聚氨酯泡沫中兩種抗靜電添加劑的協(xié)同效應(yīng)研究

郭文杰

（濱州學(xué)院資源環(huán)境系，山東 濱州 256600）

聚氨酯泡沫中兩種抗靜電添加劑的協(xié)同效應(yīng)研究

郭文杰

（濱州學(xué)院資源環(huán)境系，山東 濱州 256600）

聚氨酯泡沫具有許多優(yōu)良性能，應(yīng)用廣泛。但在使用過(guò)程中容易產(chǎn)生靜電，需加入抗靜電劑提高其抗靜電性能。本實(shí)驗(yàn)以聚氨酯泡沫為材料，通過(guò)加入抗靜電劑十六烷基三甲基溴化銨和導(dǎo)電炭黑兩種抗靜電劑探討抗靜電劑協(xié)同作用對(duì)聚氨酯泡沫發(fā)泡倍數(shù)、固化所需時(shí)間、力學(xué)性能、表面電阻率的影響，得出最優(yōu)抗靜電聚氨酯泡沫的配料比。

聚氨酯泡沫；抗靜電劑；表面電阻率；力學(xué)性能

聚氨酯泡沫材料應(yīng)用領(lǐng)域非常廣闊，主要應(yīng)用于汽車(chē)、建筑、礦山、鋪裝材料、節(jié)能、電子和航天等方面。聚氨酯泡沫塑料的表面電阻率一般介于1010～1012 Ω.cm之間，在使用過(guò)程中與其它物體接觸或摩擦?xí)r容易產(chǎn)生靜電，從而可能給操作加工帶來(lái)困難,影響產(chǎn)品質(zhì)量；在紡織、化工、炸藥、石油、煤礦等易燃易爆場(chǎng)合，還可能引起火災(zāi)、爆炸等惡性事故。因此，在聚氨酯的成型加工和使用過(guò)程中, 需要對(duì)聚氨酯制品進(jìn)行抗靜電改性。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

材料：十六烷基三甲基溴化銨,炭黑,聚醚多元醇，胺類(lèi)催化劑（D1、D2、D4），表面活性劑（E），發(fā)泡劑（F）,異氰酸酯（PAPI）

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

ZC-90D高絕緣電阻測(cè)量?jī)x（上海太歐電子有限公司）、微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(WDW-20E)、101型電熱鼓風(fēng)干燥箱、電動(dòng)攪拌器、電子天平

1.3 聚氨酯泡沫的制備

以聚醚多元醇10g為基準(zhǔn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到了較好的配方。聚醚多元醇10g，胺類(lèi)催化劑1g,表面活性劑2g,發(fā)泡劑4.2g，異氰酸酯15g。

本實(shí)驗(yàn)采用的抗靜電劑有十六烷基三甲基溴化銨和導(dǎo)電炭黑。通過(guò)添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)、不同比例的抗靜電劑得到一定梯度的樣品。

2 實(shí)驗(yàn)分析

2.1 十六烷基三甲基溴化銨對(duì)聚氨酯泡沫抗靜電性能的影響

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)觀(guān)察了解到，加入十六烷基三甲基溴化銨后，聚氨酯泡沫的發(fā)泡速度有所提高，發(fā)泡倍數(shù)有所增大。而且隨著十六烷基三甲基溴化銨用量的增加，發(fā)泡速度逐漸加快，發(fā)泡倍數(shù)也逐漸增大。由于十六烷基三甲基溴化銨是一種表面活性劑，因此增大和提高了發(fā)泡倍數(shù)和發(fā)泡速度。

