[发明专利]一种施工简便、即时发泡聚氨酯导电泡沫及其制备方法

说明书

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10^6‑8Ω·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。

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10^8-9Ω·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。