吡啶全氟代烷基羧酸盐45、分散剂(聚丙烯酸钠)0.5、钛酸酯偶联剂0.5。
制备方法：将碳粉、离子液体(1-乙基-3-甲基吡啶全氟代烷基羧酸盐)、分散剂和钛酸酯偶联剂充分搅拌混合，然后使用三辊研磨机按照每10分钟一千克的速度研磨3次，或使用球型研磨机按照每15分钟一千克的速度研磨3次，使混合物形成匀质相，即得到导电色浆D。
实施例5，一种导电色浆，包括以下重量份数的原料：碳粉(0.7μm)50、1-乙基-3-甲基咪唑烷基甲苯磺酸盐45、DA分散剂1、磷酸酯偶联剂0.5。
制备方法：将碳粉、离子液体(1-乙基-3-甲基咪唑烷基甲苯磺酸盐)、分散剂和钛酸酯偶联剂充分搅拌混合，然后使用三辊研磨机按照每10分钟一千克的速度研磨3次，或使用球型研磨机按照每15分钟一千克的速度研磨2次，使混合物形成匀质相，即得到导电色浆E。
实施例6，一种导电色浆，包括以下重量份数的原料：碳粉(0.7μm)55、1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐49、分散剂(聚丙烯酸钠)0.5、钛酸酯偶联剂0.5。
制备方法：将碳粉、离子液体(1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐)、分散剂和钛酸酯偶联剂充分搅拌混合，然后使用三辊研磨机按照每10分钟一千克的速度研磨4次，或使用球型研磨机按照每15分钟一千克的速度研磨3次，使混合物形成匀质相，即得到导电色浆F。
对比实施例1，一种导电色浆，其特征在于，包括以下重量份数的原料：碳粉(0.7μm)105、DA分散剂1、钛酸酯偶联剂0.5。
将碳粉、分散剂、偶联剂充分搅拌混合，然后使用三辊研磨机按照每10分钟一千克的速度研磨4次，或使用球型研磨机按照每15分钟一千克的速度研磨3次，使混合物形成匀质相，即得到导电碳浆F’。
实施例7：一种导电色浆，包括以下重量份数的原料：碳粉(0.7μm)35、1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺盐60、分散剂(聚丙烯酸钠)0.2、钛酸酯偶联剂0.5、胶体石墨(800目)5。
将碳粉、胶体石墨、离子液体(1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺盐)、分散剂和钛酸酯偶联剂分搅拌混合，然后使用三辊研磨机按照每10分钟一千克的速度研磨5次，或使用球型研磨机按照每15分钟一千克的速度研磨4，使混合物形成匀质相，即得到导电碳浆G。
实施例8，一种导电色浆，其特征在于，包括以下重量份数的原料：碳粉(0.7μm)55、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐35、滑石粉0.5、钛酸酯偶联剂0.5、胶体石墨(800目)12。
将碳粉、胶体石墨、离子液体(1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐)、分散剂和钛酸酯偶联剂充分搅拌混合，然后使用三辊研磨机按照每10分钟一千克的速度研磨6次，或使用球型研磨机按照每15分钟一千克的速度研磨5次，使混合物形成匀质相，即得到高导电碳浆H。
实施例9，一种导电色浆，其特征在于，包括以下重量份数的原料：碳粉(0.7μm)55、1-乙基-2，3-二甲基咪唑六氟磷酸盐30、DA分散剂1。
将碳粉、离子液体(1-乙基-2，3-二甲基咪唑六氟磷酸盐)、分散剂充分搅拌混合，然后使用三辊研磨机按照每10分钟一千克的速度研磨4次，或使用球型研磨机按照每15分钟一千克的速度研磨3次，使混合物形成匀质相，即得到高导电碳浆I。
实施例10，一种导电色浆，其特征在于，包括以下重量份数的原料：碳粉(0.7μm)35、1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲黄酰亚胺盐60、滑石粉0.2、胶体石墨(800目)5。
将碳粉、离子液体(1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲黄酰亚胺盐)、分散剂、胶体石墨充分搅拌混合，然后使用三辊研磨机按照每10分钟一千克的速度研磨4次，或使用球型研磨机按照每15分钟一千克的速度研磨3次，使混合物形成匀质相，即得到高导电碳浆J。
一种低阻聚氨酯材料，包括以下重量份数的原料：聚酯多元醇100、导电色浆0.8-9、异氰酸酯80-120、催化剂0.5-3、发泡剂0.1-3、扩链剂0.2-7、交联剂0.2-5、匀泡剂0.6-1.5，其中优选聚酯多元醇中的活泼氢的摩尔数与异氰酸酯中的NCO的摩尔数比例为1∶1。
