CN105176057B - 防静电优力胶及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防静电优力胶及其制备方法和应用。所述防静电优力胶包含按照重量份数的如下组分：A组分85～88份；硫化剂12～15份；其中，以所述A组分总重量份计，所述A组分包括：多元醇70～75份；固化剂20～25份；抗静电剂1～5份。本发明的防静电优力胶，具有永久性抗静电性能，不会因长时间使用或经常清洗等导致防静电能力失效，可广泛应用于电子、医疗器械、汽车零部件及仪器仪表等领域中。

Description

防静电优力胶及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及新型材料技术领域，尤其涉及一种防静电优力胶及其制备方法和应用。

背景技术

优力胶，又称聚氨酯PU弹性体，是一种具有强度好，压缩变形小，表面光滑且有光泽而致密，介于塑料和橡胶之间的一种新型材料，具有塑料的刚性，又有橡胶的弹性，可在-40℃～80℃温度范围内长期使用，其耐磨性和自润滑性比绝大多数工程塑料优越，同时又具有良好的耐油、耐氧化物心梗那，是目前用的比较广泛的替代橡胶。

优力胶配合仪器设备使用时，与空气、水气、灰尘等微粒发生摩擦可能容易产生静电，如用于医疗器械中，静电过多产生电火花，可能会导致麻醉剂等的爆炸，伤害医生和病人；而在煤矿井的仪器设备中，会因静电的积累产生火花而引发瓦斯爆炸。

总之，优力胶使用时，容易产生静电，而静电危害中最严重的静电放电引起可燃物的起火和爆炸。为避免出现类似的危险情况，人们对优力胶的抗静电进行了改善。

目前市场上常见的优力胶其防静电性能主要通过外涂的方式，即将抗静电剂涂覆于优力胶表面；或将优力胶浸渍于含有抗静电剂的溶液中，经过干燥处理使得一层抗静电剂附着于优力胶表面。

但是，这种外涂方式获得的具有抗静电能力的优力胶具有比较大的缺陷，优力胶长期外露在恶劣的环境如雨水冲刷等，容易导致表面的抗静电剂涂层脱落，抗静电失效；或者使用过程中出现磨损，也容易导致抗静电部分失效或全部失效，易引发危险。因此，如何开发一种不会因为磨损或清洗导致抗静电性能消失的防静电优力胶就显得十分重要。

