CN108795014A - 一种施工简便、即时发泡聚氨酯导电泡沫及其制备方法 - Google Patents

一种施工简便、即时发泡聚氨酯导电泡沫及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于聚氨酯泡沫塑料技术领域，公开了一种施工简便、即时发泡聚氨酯导电泡沫及其制备方法。该方法先通过合成导电聚合物(聚苯胺或聚吡咯)，通过一定的分散工艺将合成后经过适当处理的导电聚合物均匀分散在商用异氰酸酯(黑料)中，再将商用聚醚多元醇(白料)与黑料强力搅拌混合均匀，一次成型发泡得到制品。本发明制得的导电聚氨酯泡沫塑料，具有很好的导电性能，当导电聚合物含量仅为2.0wt％时(以单体的投放量计算)，其体积电阻率可以达到106‑8Ω·cm左右。其他性能如发泡率保留90％左右，聚氨酯的机械力学性能保留70％。其导电性能可以满足国防、矿山、坑道、电子信息产业等领域对抗静电电泡沫塑料的需求。

Description

一种施工简便、即时发泡聚氨酯导电泡沫及其制备方法
技术领域
本发明属于导电泡沫技术领域，尤其涉及一种施工简便、即时发泡聚氨酯导电泡沫及其制备方法。
背景技术
聚氨酯泡沫材料具有膨胀率高、抗渗性好、密封性好、耐腐蚀、轻质，对电、热具有良好的绝缘性等特点，被大量应用于隧道、矿山填堵防渗、同时提高破碎岩体的强度以及用作电子信息产业等的包装材料。然而，聚氨酯泡沫材料具有高的表面电阻和体积电阻(例如体积电阻率高达1011-1013Ω.m)，容易产生静电从而存在极大地静电安全隐患(例如产生的静电电压可达3-4×103V)。因此，在使用环境中，对该材料有一定的抗静电要求，例如，包装用的聚氨酯泡沫材料要求电导率不高于1011Ω.m，矿山及坑道则采用的标准MT113-1995，要求表面电阻小于3.0×108Ω.m。
改变非导电高分子材料抗静电性能的方法主要是涂覆导电层及添加导电物两种方式。前一种方式对于泡沫塑料来说，主要是导电溶液浸泡与接枝使泡沫具有抗静电性。例如Yanbing Wang等(Yanbing Wang et al,Chemistry of Materials；2008)采用将已发泡的聚氨酯曝露在吡咯单体的气氛中，然后再用化学方法聚合。这种方式显然不适宜于坑道隧道现场施工，但对于体积不大的包装材料而言，则影响不大；后一种方式则相对简便，主要采用混入抗静电剂(如季铵盐类、磷酸酯类、亲水性有机高分子，聚氧化乙烯的共聚物等)或者导电填料(如导电聚合物及碳系的碳黑、石墨、碳纳米管、石墨烯等)，这种方法在聚氨酯泡沫材料领域内已有文献一些报道(姜志国等，《化学推进剂与高分子材料》；2017)，但专利报到不多，距工业应用还较远。抗静电的泡沫塑料，尤其是能适用于矿山隧道、施工简易的导电聚氨酯泡沫塑料还未见报到。这可能是因为聚氨酯泡沫由于要求交联多孔的结构，在发泡的过程中，因为相容性、共混温度升高、连续相拉伸及收窄，使得加入的导电填料或者抗静电剂有效接触面(点)断开等原因，导电网络不易形成泡沫塑料达不到MT113-1995抗静电要求。例如田春蓉等(梁书恩等，《塑料工业》；2009)采用导电碳黑及十六烷基三甲基溴化铵作为复合抗静电剂，制备了抗静电半硬质聚氨酯整皮泡沫。用球磨机将导电碳黑均匀分散在聚醚组分中，当加入导电碳黑用量大于3份，或采用1.5份以上导电碳黑与2.5份十六烷基三甲基溴化铵相结合，材料的体积电阻率下降到108-9Ω·m；但继续增加导电碳黑的用量，不仅没有进一步降低材料的电阻率，反使其电阻率在同一数量级下还略有下降。分析认为，碳黑粒子在以泡孔结构为主的材料内部很难形成链状的导电通路，仅当孤立的碳黑粒子间的内部电场很强时，电子能跃迁过隔层势垒产生场致发射电流。白淼等(白淼等，《广州化工》；2013)将两种抗静电剂复配与十六烷基三甲基溴化铵协同使用，制备的抗静电聚氨酯泡沫塑料，材料的表面电阻率可以降低到108Ω.m。另一方面，当抗静电剂加入配方参与发泡时，也往往可能造成物料粘度过大，不易操作，甚至在发泡时发生并泡、塌泡、抗静电性能不均匀及不稳定等问题，影响泡沫性能。