聚氨酯配方中加入十六烷基三甲基溴化銨，聚氨酯泡沫的表面電阻率開(kāi)始下降，提高了聚氨酯泡沫的抗靜電效果。并且，當(dāng)加入的十六烷基三甲基溴化銨的量在 0.1g-0.4g之間時(shí)，聚氨酯泡沫的表面電阻率雖然降低，但是不符合 MT113-1995 （表面電阻＜3.0×108Ω，換算為本實(shí)驗(yàn)的表面電阻率為＜2.45×1010Ω）。當(dāng)加入的十六烷基三甲基溴化銨的量超過(guò)0.4g時(shí)，聚氨酯泡沫的表面電阻率均符合國(guó)家要求。當(dāng)加入的十六烷基三甲基溴化銨的量超過(guò)0.6g時(shí)，隨著用量的增加，聚氨酯泡沫的表面電阻率下降程度變化不大?？紤]到經(jīng)濟(jì)因素，所以選用十六烷基三甲基溴化銨用量為0.6g時(shí)，可以確認(rèn)為最佳。此時(shí)，聚氨酯泡沫的表面電阻率為5.6×109Ω。

2.2 炭黑對(duì)聚氨酯泡沫抗靜電性能的影響

試驗(yàn)中觀(guān)察可知，當(dāng)加入炭黑后，聚氨酯泡沫的發(fā)泡速度有所加快，發(fā)泡倍數(shù)增大。而且隨著炭黑用量的增加，發(fā)泡倍數(shù)逐漸變大。但是當(dāng)炭黑的用量大于4.0g后，其發(fā)泡倍數(shù)又逐漸變小，發(fā)泡時(shí)間延長(zhǎng)。分析可知，由于炭黑粒子在聚氨酯泡沫中具有物理交聯(lián)劑的作用，增強(qiáng)分之間的作用力，對(duì)試劑間的反應(yīng)具有推進(jìn)作用，從而在一定范圍內(nèi)使聚氨酯發(fā)泡倍數(shù)變大。但是當(dāng)炭黑加入過(guò)多時(shí)，炭黑在泡沫中的分散變得不均勻，試劑粘稠度太大，從而使泡沫發(fā)泡時(shí)間延長(zhǎng)，發(fā)泡倍數(shù)變小。

在聚氨酯配方中加入導(dǎo)電炭黑后，聚氨酯泡沫的表面電阻率開(kāi)始下降，提高了聚氨酯泡沫的抗靜電效果。并且，當(dāng)加入炭黑的量小于1.5g時(shí)，聚氨酯泡沫的表面電阻率雖然降低，但是不符合MT 113-1995（表面電阻＜3.0×108Ω，換算為本實(shí)驗(yàn)的表面電阻率為＜2.45×1010Ω）。當(dāng)加入的炭黑的量大于或等于2g時(shí)，聚氨酯泡沫的表面電阻率均符合國(guó)家要求。并且隨著炭黑加入量的增加，聚氨酯泡沫的表面電阻率呈一直下降趨勢(shì)，抗靜電效果得到明顯提高。當(dāng)加入炭黑的量為3.0g-4.0g之間時(shí)，表面電阻率變化不大。

當(dāng)炭黑的用量小于4g時(shí)聚氨酯泡沫的壓強(qiáng)變小，但均都符合行業(yè)規(guī)定（壓強(qiáng)＞30KPa）。當(dāng)炭黑的用量大于4g時(shí)聚氨酯泡沫的壓強(qiáng)小開(kāi)始小于行業(yè)規(guī)定（壓強(qiáng)＞30KPa）。而且實(shí)驗(yàn)中觀(guān)察到，隨著炭黑用量的增加，聚氨酯的外觀(guān)變得粗糙，影響美觀(guān)。又考慮到炭黑的用量為3.0g-4.0g之間時(shí)，表面電阻率變化不大。所以選用炭黑用量為3.0g時(shí)，可以確認(rèn)為最佳。此時(shí)，聚氨酯泡沫的表面電阻率為8.9 ×109Ω。

2.3 十六烷基三甲基溴化銨與炭黑協(xié)同對(duì)聚氨酯泡沫抗靜電性能的影響

試驗(yàn)中觀(guān)察可知，在聚氨酯泡沫制備過(guò)程中加入十六烷基三甲基溴化銨和炭黑，聚氨酯泡沫的發(fā)泡倍數(shù)和發(fā)泡速度均提高。