发明内容

本发明实施例提供一种防静电优力胶及其制备方法，以于克服现有优力胶存在的抗静电性能容易失效等问题。

本发明实施例的另一目的在于提供该防静电优力胶的应用。

为达到上述发明目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

一种防静电优力胶，包括按照重量份数的如下组分：

A组分 85～88份；

硫化剂 12～15份；

其中，以所述A组分总重量份计，所述A组分包括：

多元醇 70～75份；

固化剂 20～25份；

抗静电剂 1～5份。

以及，上述所述防静电优力胶的制备方法，包括A组分的制备方法和防静电剂优力胶的制备方法；

其中，

所述A组分的制备方法包括以下步骤：

按照上述所述的配方称取多元醇、固化剂及抗静电剂组分；

将称取的所述多元醇进行加热处理，形成第一物料液；

将所述第一物料液进行降温处理后，再将称取的所述固化剂加入，进行加热反应处理，形成预聚体；

将称取的所述抗静电剂加入所述预聚体中进行再次反应处理，获得A组分；

所述防静电优力胶的制备方法包括以下步骤：

将所述A组分加热至75℃～80℃，然后进行过滤处理；

并按照上述所述的配方组分分别称取过滤处理后的A组分、硫化剂；

将称取的所述硫化剂进行熔化处理，然后与称取的所述A组分进行混料、浇注处理；

将所述浇注获得的物料进行成型及硫化处理。

以及，相应地，上述防静电优力胶或防静电优力胶的制备方法制备的防静电优力胶在电子、医疗器械、汽车零部件及仪器仪表领域中的应用。

上述实施例的防静电优力胶，具有永久性防静电性能，不会出现因长期使用或经常清洗而导致防静电能力失效，适合推广是应用。

上述实施例的防静电优力胶的制备方法，先制备A组分，再将A组分与硫化剂进行混合、浇注、成型及硫化处理，制备工艺简单，反应条件温和，可以工业化大规模生产。

上述实施例的防静电优力胶应用于电子、医疗器械、汽车零部件及仪器仪表领域中，能够永久性的具有防静电性能，不会因为电子产品、医疗器械、汽车零部件以及仪器仪表的年久失修、安全检查漏检等出现因静电的积累而可能引发的静电危险事故。因此，具有巨大的应用前景。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种防静电优力胶，包括按照重量份数的如下组分：

A组分 85～88份；

硫化剂 12～15份；

其中，以所述A组分总重量份计，所述A组分包括：

多元醇 70～75份；

固化剂 20～25份；

抗静电剂 1～5份。

其中，在任一实施例中，A组分为防静电优力胶的主要组分，主要由多元醇、固化剂及抗静电剂按上述重量份数比并且照常规混合反应而成。优选地，多元醇由多元醇I与多元醇II按照重量比为(64～78):(22～36)的比例进行混合而成，在该混合比例下有效分子量稳定，并且提高最终产品的耐磨系数。优选地，多元醇I选用数均分子量为900～1200的多元醇，该类型的多元醇I分子量稳定，有利于确定产品的成分。优选地，多元醇II选用数均分子量为2000～2500的多元醇，具体可采用数均分量为2000或2200的多元醇，该类型的多元醇II与多元醇I相互结合能够增强最终产品耐磨性能。优选地，固化剂为异氰酸酯中的任一种，异氰酸酯因其结构中具有不饱和键，在与多元醇I及多元醇II的混合中，具有很高的反应活性，促进混合多元醇的羟基与其反应生成氨甲基酸酯。更为优选地，异氰酸酯的数均分子量在80～100之间，低分子量的异氰酸酯反应速度效快经济效益适中，避免生产成本过高。

在任一实施例中，抗静电剂为表面活性剂类内混型抗静电剂或高分子永久型抗静电剂中的至少一种。具体是将所述抗静电剂与A组分中其他组分混合，使得抗静电剂与A组分的其他组分呈均匀分散态。对于表面活性剂类内混型抗静电剂，当其和多元醇I、多元醇II及固化剂混合物处于熔融状态时，表面活性剂类内混型抗静电剂分子就在聚合物与空气的界面形成最稠密的取向排列，其中亲油基伸向聚合物内部，亲水基伸向聚合物外部。待聚合物固化后，抗静电剂分子上的亲水基都朝向空气一侧排列，形成一个单分子导电层。在加工和使用中，经过拉伸、摩擦和洗涤等会导致材料表面抗静电剂分子层的缺损，抗静电性能也随之下降。但是不同于外涂敷型抗静电剂，经过一段时间之后，材料内部的抗静电剂分子又会不断向表面迁移，使缺损部位得以恢复，重新显示出抗静电效果。由于该类型抗静电剂是通过吸收环境水分，降低材料表面电阻率达到抗静电目的，所以对环境湿度的依赖性较大。显然，环境湿度越高，抗静电剂分子的吸水性就越强，抗静电性能就越显著。而高分子永久型抗静电剂属亲水性聚合物，当其和多元醇I、多元醇II及固化剂共混后，一方面由于其分子链的运动能力较强，分子间便于质子移动，通过离子导电来传导和释放产生的静电荷；另一方面，抗静电能力通过其特殊的分散形态体现。高分子永久型抗静电剂主要是在制品表层呈微细的层状或筋状分布，构成导电性表层，而在中心部分几乎呈球状分布，形成所谓的“芯壳结构”，并以此为通路泄漏静电荷。高分子永久型抗静电剂通过降低材料体积电阻率来达到抗静电效果，不完全依赖表面吸水，受环境的湿度影响比较小。

