软质导电聚氨酯泡沫塑料的制备制造技术

本发明专利技术公开了软质导电导电聚氨酯泡沫塑料的制备方法。该方法先利用强氧化剂对碳纳米管表面进行改性处理，并通过一定的分散工艺将表面改性的碳纳米管均匀分散在聚醚多元醇中，得到碳纳米管和聚醚多元醇的混合溶液，将发泡剂以及其他各种助剂按照一定配比加入到碳纳米管和聚醚多元醇的混合液中，强力搅拌混合均匀，然后加入一定量的二异氰酸酯充分混合反应后，浇注到模具中，关闭模盖，最后进行后期熟化，得到制品。本发明专利技术制得的软质导电聚氨酯泡沫塑料，具有很好的导电性能，当碳纳米管含量仅为２．０ｗｔ％时，其体积电阻率可以达到１０↑［４］Ω.ｃｍ左右。其导电性能可以满足国防、电子信息产业等领域对软质导电泡沫塑料的需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于新型导电高分子材料
，是一种制备含碳纳米管(Carbon Nanotubes， CNTs)的导电和抗静电的软质聚氨酯泡沫塑料的方法。技术背景由于具有多孔、密度低、耐腐蚀、保温隔热性能好等特点，软质聚氨酯泡沫 塑料被广泛应用于国防、工业、日常生活等领域。然而，普通的软质聚氨酯泡沫 塑料的体积电阻率在l０１３一l０１７Qcm，材料表面很容易聚集大量的静电电荷，产 生很高的静电电压，从而引起爆炸和火灾等，造成巨大的经济损失。据不完全统 计，仅在电子工业，每年由于静电释放造成的损失，美国高达100亿美元，英国 为20亿英镑。随着电子工业的飞速发展，软质聚氨酯泡沫塑料己经广泛用作电 子元件、集成电路等电子产品包装材料。然而，在这些方面的应用要求材料具有 导电、抗静电甚至电磁屏蔽的性能。因此，需要将软质聚氨酯泡沫塑料的体积电 阻率降低到101()以下，以利于材料表面的静电电荷向周围环境中释放，从而保证 被包装的电子产品不因静电积累而遭到损坏。因此，国内外对静电敏感的易爆、 易损产品，都采用静电防护。近年来，世界各国无论是学术界还是产业界都投入 了大量人力、物力研究开发导电及抗静电聚合物泡沬材料。由于泡沫材料密度低、呈多孔结构，尤其是软质聚氨酯泡沫塑料因其密度很 低、泡孔壁以及支柱尺寸很小，很难在其中形成有效的导电通路，改善其导电性 能更加困难。目前提高聚氨酯泡沫塑料导电性能的方法并不多，就目前国内外研 究现状来看，主要有以下方法。传统的改善聚氨酯泡沫方法是在聚氨酯体系中加入抗静电剂，在使用过程 中，抗静电剂从聚氨酯基体内部逐渐向外部迁移，从而改善聚氨酯泡沫塑料的抗 静电性能，但随使用时间增加，聚氨酯泡沫塑料中的抗静电剂逐渐损耗，抗静电 性能变差甚至消失，故这种方法获得的泡沬塑料的抗静电稳定性很差。英国ABM 化学品公司(Davies，等.Resin Technol, 1988， 17(2): 7)自上世纪80年代以来， 开发了 Catafor系列季铵盐类抗静电剂。低密度聚氨酯泡沫包装材料中加入2 wt%-3 wt。/。的Catafor，可使表面电阻率和体积电阻率分别降到IO"Q禾B 101Q_ 10Hflcm。如果进一步提高此抗静电剂的分子量，表面电阻率还可降至 1.45xl01()Q。日本花王石碱公司(日特开平4-298 517(1992))自上世纪70年代以 来，采用一系列季铵盐类抗静电剂改善聚氨酯泡沫的抗静电性能，所得泡沫材料 试样的体积电阻率在1天和7天之后测量，分别为1.8xl0７Ｑcm和1.5xl07Q-cm,具有良好的抗静电性能，但该泡沫塑料的电性能的稳定性较差，且随使用时间延 长抗静电性能逐渐丧失。德国Semperit公司(GerOffen2 423 116(1975))上世纪 70年代采用一系列季铵盐类抗静电剂改善预聚法聚氨酯泡沫材料抗静电性能， 所得泡沫塑料试样的表面电阻率也仅降至2xl09 1011^。国内，姜志国等(姜志国，等.北京化工，1993,23(3): 10)在开孔硬质聚氨酯泡沫塑料中加入15 wt。/。磷 酸酯类抗静电剂。制品的体积电阻率和表面电阻率分别为7.9xl0tcm和 1.3xl01QQ，仅接近抗静电泡沫塑料的要求。此外，还可以采用一些导电填料(如金属粉末、石墨、碳黑等)填充到聚氨 酯基体中从而可提高导电性。但聚氨酯发泡为原位聚合反应，这给导电填料在聚 氨酯基体中的分散带来了困难。