将上述实施例1-10制备好的高导电色浆A-J，按聚酯多元醇组分质量的不同比例加入到采购的聚氨酯双组份原液(聚酯多元醇)中，聚氨酯双组份原液采购自华峰聚氨酯集团和烟台万华聚氨酯公司，然后加入其他的原料搅拌混合均匀后，其中聚酯多元醇与异氰酸酯组分按比例(调整聚酯多元醇中活泼氢的摩尔数与异氰酸酯中-NCO的摩尔数比例为1∶1)，接着以4000转/分钟的速度高速混合，再浇注入预先保温40-70℃的模具内，在模内进行发泡成型5分钟，最后脱模即得到低阻聚氨酯材料。具体的实施例及对应配方见表1所示，表中采用了1，4正丁醇作为扩链剂，丙三醇作为交联剂，而本发明公开的其他扩链剂乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丙二醇、一缩二乙二醇、一缩二丙二醇、新戊二醇、1，6-己二醇、环己烷二甲醇，完全可以替代1，4正丁醇应用在表1的实施例中，同样，三羟甲基丙烷、三乙醇胺、二乙醇胺也可以完全替代丙三醇应用到表1的实施例中。所制成的低阻聚氨酯材料在不同温湿度条件下测试体积电阻，记录如表2所示。抽样测试A-J十种导电色浆分别以聚酯多元醇的不同比例添加制成的低阻聚氨酯材料的物理机械性能，记录结果如表3所示。
表1具体实施例及对应配方
备注：上述表格中的WANEFLEX 530、JF-P-4170T为所选用不同生产厂家的聚酯多元醇产品的商品型号。WANNATE 8002、JF-I-4118是所选用不同生产厂家的异氰酸酯的商品型号。HCFC-141b是一氟二氯乙烷的商品型号。Catafor F是法国罗地亚公司开发的用于聚氨酯的季铵盐阳离子抗静电剂烷基二甲基乙铵硫酸乙酯盐。
表2低阻聚氨酯材料的电气性能
对比实施例21只加入了导电色浆，其他实施例加入添加离子液体的导电色浆，不难看出添加离子液体后聚氨酯弹性材料的防静电性能有显著提高。对比实施例31采用现有的阳离子季铵盐抗静电剂，不难看出其在不同的湿度条件下变化较大，变化达一个数量级。而采用添加了本发明离子液体的导电色浆制成的样品，对湿度的依赖性较小。
表3低阻聚氨酯材料的物理机械性能
由上表可以看出，采用本发明的高导电色浆制成的低阻聚氨酯材料的切片，其拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度、磨耗及挠曲疲劳性能均较未添加离子液体的对比实施例21有较大改善。
Claims (10)
1.一种导电色浆，其特征在于，包括以下重量份数的原料：碳粉35-55、离子液体30-60、分散剂0.2-1。
2.根据权利要求1所述的导电色浆，其特征在于，所述离子液体为K+A-，其中，K+选自以下阳离子：
R1-R5各自独立为H、卤素、C1-C8的烷基、部分氢或所有氢被F、Cl、N(CnF（2n+1-x）Hx)2、O（CnF（2n+1-x）Hx）、SO2（CnF(2n+1-x）Hx）或CnF(2n+1-x）Hx中的一种或多种基团取代的C1-C8的烷基，1<n<6且0<x≤13；
A-选自卤素离子、双氟代烷基磺酰基酰胺离子、全氟代烷基磺酰基酰胺离子、双氟代烷基磺酰基酰胺酰亚胺离子、全氟代烷基磺酰基酰胺酰亚胺离子、烷基甲苯磺酸根离子、芳基甲苯磺酸根离子、全氟代烷基甲苯磺酸根离子、硝酸根离子、硫酸根离子、氢硫酸根离子、烷基硫酸根离子、芳基硫酸根离子、聚醚硫酸根离子、聚醚磺酸根离子、全氟代烷基硫酸根离子、磺酸根离子、烷基磺酸根离子、芳基磺酸根离子、全氟代烷基磺酸根离子、全氟代芳基磺酸根离子、烷基羧酸根离子、芳基羧酸根离子、全氟代烷基羧酸根离子、高氯酸根离子或四氯铝酸根离子、二氰胺离子、硫氰酸根离子、三氰基甲基离子、异硫氰酸根离子、四苯基硼酸根离子、四氟代苯基硼酸根离子、五氟代苯基硼酸根离子、四氟代硼酸根离子、六氟代磷酸根离子、聚醚磷酸根离子或磷酸根离子。
3.根据权利要求2所述的导电色浆，其特征在于，所述K+选自：1，3-二烷基咪唑阳离子、1，3-二烷基吡啶阳离子或1，2，3-三烷基咪唑阳离子。
4.根据权利要求2所述的导电色浆，其特征在于，所述A-选自：二氰胺离子、硫氰酸根离子、三氰基甲基离子或异硫氰酸根离子。
5.根据权利要求1所述的导电色浆，其特征在于，所述分散剂为滑石粉、或聚丙烯酸钠分散剂。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的导电色浆，其特征在于，所述导电色浆还包括0.5-1重量份数的偶联剂或/和5-12重量份数的胶体石墨。
7.一种低阻聚氨酯材料，其特征在于，包括以下重量份数的原料：聚酯多元醇100、权利要求1-6任意一项所述的导电色浆0.8-9、异氰酸酯100-120、催化剂0.5-3。
8.根据权利要求7所述的低阻聚氨酯材料，其特征在于，所述低阻聚氨酯材料还包括发泡剂0.1-3、扩链剂0.2-7、交联剂0.2-5、匀泡剂0.6-1.5中的至少一种。
9.根据权利要求7所述的低阻聚氨酯材料，其特征在于，所述异氰酸酯为脂肪族二异氰酸酯、环状脂肪族二异氰酸酯或芳香族二异氰酸酯；所述催化剂为叔胺类和有机锡类催化剂。
10.根据权利要求8所述的低阻聚氨酯材料，其特征在于，所述发泡剂为水或/和一氟二氯乙烷；所述扩链剂为乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丙二醇、一缩二乙二醇、一缩二丙二醇、1，4正丁醇、新戊二醇、1，6-己二醇、环己烷二甲醇中的一种或多种；所述交联剂为三羟甲基丙烷、丙三醇、三乙醇胺、二乙醇胺中的一种；所述匀泡剂为聚醚改性有机硅表面活性剂。
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