聚氨酯泡沫中两种抗静电添加剂的协同效应研究

2015-04-10郭文杰

四川水泥 2015年8期

关键词：溴化铵抗静电烷基

郭文杰

（滨州学院资源环境系，山东滨州 256600）

聚氨酯泡沫中两种抗静电添加剂的协同效应研究

郭文杰

（滨州学院资源环境系，山东滨州 256600）

聚氨酯泡沫具有许多优良性能，应用广泛。但在使用过程中容易产生静电，需加入抗静电剂提高其抗静电性能。本实验以聚氨酯泡沫为材料，通过加入抗静电剂十六烷基三甲基溴化铵和导电炭黑两种抗静电剂探讨抗静电剂协同作用对聚氨酯泡沫发泡倍数、固化所需时间、力学性能、表面电阻率的影响，得出最优抗静电聚氨酯泡沫的配料比。

聚氨酯泡沫；抗静电剂；表面电阻率；力学性能

聚氨酯泡沫材料应用领域非常广阔，主要应用于汽车、建筑、矿山、铺装材料、节能、电子和航天等方面。聚氨酯泡沫塑料的表面电阻率一般介于1010～1012 Ω.cm之间，在使用过程中与其它物体接触或摩擦时容易产生静电，从而可能给操作加工带来困难,影响产品质量；在纺织、化工、炸药、石油、煤矿等易燃易爆场合，还可能引起火灾、爆炸等恶性事故。因此，在聚氨酯的成型加工和使用过程中, 需要对聚氨酯制品进行抗静电改性。

1 实验

1.1 实验材料

材料：十六烷基三甲基溴化铵,炭黑,聚醚多元醇，胺类催化剂（D1、D2、D4），表面活性剂（E），发泡剂（F）,异氰酸酯（PAPI）

1.2 实验仪器

ZC-90D高绝缘电阻测量仪（上海太欧电子有限公司）、微机控制电子万能试验机(WDW-20E)、101型电热鼓风干燥箱、电动搅拌器、电子天平

1.3 聚氨酯泡沫的制备

以聚醚多元醇10g为基准，通过实验得到了较好的配方。聚醚多元醇10g，胺类催化剂1g,表面活性剂2g,发泡剂4.2g，异氰酸酯15g。

本实验采用的抗静电剂有十六烷基三甲基溴化铵和导电炭黑。通过添加不同质量分数、不同比例的抗静电剂得到一定梯度的样品。

2 实验分析

2.1 十六烷基三甲基溴化铵对聚氨酯泡沫抗静电性能的影响

在实验过程中通过观察了解到，加入十六烷基三甲基溴化铵后，聚氨酯泡沫的发泡速度有所提高，发泡倍数有所增大。而且随着十六烷基三甲基溴化铵用量的增加，发泡速度逐渐加快，发泡倍数也逐渐增大。由于十六烷基三甲基溴化铵是一种表面活性剂，因此增大和提高了发泡倍数和发泡速度。

聚氨酯配方中加入十六烷基三甲基溴化铵，聚氨酯泡沫的表面电阻率开始下降，提高了聚氨酯泡沫的抗静电效果。并且，当加入的十六烷基三甲基溴化铵的量在 0.1g-0.4g之间时，聚氨酯泡沫的表面电阻率虽然降低，但是不符合 MT113-1995 （表面电阻＜3.0×108Ω，换算为本实验的表面电阻率为＜2.45×1010Ω）。当加入的十六烷基三甲基溴化铵的量超过0.4g时，聚氨酯泡沫的表面电阻率均符合国家要求。当加入的十六烷基三甲基溴化铵的量超过0.6g时，随着用量的增加，聚氨酯泡沫的表面电阻率下降程度变化不大。考虑到经济因素，所以选用十六烷基三甲基溴化铵用量为0.6g时，可以确认为最佳。此时，聚氨酯泡沫的表面电阻率为5.6×109Ω。

2.2 炭黑对聚氨酯泡沫抗静电性能的影响

试验中观察可知，当加入炭黑后，聚氨酯泡沫的发泡速度有所加快，发泡倍数增大。而且随着炭黑用量的增加，发泡倍数逐渐变大。但是当炭黑的用量大于4.0g后，其发泡倍数又逐渐变小，发泡时间延长。分析可知，由于炭黑粒子在聚氨酯泡沫中具有物理交联剂的作用，增强分之间的作用力，对试剂间的反应具有推进作用，从而在一定范围内使聚氨酯发泡倍数变大。但是当炭黑加入过多时，炭黑在泡沫中的分散变得不均匀，试剂粘稠度太大，从而使泡沫发泡时间延长，发泡倍数变小。

