CN109593345A - 即时发泡可染色抗静电性能的轻质聚氨酯泡沫的制备方法 - Google Patents

即时发泡可染色抗静电性能的轻质聚氨酯泡沫的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了即时发泡可染色抗静电性能的轻质聚氨酯泡沫的制备方法，包括以下步骤：步骤一：导电聚合物的合成；步骤二：合成导电聚合物的常规后处理；步骤三：导电聚合物加入聚氨酯发泡体系的黑料组份并混合；步骤四：颜料颗粒溶解于聚氨酯发泡体系的白料组份；步骤五：聚氨酯发泡体系黑白料的有效混合；步骤六：发泡形成彩色轻质、高强度，抗静电聚氨酯泡沫。本发明方法可直接采用现有商用聚氨酯配料(黑白料或AB料)；发泡率高，密度可调(0.05g/cm3‑0.3g/cm3)；材料导电率在106Ω/cm2‑108Ω/cm2以内),邵氏硬度为25HD‑90HD，洛氏硬度为15HRC‑60HRC。

Description

即时发泡可染色抗静电性能的轻质聚氨酯泡沫的制备方法
技术领域
本发明涉及功能聚氨酯泡沫技术领域，特别是涉及即时发泡可染色抗静电性能的轻质聚氨酯泡沫的制备方法。
背景技术
聚氨酯泡沫拥有优良的耐溶剂性、耐磨、耐化学药品腐蚀和耐低温性能，有较高的拉伸性能和阻尼性能、长期压缩永久变形率低，以及防潮防水、绝热、隔音、防震以及质轻等特点，广泛应用于建材、矿山，空间填充以及汽车等行业。在大量使用聚氨酯泡沫材料的同时，其抗静电性能越来越受到关注。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。通常，材料的小于1×109Ω.cm的为导电材料，其中电阻率介于1×109Ω.cm之间的为抗静电材料，低于1×106Ω.cm的为导电级别材料。而通常使用的聚氨酯泡沫的电阻率约为所1010-13Ω.cm，如此高的表面电阻和体积电阻极容易产生积累静电(例如产生的静电电压可达3-4×103V)，同时，其氧指数在16-18之间，容易燃烧，是造成火灾、爆炸等事故的安全隐患。
聚氨酯泡沫可以采用涂敷或者浸渍阴、阳离子表面活性剂的方法获得的抗静电性能，但是其抗静电性能持续时间较短，很容易因为水洗或者摩擦后抗静电性能衰减甚至消失。此方法已有商用抗静电软质聚氨酯泡沫材料，但由于非即时发泡，显然不适用于本专利的应用领域。
在聚氨酯泡沫材料合成或制品加工成型之前加入抗静电剂添加到聚氨酯发泡体系的双组分或单组分中，混合(混炼)后，再加工成型显然是一种简单而更加便捷的方法，此类复合添加型抗静电剂使用范围较为广泛，一类以石墨、碳黑、碳纳米管、金属、金属氧化物等无机材料作为抗静电组分制备聚氨酯抗静电复合材料为主，其优点在于添加后的聚氨酯材料抗静电性良好，成本低，但其缺点也很明显——添加量要达到30％左右——才能达到预期的效果，且对材料的机械性能影响较大。金属、金属氧化物的密度一般较高，不适宜制备高泡聚氨酯材料，而碳系如导电炭黑、石墨的逾渗阀值较高，所用的添加量较大，也会使复合材料的加工性能变差。由于碳纤维、碳纳米管、石墨烯表面无活性基团，同样存在与聚合物相容性的问题，目前，对它的应用也主要停留在实验研究阶段，发现如果添加石墨烯，添加量需要达到12wt％才能呈现抗静电性能。
导电聚合物合成过程简单，空气中的稳定性比较好等。重要的是，其基体骨架主要为碳氢氮气构，与大多数聚合物的组成化学结构相当，除了拥有适宜的导电性外，其密度也与大多数聚合物(如聚酰胺、聚氨酯、聚乙烯醇)相当。比较适宜形成相容的共混物。对于聚氨酯泡沫材料中导电通路的形成，我们将采用自制的导电聚合物——聚吡咯作为导电填料，考虑到导电聚合物自身的深黑色(甚至墨绿色)，在保证导电的前提下，加入量为1-2wt％。
通常可以将少量颜料以单独组份加入到聚氨酯泡沫发泡体系的混合料中着色、制备彩色泡沫塑料。但是，有专利显示，将颜料以单独组份直接加到混合料中发泡所制成的有色泡沫塑料，其热稳定性，染色不够均匀，甚至制品出现较大色差以及泛金光等现象。
另一种方法是直接将含有发色基团小分子“垂挂”、“封端”或“嵌段”到聚氨酯分子链上。但是这一方法存在有色基团在高分子链上的接入量有限。一般一条高分子链上仅能接入1-2个发色基团，因分子链发色基团密度过小致使色泽不够鲜艳。同时有色基团分子一般较大，且不溶于水性体系，其反应活性不好而使得合成条件相对复杂。且所得产物颜色也单调，因此最终得到的有色树脂难以实用。
国外，聚合物泡沫的着色是在形成泡沫、树脂等材料的过程中同步进行。