Jingcheng Wang等(Jincheng Wang et al，Journal ofElastomers and Plastics；2009)加入抗静电剂AgIO3，浇注发泡并150℃加热熟化3h，可以使材料具备抗静电性。Xiangbing Xu等(Xiangbing Xu et al，Small；2007)加入碳纳米管参与聚氨酯发泡获得较好的抗静电效果，但是碳纳米管价格较高，同时因为密度的差异，也容易使导电性不均匀。Danqing Chen等(Danqing Chen et al,CompositesPart a-Applied Science and Manufacturing；2010)发现如果添加石墨烯，添加量需要达到12wt.％，碳黑的添加量则要更高。
总体而言，添加抗静电剂共混有一定的抗静电效果(表面电阻率降至l08-1010Ω.m)，但仍然达不到MT113-1995标准，大多还存在改性材料的力学性能下降，添加其他的导电材料则容易导致分散不均，成本上升等问题。本发明可以实现真正的聚氨酯泡沫导电(表面电阻率降至l06-108Ω.m)，与此同时，导电泡沫还可以在施工现场直接通过简单的共混并即时发泡，就可以实现即时喷涂施工。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明在于提供了一种施工简便、即时发泡聚氨酯导电泡沫。本发明的另一目的是提供一种制备导电发泡复合材料的制备方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种导电聚合物材料，由掺杂剂和导电聚合物(聚吡咯、聚苯胺)组成，所述表面掺杂剂与导电聚合物的质量比为1:1-3:1。
导电聚合物的合成采用乳液合成法，乳液的油相可以包括氯仿、二氯化碳、四氢呋喃、二氧六环、环己烷中的一种或以上。
合成用表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠，十二烷基苯磺酸钠中的一种或以上。
油水相的比例为3:1-1:1。
用合适的乳液体系及氧化体系可以对导电聚合物的形态、结构及表面化学性质进行改性。所得改性材料可以形成纳米结构，不同于传统合成方法所得的团聚草莓型聚合物结构，此纳米结构可以实现更好的分散，减少导电材料的用量，降低了纳米材料之间的接触电阻，更有利于纳米材料形成导电网络。
一种制备医用聚氨酯导电高弹性体方法，主要包括以下实施步骤：
导电复合聚合物合成(1)配制乳液体系；(2)加入氧化剂；(3)将聚合物单体稀释滴加，发生反应6-24小时；(4)将产物洗涤。
步骤(1)中乳液体系油水比例为3:1-1:1。
步骤(2)中所述的氧化剂包括双氧水、二价铁化合物、三价铁化合物(例如二氯化铁、三氯化铁、过硫酸钾，过硫酸铵中的一种或以上。
步骤(3)中用于聚合物单体稀释的的溶剂与所配乳液体系的油相相同。
步骤(4)中，洗涤试剂可以是水、醇，丙酮的一种及以上或者它们的碘及碘盐。
在本发明的一个实施方式中所述氧化剂与单体吡咯的摩尔比例为2.3:1。
在本发明的一个实施方式申所述氧化剂与单体吡咯的摩尔比例为2:1:1:1。
在本发明的一个实施方式中所述的投料的吡咯单体与聚氨酯的质量比为6％。
在本发明的一个实施方式中所述的投料的吡咯单体与聚氨酯的质量比为3％。
在本发明的一个实施方案中，合成产物的处理，可以先冻干、研磨再进行超声处理。研磨将尺寸较大的颗粒破碎，使其均匀的分散在溶液中。然后再辅以超声处理，对于尺寸较小的颗粒具有良好的破碎分散效果，促进导电物在聚氨酯基体中的分散。
在本发明的一个实施方案中，合成产物的处理，可以湿法直接分散于黑料基体中，适当超声分散辅助，促进导电物在聚氨酯基体中的分散。
在本发明的一个实施方案中，分散导电聚吡咯复合物的聚氨酯被浇注于纸杯中，常温发泡后，制得发泡导电聚氨酯。