在任一实施例中，硫化剂为莫卡、或莫卡(英文简称：MOCA)与三羟甲基丙烷(英文简称：TMP)以任一比例形成的混合物、或莫卡与三羟甲基丙烷(英文简称：TMP)及三异丙醇胺(英文简称：TIPA)以任一比例形成的混合物中的任一种。莫卡作为硫化剂，在本发明实施例防静电优力胶形成过程中，通过其交联或架桥作用，而使得混合组分中的多元醇I、多元醇II、固化剂、抗静电剂等相互交联形成网状的稳定结构，最终获得性能稳定的材料；当莫卡与三羟甲基丙烷混合时莫卡作为硫化剂，而三羟甲基丙烷则作为扩链剂，其分子结构中有3个羟甲基，可与有机酸反应生成单酯或多酯，两者混合起到协同增强交联或架桥作用；同样地，当莫卡、三羟甲基丙烷及三异丙醇胺三者混合使用时，三异丙醇胺与三羟甲基丙烷的作用相同，三者混合同样具有增强交联或架桥的作用。

本发明实施例提供的防静电优力胶，具有永久性抗静电性能，不会因长时间使用或经常清洗等导致防静电能力失效。因此，可大规模生产和使用。

相应地，本发明实施例还提供了该防静电优力胶的制备方法，包括A组分的制备方法和防静电剂优力胶的制备方法；

其中，

所述A组分的制备方法包括以下步骤：

(1)按照上述所述的配方称取多元醇、固化剂及抗静电剂组分；

(2)将称取的所述多元醇进行加热处理，形成第一物料液；

(3)将所述第一物料液进行降温处理后，再将称取的所述固化剂加入，进行加热反应处理，形成预聚体；

(4)将称取的所述抗静电剂加入所述预聚体中进行再次反应处理，获得A组分；

所述防静电优力胶的制备方法包括以下步骤：

(a)将所述A组分加热至75℃～80℃，然后进行过滤处理；

(b)并按照上述所述的配方组分分别称取过滤处理后的A组分、硫化剂；

(c)将称取的所述硫化剂进行熔化处理，然后与称取的所述A组分进行混料、浇注处理；

(d)将所述浇注获得的物料进行成型及硫化处理。

具体地，上述(2)中，采用反应釜作为反应装置。先将多元醇置于反应釜加热至35℃～45℃，多元醇为由数均分子量为900～1200的多元醇I和数均分子量为2000～2500的多元醇II按照(64～78):(22～36)混合而成。加热处理时，控制反应釜温度在55℃～60℃，控制反应釜在该温度下，主要是为了提高多元醇I和多元醇II混合均匀及反应活性，加热处理时间为5min～10min。

上述(3)中，将第一物料液的温度将低至25℃～30℃，以避免加入固化剂时反应过快，不易控制反应进程。然后将反应釜温度调整至55℃～60℃，恒温反应2.5h～3.5h。

上述(4)中，将静电剂加入后，仍然在55℃～60℃，恒温反应2.5h～3.5h，以确保静电剂参与混合反应完全。

在进行防静电优力胶的制备之前，最好先将上述(4)获得的A组分静置至少28h，再投入使用，静置时间越长使得其反应后的分子体系更加稳定,更加有效地体现其优异的防静电效果。

具体地，上述(a)中，将A组分加热至75℃～80℃，主要是为了提高其反应活性，以利于参与进一步的反应，以避免A组分在与硫化剂混合后再升温导致硫化有缺陷。

上述(b)中，硫化剂与A组分的混料处理，应置于搅拌器中，搅拌至少10min，然后将搅拌均匀的硫化剂与A组分混合物浇注至相应的模具中。

上述(c)中，将(b)浇注后的模具立即转移至烤箱中，在110℃～120℃的条件下烘烤至少45min，从而实现防静电优力胶的成型处理。

上述(c)中，将经过成型处理获得的防静电优力胶转移至硫化设备中，在100℃～110℃条件下硫化8h～12h，即可获得本发明实施例的防静电优力胶。

本发明实施提供的防静电优力胶的制备方法，先制备A组分，再将A组分与硫化剂进行混合、浇注、成型及硫化处理，混料及加热反应处理时间充足，混料时间充分，混料均匀，避免因混料不均匀而各组分不均一，并且反应时间适合，原料全部参与反应，不存在残余料，整个制备过程温度缓和，工艺条件简单，适于实现工业化生产。

