聚氨酯泡沫中兩種抗靜電添加劑的協同效應研究

郭文杰

（濱州學院資源環境系，山東 濱州 256600）

聚氨酯泡沫中兩種抗靜電添加劑的協同效應研究

郭文杰

（濱州學院資源環境系，山東 濱州 256600）

聚氨酯泡沫具有許多優良性能，應用廣泛。但在使用過程中容易產生靜電，需加入抗靜電劑提高其抗靜電性能。本實驗以聚氨酯泡沫為材料，通過加入抗靜電劑十六烷基三甲基溴化銨和導電炭黑兩種抗靜電劑探討抗靜電劑協同作用對聚氨酯泡沫發泡倍數、固化所需時間、力學性能、表面電阻率的影響，得出最優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；力學性能

聚氨酯泡沫材料應用領域非常廣闊，主要應用于汽車、建筑、礦山、鋪裝材料、節能、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，在使用過程中與其它物體接觸或摩擦時容易產生靜電，從而可能給操作加工帶來困難,影響產品質量；在紡織、化工、炸藥、石油、煤礦等易燃易爆場合，還可能引起火災、爆炸等惡性事故。因此，在聚氨酯的成型加工和使用過程中, 需要對聚氨酯制品進行抗靜電改性。

1 實驗

1.1 實驗材料

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

1.2 實驗儀器

ZC-90D高絕緣電阻測量儀（上海太歐電子有限公司）、微機控制電子萬能試驗機(WDW-20E)、101型電熱鼓風干燥箱、電動攪拌器、電子天平

1.3 聚氨酯泡沫的制備

以聚醚多元醇10g為基準，通過實驗得到了較好的配方。聚醚多元醇10g，胺類催化劑1g,表面活性劑2g,發泡劑4.2g，異氰酸酯15g。

本實驗采用的抗靜電劑有十六烷基三甲基溴化銨和導電炭黑。通過添加不同質量分數、不同比例的抗靜電劑得到一定梯度的樣品。

2 實驗分析

2.1 十六烷基三甲基溴化銨對聚氨酯泡沫抗靜電性能的影響

在實驗過程中通過觀察了解到，加入十六烷基三甲基溴化銨后，聚氨酯泡沫的發泡速度有所提高，發泡倍數有所增大。而且隨著十六烷基三甲基溴化銨用量的增加，發泡速度逐漸加快，發泡倍數也逐漸增大。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泡倍數和發泡速度。

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始下降，提高了聚氨酯泡沫的抗靜電效果。并且，當加入的十六烷基三甲基溴化銨的量在 0.1g-0.4g之間時，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，換算為本實驗的表面電阻率為＜2.45×1010Ω）。當加入的十六烷基三甲基溴化銨的量超過0.4g時，聚氨酯泡沫的表面電阻率均符合國家要求。當加入的十六烷基三甲基溴化銨的量超過0.6g時，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。考慮到經濟因素，所以選用十六烷基三甲基溴化銨用量為0.6g時，可以確認為最佳。此時，聚氨酯泡沫的表面電阻率為5.6×109Ω。

2.2 炭黑對聚氨酯泡沫抗靜電性能的影響

試驗中觀察可知，當加入炭黑后，聚氨酯泡沫的發泡速度有所加快，發泡倍數增大。而且隨著炭黑用量的增加，發泡倍數逐漸變大。但是當炭黑的用量大于4.0g后，其發泡倍數又逐漸變小，發泡時間延長。分析可知，由于炭黑粒子在聚氨酯泡沫中具有物理交聯劑的作用，增強分之間的作用力，對試劑間的反應具有推進作用，從而在一定范圍內使聚氨酯發泡倍數變大。但是當炭黑加入過多時，炭黑在泡沫中的分散變得不均勻，試劑粘稠度太大，從而使泡沫發泡時間延長，發泡倍數變小。

在聚氨酯配方中加入導電炭黑后，聚氨酯泡沫的表面電阻率開始下降，提高了聚氨酯泡沫的抗靜電效果。并且，當加入炭黑的量小于1.5g時，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，換算為本實驗的表面電阻率為＜2.45×1010Ω）。當加入的炭黑的量大于或等于2g時，聚氨酯泡沫的表面電阻率均符合國家要求。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，抗靜電效果得到明顯提高。當加入炭黑的量為3.0g-4.0g之間時，表面電阻率變化不大。

當炭黑的用量小于4g時聚氨酯泡沫的壓強變小，但均都符合行業規定（壓強＞30KPa）。當炭黑的用量大于4g時聚氨酯泡沫的壓強小開始小于行業規定（壓強＞30KPa）。而且實驗中觀察到，隨著炭黑用量的增加，聚氨酯的外觀變得粗糙，影響美觀。又考慮到炭黑的用量為3.0g-4.0g之間時，表面電阻率變化不大。所以選用炭黑用量為3.0g時，可以確認為最佳。此時，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同對聚氨酯泡沫抗靜電性能的影響

試驗中觀察可知，在聚氨酯泡沫制備過程中加入十六烷基三甲基溴化銨和炭黑，聚氨酯泡沫的發泡倍數和發泡速度均提高。

當十六烷基三甲基溴化銨的用量固定為0.3g時，聚氨酯泡沫的表面電阻率隨著炭黑用量的增加逐漸降低。當炭黑用量大于1.5g時，均符合MT 113-1995（表面電阻＜3.0×108Ω，換算為本實驗的表面電阻率為＜2.45×1010Ω）。當炭黑用量為3g時聚氨酯泡沫的表面電阻率降到最低9.1×109Ω。

當十六烷基三甲基溴化銨的用量固定為0.4g時，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，換算為本實驗的表面電阻率為＜2.45×1010Ω）。當炭黑用量為3g時聚氨酯泡沫的表面電阻率降到最低5.8×109Ω。

當十六烷基三甲基溴化銨的用量固定為0.5g時，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，換算為本實驗的表面電阻率為＜2.45×1010Ω）。當炭黑用量為3g時聚氨酯泡沫的表面電阻率降到最低1.92×109Ω。

當十六烷基三甲基溴化銨的用量固定為0.6g時，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，換算為本實驗的表面電阻率為＜2.45×1010Ω）。當炭黑用量為3g時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離子表面活性劑型抗靜電劑，炭黑是導電填料，兩者混合具有協同效應。當同時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，聚氨酯泡沫的表面電阻率最低，為 1.4×109Ω。并且壓強符合行業規定（壓強＞30KPa）。而當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，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 結論

在半硬質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，當十六烷基三甲基溴化銨用量為0.5g，炭黑的用量為3g時，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，現供職于濱州學院，從事煤礦通風與防滅火方面的研究。

2011年濱州學院“青年人才創新工程”科研基金（BZXYQNLG201107）;國家安全監管總局 2015年安全生產重大事故防治關鍵技術科技項目(shandong-0127-2014AQ)