當(dāng)十六烷基三甲基溴化銨的用量固定為0.3g時(shí)，聚氨酯泡沫的表面電阻率隨著炭黑用量的增加逐漸降低。當(dāng)炭黑用量大于1.5g時(shí)，均符合MT 113-1995（表面電阻＜3.0×108Ω，換算為本實(shí)驗(yàn)的表面電阻率為＜2.45×1010Ω）。當(dāng)炭黑用量為3g時(shí)聚氨酯泡沫的表面電阻率降到最低9.1×109Ω。

當(dāng)十六烷基三甲基溴化銨的用量固定為0.4g時(shí)，聚氨酯泡沫的表面電阻率隨著炭黑用量的增加逐漸降低。并且均符合MT 113-1995（表面電阻＜3.0×108Ω，換算為本實(shí)驗(yàn)的表面電阻率為＜2.45×1010Ω）。當(dāng)炭黑用量為3g時(shí)聚氨酯泡沫的表面電阻率降到最低5.8×109Ω。

當(dāng)十六烷基三甲基溴化銨的用量固定為0.5g時(shí)，聚氨酯泡沫的表面電阻率隨著炭黑用量的增加逐漸降低。并且均符合MT 113-1995（表面電阻＜3.0×108Ω，換算為本實(shí)驗(yàn)的表面電阻率為＜2.45×1010Ω）。當(dāng)炭黑用量為3g時(shí)聚氨酯泡沫的表面電阻率降到最低1.92×109Ω。

當(dāng)十六烷基三甲基溴化銨的用量固定為0.6g時(shí)，聚氨酯泡沫的表面電阻率隨著炭黑用量的增加逐漸降低。并且均符合MT 113-1995（表面電阻＜3.0×108Ω，換算為本實(shí)驗(yàn)的表面電阻率為＜2.45×1010Ω）。當(dāng)炭黑用量為3g時(shí)聚氨酯泡沫的表面電阻率降到最低1.4×109Ω。

分析可知，十六烷基三甲基溴化銨是陽(yáng)離子表面活性劑型抗靜電劑，炭黑是導(dǎo)電填料，兩者混合具有協(xié)同效應(yīng)。當(dāng)同時(shí)加入一定量的這兩種抗靜電劑后，聚氨酯泡沫表面電阻率比加入單一的同劑量抗靜電劑要低。

最后易知，當(dāng)十六烷基三甲基溴化銨的用量固定為0.6g，炭黑用量為3g時(shí)，聚氨酯泡沫的表面電阻率最低，為 1.4×109Ω。并且壓強(qiáng)符合行業(yè)規(guī)定（壓強(qiáng)＞30KPa）。而當(dāng)十六烷基三甲基溴化銨的用量固定為0.5g，炭黑用量為3g時(shí)，聚氨酯泡沫的表面電阻率為1.92×109Ω。兩者相差不大，考慮到十六烷基三甲基溴化銨價(jià)格較貴，所以選十六烷基三甲基溴化銨的用量為0.5g，炭黑用量3g為最佳選擇。

3 結(jié)論

在半硬質(zhì)聚氨酯泡沫中添加一定量十六烷基三甲基溴化銨和炭黑后，可降低材料的體積電阻率與表面電阻率，使材料具有明顯的抗靜電效果。以聚醚多元醇10g為基準(zhǔn)，當(dāng)十六烷基三甲基溴化銨用量為0.5g，炭黑的用量為3g時(shí)，聚氨酯泡沫的抗靜電效果最理想。

G322

B

1007-6344（2015）08-0033-01

郭文杰，1984.01，男，漢族，籍貫山東濱州，現(xiàn)供職于濱州學(xué)院，從事煤礦通風(fēng)與防滅火方面的研究。

2011年濱州學(xué)院“青年人才創(chuàng)新工程”科研基金（BZXYQNLG201107）;國(guó)家安全監(jiān)管總局 2015年安全生產(chǎn)重大事故防治關(guān)鍵技術(shù)科技項(xiàng)目(shandong-0127-2014AQ)