对应地，在上述本发明实施例防静电优力胶配方及制备方法的基础上，本发明实施例还提供了该防静电优力胶在电子、医疗器械、汽车零部件及仪器仪表领域中的应用。

该防静电优力胶用于电子领域中，可有效避免因电子设备长期在干燥的环境中使用产生静电而对电子元器件产生不可修复的破坏；用于医疗器械中，能够有效避免设备产生的静电在医疗救治过程中对医生及病人造成的危害；而用于汽车零部件中能避免静电产生火花而可能导致汽车自燃的风险；用于仪器仪表领域，当仪器仪表用于易产生静电起火致使人民生命财产受到损失的环境使，可有效保护生命人们生命财产安全。除上述应用领域，还可以应用于液体运输管道、把手及化工容器中。由此可见，本发明实施例提供的防静电优力胶具有广阔的应用前景。

以下通过多个实施例来举例说明上述防静电优力胶及其制备方法。

实施例1

一种防静电优力胶及其制备方法。其中，防静电优力胶包含重量份数为88份的A组分和12份的硫化剂，其中，以所述A组分总重量份计，所述A组分包括如下重量份数的组分：

多元醇 70

异氰酸酯 25；

抗静电剂 5；

其中，以所述多元醇总重量份计，所述多元醇由1000分子的多元醇I与2000分子的多元醇II按照重量比为64:36混合而成；

所述硫化剂为莫卡。

该防静电优力胶的制备方法包括如下步骤：

首先，按照实施例1提供的组分含量称取各组分，向反应釜中加入称取的1000分子的多元醇I、2000分子的多元醇II，将反应釜加热至40℃，然后升温至55℃，将所述1000分子的多元醇I、2000分子的多元醇II进行加热处理，加热搅拌10min；

其次，将反应釜内的多元醇混合液温度降至30℃，此时，加入异氰酸酯，升温至55℃，恒温反应3.5h；

第三，向反应釜中加入抗静电剂，继续保持55℃下恒温反应3.5h，及获得A组分。

第四，将A组分冷却至少28h后，按照上述A组分和硫化剂的配合比例，称取过量的A组分，加热至75℃，然后过滤并称量按照上述A组分和硫化剂配合比例的A组分和硫化剂，将两者混合，搅拌均匀；

第五，将A组分和硫化剂经搅拌均匀的混合物浇注入模具，并将模具转移至烤箱中，110℃烘烤45min；

第六，出模处理，然后将出模后的防静电优力胶置于硫化设备中，在100℃条件下硫化处理8h，即可获得最终的防静电优力胶产品。

实施例2

一种防静电优力胶及其制备方法。其中，防静电优力胶包含重量份数为85份的A组分和15份的硫化剂，其中，以所述A组分总重量份计，所述A组分包括如下重量份数的组分：

多元醇 75

异氰酸酯 24；

抗静电剂 1；

其中，以所述多元醇总重量份计，所述多元醇由1200分子的多元醇I与2500分子的多元醇II按照重量为78:22混合而成；所述硫化剂为莫卡与TMP及TIPA三者以任意比形成的混合物。

该防静电优力胶的制备方法包括如下步骤：

首先，按照实施例2提供的组分含量称取各组分，向反应釜中加入称取的1200分子的多元醇I、2500分子的多元醇II，将反应釜加热至45℃，然后升温至60℃，将所述1200分子的多元醇I、2500分子的多元醇II进行加热处理，加热搅拌5min；