本发明的另一目的在于提供一种所述的施工简便、即时发泡聚氨酯导电泡沫的制备方法。本发明的优点及积极效果为：可直接采用现有商用聚氨酯配料(黑白料或AB料)；发泡率高，可达原有发泡率的80-90％；极大地保留了聚氨酯的机械力学性能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的施工简便、即时发泡聚氨酯导电泡沫的制备方法流程图。
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，以下结合实施例，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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
本发明实施例提供的施工简便、即时发泡聚氨酯导电泡沫
如图1所示，本发明实施例提供的施工简便、即时发泡聚氨酯导电泡沫的制备方法包括以下步骤：
首先为导电聚合物的合成；
其次为导电聚合物的合成后处理；
其次为导电聚合物与商用聚氨酯发泡用黑料的有效混合；
再其次为黑料与白料的充分混合，最后为发泡。
实施例1：将1克十二烷基苯磺酸钠、5.56克三氯化铁加入100毫升50:50＝H2O：CHCl3溶液，搅拌0.5小时后，形成均匀的溶液。将1ml吡咯单体加入该溶液反应24小时，形成均匀的黑色产物。产物经甲醇、水与甲醇混合液洗涤至洗出液无色，干燥。将复合物与黑料共混，发泡，可得到电导率为106-8Ω·cm的聚氨酯泡沫。
实施例2：将1克十二烷基苯磺酸钠、4.83克三氯化铁，3.4ml35％H2O2加入100毫升50:50＝H2O：CHCl3溶液，搅拌0.5小时后，形成均匀的溶液。将1ml吡咯单体加入该溶液反应24小时，形成均匀的黑色产物。产物经甲醇、水与甲醇混合液洗涤至洗出液无色。将复合物与黑料共混，发泡，可得到电导率为106-8Ω·cm的聚氨酯泡沫。
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 (8)

1.一种施工简便、即时发泡聚氨酯导电泡沫，其特征在于，施工简便、即时发泡聚氨酯导电泡沫的制备方法包括以下步骤：
首先为导电聚合物的合成；
其次为导电聚合物的合成后处理；
其次为导电聚合物与商用聚氨酯发泡用黑料的有效混合；
再其次为黑料与白料的充分混合，最后为发泡。
2.如权利要求1所述的施工简便、即时发泡聚氨酯导电泡沫，其特征在于，导电聚合物的合成采用乳液合成法，使用的乳化剂包括十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠，十二烷基苯磺酸钠、十二烷基氯化铵、十八烷基氯化铵、纤维素的铵盐或者它们的混合物。
3.如权利要求1所述的施工简便、即时发泡聚氨酯导电泡沫，其特征在于，乳化剂投放量为1-3wt/vol％，乳液的油相包括氯仿、二氯化碳、四氢呋喃、苯、甲苯、二甲苯、二氧六环、环己烷以及它们的混合物。
4.如权利要求1所述的施工简便、即时发泡聚氨酯导电泡沫，其特征在于，氧化剂包括双氧水、二价铁化合物、三价铁化合物、过硫酸铵、过硫酸钾以及它们的混合物。
5.如权利要求1所述的施工简便、即时发泡聚氨酯导电泡沫，其特征在于，导电聚合物的合成后处理中，试剂包括水、甲醇、乙醇、氯仿、二氯化碳、四氢呋喃、苯、甲苯、二甲苯、二氧六环、环己烷、乙腈、丙酮以及它们的混合物；
导电聚合物的合成后处理中，采用过滤、蒸发以及冻干方式处理收集产物。
6.如权利要求1所述的施工简便、即时发泡聚氨酯导电泡沫，其特征在于，聚氨酯发泡用的黑白料直接购买商业产品。
7.如权利要求1所述的施工简便、即时发泡聚氨酯导电泡沫，其特征在于，导电聚合物与商用聚氨酯发泡用黑料的有效混合，采用机械共混、超声波震荡的方式混合。
8.如权利要求1所述的施工简便、即时发泡聚氨酯导电泡沫，其特征在于，黑料与白料的有效混合后，混合物料采用现场直接浇注的方式施工；
黑料与白料的有效混合并浇注后，选择发泡温度在10℃-50℃。
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