目前长效抗静电的聚氨酯泡沫因为加入的主要为深黑色的炭系材料，泡沫的颜色通常为深黑色，如果加入的是大分子的离子液体复合物，通常为粉色，尚不能有效兼顾抗静电性能与多彩的颜色。如果在聚氨酯泡沫的加工过程中添加适量的颜料或染料就能达到着色的目的。这一方法将比较简单直接，成本也将更为低廉。本发明拟采用如下方式兼顾抗静电性与多彩的颜色：1、在不影响抗静电性能的前提下，控制深色的导电聚合物(自制)的添加量，使得发泡材料的颜色较浅，可以添加和染上其他的颜色；2、解决颜染料的分散问题。可以获得既有多彩的颜色而又具有抗静电性的聚氨酯泡沫材料。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供即时发泡可染色抗静电性能的轻质聚氨酯泡沫的制备方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
即时发泡可染色抗静电性能的轻质聚氨酯泡沫的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：导电聚合物的合成；
步骤二：合成导电聚合物的常规后处理；
步骤三：导电聚合物加入聚氨酯发泡体系的黑料组份并混合；
步骤四：颜料颗粒溶解于聚氨酯发泡体系的白料组份；
步骤五：聚氨酯发泡体系黑白料的有效混合；
步骤六：发泡形成彩色轻质、高强度，抗静电聚氨酯泡沫。
进一步地，所述步骤一中的导电聚合物的合成采用乳液合成法，使用的乳化剂可以是常规的阴离子表面活性剂：羧酸盐型、磺酸盐型及硫酸盐型中的一种或几种的配合，常用如：R13-18-SO3Na、十二烷基苯磺酸钠、磺化木质素、纤维素的铵盐或者它们的混合物，乳化剂投放量为1-3wt/vol％，乳液的油相包括乙酸乙酯、石油醚、DMF、二氯甲烷、氯仿、DMSO、THF、乙醚、苯、甲苯以及它们的混合物。
进一步地，所述步骤一中需要用到氧化剂，氧化剂包括三价铁化合物、双氧水、二价铁化合物、碘酸、过硫酸盐以及它们的混合物。
进一步地，所述步骤二中的合成导电聚合物的常规洗涤中，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、蒸发或者冻干方式处理收集产物。
进一步地，组合物中的着色剂是颜料。
进一步地，组合物中的着色剂是染料。
进一步地，颜料、染料可采用酞青系列、偶氮系列，有机大分子红、绿、蓝、黄、紫、橙、青中的一种或二种，如对二甲基氨基偶氮苯磺酸钠或4-((4-(二甲氨基)苯基)偶氮基)苯磺酸钠盐。
进一步地，所述步骤三中的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。
进一步地，所述步骤五中的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。
进一步地，所述步骤六中的黑料与白料的有效混合并浇注后，选择发泡温度在10℃-50℃。
相对于现有技术，本发明的优点如下：
本发明方法本发明方法可直接采用现有商用聚氨酯配料(黑白料或AB料)；发泡率高，密度可调(0.05g/cm3-0.3g/cm3)；材料导电率在106Ω/cm2-108Ω/cm2以内),邵氏硬度为25HD-90HD，洛氏硬度为15HRC-60HRC。
附图说明
图1为本发明所述即时发泡可染色抗静电性能的轻质聚氨酯泡沫的制备方法的制备方法流程图；
图2为本发明所述即时发泡可染色抗静电性能的轻质聚氨酯泡沫的制备方法的亚甲基蓝染色的蓝色导电聚氨酯泡沫；
图3为本发明所述即时发泡可染色抗静电性能的轻质聚氨酯泡沫的制备方法的甲基红染色的红色导电聚氨酯泡沫。
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。
如图1所示，本发明提供了即时发泡可染色抗静电性能的轻质聚氨酯泡沫的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：导电聚合物的合成；
步骤二：合成导电聚合物的常规后处理；
步骤三：导电聚合物加入聚氨酯发泡体系的黑料组份并混合；
步骤四：颜料颗粒溶解于聚氨酯发泡体系的白料组份；
步骤五：聚氨酯发泡体系黑白料的有效混合；
步骤六：发泡形成彩色轻质、高强度，抗静电聚氨酯泡沫。