在聚氨酯配方中加入导电炭黑后，聚氨酯泡沫的表面电阻率开始下降，提高了聚氨酯泡沫的抗静电效果。并且，当加入炭黑的量小于1.5g时，聚氨酯泡沫的表面电阻率虽然降低，但是不符合MT 113-1995（表面电阻＜3.0×108Ω，换算为本实验的表面电阻率为＜2.45×1010Ω）。当加入的炭黑的量大于或等于2g时，聚氨酯泡沫的表面电阻率均符合国家要求。并且随着炭黑加入量的增加，聚氨酯泡沫的表面电阻率呈一直下降趋势，抗静电效果得到明显提高。当加入炭黑的量为3.0g-4.0g之间时，表面电阻率变化不大。

当炭黑的用量小于4g时聚氨酯泡沫的压强变小，但均都符合行业规定（压强＞30KPa）。当炭黑的用量大于4g时聚氨酯泡沫的压强小开始小于行业规定（压强＞30KPa）。而且实验中观察到，随着炭黑用量的增加，聚氨酯的外观变得粗糙，影响美观。又考虑到炭黑的用量为3.0g-4.0g之间时，表面电阻率变化不大。所以选用炭黑用量为3.0g时，可以确认为最佳。此时，聚氨酯泡沫的表面电阻率为8.9 ×109Ω。

2.3 十六烷基三甲基溴化铵与炭黑协同对聚氨酯泡沫抗静电性能的影响

试验中观察可知，在聚氨酯泡沫制备过程中加入十六烷基三甲基溴化铵和炭黑，聚氨酯泡沫的发泡倍数和发泡速度均提高。

当十六烷基三甲基溴化铵的用量固定为0.3g时，聚氨酯泡沫的表面电阻率随着炭黑用量的增加逐渐降低。当炭黑用量大于1.5g时，均符合MT 113-1995（表面电阻＜3.0×108Ω，换算为本实验的表面电阻率为＜2.45×1010Ω）。当炭黑用量为3g时聚氨酯泡沫的表面电阻率降到最低9.1×109Ω。

当十六烷基三甲基溴化铵的用量固定为0.4g时，聚氨酯泡沫的表面电阻率随着炭黑用量的增加逐渐降低。并且均符合MT 113-1995（表面电阻＜3.0×108Ω，换算为本实验的表面电阻率为＜2.45×1010Ω）。当炭黑用量为3g时聚氨酯泡沫的表面电阻率降到最低5.8×109Ω。

当十六烷基三甲基溴化铵的用量固定为0.5g时，聚氨酯泡沫的表面电阻率随着炭黑用量的增加逐渐降低。并且均符合MT 113-1995（表面电阻＜3.0×108Ω，换算为本实验的表面电阻率为＜2.45×1010Ω）。当炭黑用量为3g时聚氨酯泡沫的表面电阻率降到最低1.92×109Ω。

当十六烷基三甲基溴化铵的用量固定为0.6g时，聚氨酯泡沫的表面电阻率随着炭黑用量的增加逐渐降低。并且均符合MT 113-1995（表面电阻＜3.0×108Ω，换算为本实验的表面电阻率为＜2.45×1010Ω）。当炭黑用量为3g时聚氨酯泡沫的表面电阻率降到最低1.4×109Ω。

分析可知，十六烷基三甲基溴化铵是阳离子表面活性剂型抗静电剂，炭黑是导电填料，两者混合具有协同效应。当同时加入一定量的这两种抗静电剂后，聚氨酯泡沫表面电阻率比加入单一的同剂量抗静电剂要低。

最后易知，当十六烷基三甲基溴化铵的用量固定为0.6g，炭黑用量为3g时，聚氨酯泡沫的表面电阻率最低，为 1.4×109Ω。并且压强符合行业规定（压强＞30KPa）。而当十六烷基三甲基溴化铵的用量固定为0.5g，炭黑用量为3g时，聚氨酯泡沫的表面电阻率为1.92×109Ω。两者相差不大，考虑到十六烷基三甲基溴化铵价格较贵，所以选十六烷基三甲基溴化铵的用量为0.5g，炭黑用量3g为最佳选择。