更重要的是，聚氨酯泡沫塑料内部泡孔之间的尺 寸从支柱的中心部位到边缘逐渐下降，大尺寸的导电填料难于分散在离支柱较远 的边缘部分，从而导电通路难以形成。因此，就目前的相关研究看，碳黑填充聚 氨酯泡沫塑料的导电性都较差，且工艺稳定性不好。美国Burnett公司(US Pat 4621106(1986)) 1986年提出，在配方中添加导电性炭黑颗粒的卤代醋酸，制成 的软质聚氨酯泡沫表面电阻率为2.4xl06Q、静电衰减时间0.65s。吴叔青等(吴 叔青，等.中国塑料,2001， 15(12): 52)也制备了炭黑填充的聚氨酯泡沫塑料，体 积电阻率可达到107-109Q'cm。严冰等(严冰，等.化工新型材料，2002, 30(9):. 26)制备的炭黑填充聚氨酯泡沫复合材料，随炭黑含量的增加，体积电阻率有所 降低，炭黑含量高达10%时，体积电阻率仍为10&cm。姜志国等(姜志国，等.北 京化工，1993, 23(3): 10)研究了炭黑填充的开孔聚氨酯泡沫，发现随炭黑含量增 加，制品体积电阻率和表面电阻率同时缓慢下降。当炭黑的重量分数达到7.5% 时，体积电阻率和表面电阻率为1.4xl08Qxm和2.6xl08 Q，达到了抗静电的要 求，但是，当炭黑含量小于5%时，对制品的电阻率基本没有影响。申请者(Li ZM et al. Polymer-Plastics Technology and Engineering, 2005, 44: 1323)研究了可膨 胀石墨填充硬质聚氨酯泡沫塑料对其导电性能的影响，发现当可膨胀石墨含量为 20 wt。/。时，体积电阻率仍高达1.3xl014Q cm。通过导电胶液浸渍或蒸汽浸渍原位聚合方法也可改善聚氨酯泡沫塑料的电 性能，但这种方法也只对开孔聚氨酯泡沫有效，且原位聚合的聚合物与聚氨酯基 体的界面粘结很差，易脱落，随着使用时间的延长，材料的电性能迅速下降。Frisch 等(Frisch， et al. Journal of Applied Polymer Science, 2001, 80 (6): 893 )用聚苯胺 浸渍软质和硬质聚氨酯泡沫塑料，直到泡沫完全吸收了聚苯胺，然后在0。C将样 品置于不同浓度的盐酸溶液中，用去离子水清洗浸渍了聚苯胺的泡沫，然后在80。C下烘48小时，结果发现，软质泡沫塑料的电导率不随样品的尺寸变化而变化， 而对于相同尺寸的硬质泡沫塑料样品，其电导率随酸的浓度的增加而迅速增加， 并且其电导率已经达到了抗静电的要求。Brady等(Brady, et al. Sensors and Actuators A， 2005, 119:398)通过原位聚合的方法，使聚吡咯沉积在开孔聚氨酯 泡沫塑料泡孔内壁上，得到聚吡咯/聚氨酯泡沫的复合材料。研究发现，随着原 位聚合次数的增加，复合材料电导率逐渐升高，经过一次原位聚合后，电导率为 5.78X10-8s/cm，经过三次原位聚合后，复合材料的电导率提高到1.25X 10"4 s/cm。 邓建国(邓建国，等.塑料工业,2006，5:43)用浸渍吸附聚合法合成了聚氨酯/ 聚苯胺抗静电复合材料。研究了聚苯胺含量对复合材料的抗静电性能的影响，发 现当聚苯胺含量为O. 12%时，抗静电材料的表面电阻率下降到105数量级，但是 再进一步提高聚苯胺含量时，抗静电材料的表面电阻率并没有明显地变小，且复 合材料的抗静电性能极不稳定。试样置于空气中30天后，基本失去了抗静电性能。 当将试样在水中浸泡lh，其抗静电性能已经大大降低了，当浸泡3h后，其基本失 去了抗静电性能。陆长征等(陆长征，等.塑料,2003, 32(5): 50)将乙炔炭黑分 散在丙烯酸胶粘剂中制成导电胶液，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种软质导电聚氨酯泡沫塑料，该泡沫塑料包括聚醚多元醇１００份和二异氰酸酯１２．５～２５份、蒸馏水０．３～１份、辛酸亚锡０．０５～０．３份、三乙烯二胺类化合物０．０５～０．２份，硅油１～３份，以及碳纳米管０．５６～２．５份。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李忠明，向志东，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：90[]