实施例1：将1克十二烷基苯磺酸钠、4..7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150ml甲醇洗涤至洗出液无色，干燥。将导电聚合物聚吡咯加入聚氨酯发泡体系的黑料组份并混合，将0.5g亚甲基蓝加入聚氨酯发泡体系的白料组份并充分溶解，再将白料与黑料共混，发泡，可得到电导率为106-8Ω·cm的蓝色聚氨酯泡沫，密度为0.06g/cm3。
实施例2：将1克十二烷基苯磺酸钠、4.66克三氯化铁，3ml 30％H2O2加入100毫升30:70＝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。将导电聚合物聚吡咯加入聚氨酯发泡体系的黑料组份并混合，将0.5g甲基红加入聚氨酯发泡体系的白料组份并充分溶解，再将白料与黑料共混，发泡，可得到电导率为106-8Ω·cm的红色聚氨酯泡沫,密度为0.05g/cm3。
实施例3：将1克十二烷基苯磺酸钠、4.06克三氯化铁，3.4ml 30％H2O2加入100毫升30:70＝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。将导电聚合物聚吡咯加入聚氨酯发泡体系的黑料组份并混合，将0.5g甲基橙加入聚氨酯发泡体系的白料组份并充分溶解，再将白料与黑料共混，发泡，再将复合物与黑料共混，发泡，可得到电导率为106-8Ω·cm的橙色聚氨酯泡沫,密度为0.07g/cm3。
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 (10)

1.即时发泡可染色抗静电性能的轻质聚氨酯泡沫的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：导电聚合物的合成；
步骤二：合成导电聚合物的常规后处理；
步骤三：导电聚合物加入聚氨酯发泡体系的黑料组份并混合；
步骤四：颜料颗粒溶解于聚氨酯发泡体系的白料组份；
步骤五：聚氨酯发泡体系黑白料的有效混合；
步骤六：发泡形成彩色轻质、高强度，抗静电聚氨酯泡沫。
2.根据权利要求1所述的即时发泡可染色抗静电性能的轻质聚氨酯泡沫的制备方法，其特征在于：所述步骤一中的导电聚合物的合成采用乳液合成法，使用的乳化剂可以是常规的阴离子表面活性剂：羧酸盐型、磺酸盐型及硫酸盐型中的一种或几种的配合，常用如：R13-18-SO3Na、十二烷基苯磺酸钠、磺化木质素、纤维素的铵盐或者它们的混合物，乳化剂投放量为1-3wt/vol％，乳液的油相包括乙酸乙酯、石油醚、DMF、二氯甲烷、氯仿、DMSO、THF、乙醚、苯、甲苯以及它们的混合物。
3.根据权利要求1所述的即时发泡可染色抗静电性能的轻质聚氨酯泡沫的制备方法，其特征在于：所述步骤一中需要用到氧化剂，氧化剂包括三价铁化合物、双氧水、二价铁化合物、碘酸、过硫酸盐以及它们的混合物。
4.根据权利要求1所述的即时发泡可染色抗静电性能的轻质聚氨酯泡沫的制备方法，其特征在于：所述步骤二中的合成导电聚合物的常规洗涤中，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、蒸发或者冻干方式处理收集产物。
5.根据权利要求1所述的即时发泡可染色抗静电性能的轻质聚氨酯泡沫的制备方法，其特征在于：组合物中的着色剂是颜料。
6.根据权利要求1所述的即时发泡可染色抗静电性能的轻质聚氨酯泡沫的制备方法，其特征在于：组合物中的着色剂是染料。
7.根据权利要求1所述的即时发泡可染色抗静电性能的轻质聚氨酯泡沫的制备方法，其特征在于：颜料、染料可采用酞青系列、偶氮系列，有机大分子红、绿、蓝、黄、紫、橙、青中的一种或二种，如对二甲基氨基偶氮苯磺酸钠或4-((4-(二甲氨基)苯基)偶氮基)苯磺酸钠盐。
8.根据权利要求1所述的即时发泡可染色抗静电性能的轻质聚氨酯泡沫的制备方法，其特征在于：所述步骤三中的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。
9.根据权利要求1所述的即时发泡可染色抗静电性能的轻质聚氨酯泡沫的制备方法，其特征在于：所述步骤五中的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。
10.根据权利要求1所述的即时发泡可染色抗静电性能的轻质聚氨酯泡沫的制备方法，其特征在于：所述步骤六中的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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