其次，将反应釜内的多元醇混合液温度降至25℃，此时，加入异氰酸酯，升温至58℃，恒温反应3.0h；

第三，向反应釜中加入抗静电剂，继续保持58℃下恒温反应3.0h，及获得A组分。

第四，将A组分冷却至少28h后，按照上述A组分和硫化剂的配合比例，称取过量的A组分，加热至80℃，然后过滤并称量按照上述A组分和硫化剂配合比例的A组分和硫化剂，将两者混合，搅拌均匀；

第五，将A组分和硫化剂经搅拌均匀的混合物浇注入模具，并将模具转移至烤箱中，115℃烘烤50min；

第六，出模处理，然后将出模后的防静电优力胶置于硫化设备中，在105℃条件下硫化处理10h，即可获得最终的防静电优力胶产品。

实施例3

一种防静电优力胶及其制备方法。其中，防静电优力胶包含重量份数为86份的A组分和14份的硫化剂，其中，以所述A组分总重量份计，所述A组分包括如下重量份数的组分：

多元醇 73

异氰酸酯 24；

抗静电剂 3；

其中，以所述多元醇总重量份计，所述多元醇由900分子的多元醇I与2400分子的多元醇II按照重量为70:30混合而成；

所述硫化剂为莫卡和TMP以任意比形成的混合物。

该防静电优力胶的制备方法包括如下步骤：

首先，按照实施例3提供的组分含量称取各组分，向反应釜中加入称取的900分子的多元醇I、2400分子的多元醇II，将反应釜加热至40℃，然后升温至57℃，将所述900分子的多元醇I、2400分子的多元醇II进行处理，加热搅拌8min；

其次，将反应釜内的多元醇混合液温度降至28℃，此时，加入异氰酸酯，升温至60℃，恒温反应2.5h；

第三，向反应釜中加入抗静电剂，继续保持60℃下恒温反应2.5h，及获得A组分。

第四，将A组分冷却至少28h后，按照上述A组分和硫化剂的配合比例，称取过量的A组分，加热至78℃，然后过滤并称量按照上述A组分和硫化剂配合比例的A组分和硫化剂，将两者混合，搅拌均匀；

第五，将A组分和硫化剂经搅拌均匀的混合物浇注入模具，并将模具转移至烤箱中，110℃烘烤45min；

第六，出模处理，然后将出模后的防静电优力胶置于硫化设备中，在100℃条件下硫化处理12h，即可获得最终的防静电优力胶产品。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种防静电优力胶的制备方法，其特征在于：包括A组分的制备和防静电优力胶的制备步骤：

1)A组分的制备步骤包括：

以所述A组分总重量份计，包括如下组分：

多元醇 70；

异氰酸酯 25；

抗静电剂 5；

以所述多元醇总重量份计，所述多元醇由数均分子量为1000的多元醇I和数均分子量为2000的多元醇II按照重量比为64:36进行混合而成；

向反应釜中依次加入所述多元醇I和多元醇II，并将反应釜加热至40℃，然后升温至55℃，将所述多元醇I和所述多元醇II进行加热搅拌处理10min；

将所述反应釜中的所述多元醇混合液的温度降至30℃，并加入所述异氰酸酯，升温至55℃，恒温反应3.5h；

向所述反应釜中加入所述重量份的抗静电剂，继续保持55℃，恒温反应3.5h，获得所述A组分；

2)防静电优力胶的制备步骤包括：

将所述A组分冷却至少28h后，称取过量的所述A组分进行加热至75℃，过滤，然后按照重量份比为所述A组分：莫卡硫化剂＝88:12，将所述A组分和所述莫卡硫化剂进行混料处理，得到混合物料；

将所述混合物物料进行浇注处理，并与浇注的模具一起转移至烤箱中，在110℃下烘烤45分钟；

出模处理，将出模得到的防静电优力胶置于硫化设备中，在100℃下硫化处理8h；所述抗静电剂为内混型抗静电剂、高分子永久型抗静电剂中的至少一种。