一種持久抗靜電聚氨酯彈性體及其制備方法與流程

本發(fā)明涉及抗靜電，具體為一種持久抗靜電聚氨酯彈性體及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、聚氨酯彈性體以其優(yōu)異的力學(xué)性能和廣泛的應(yīng)用，已成為重要的熱塑性彈性體材料之一，但是其本身具有良好的絕緣性，在使用過程中易通過摩擦產(chǎn)生靜電，而靜電的積累易導(dǎo)致短路火災(zāi)，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生爆炸等危害，因而限制了其在一些需要抗靜電等領(lǐng)域中的應(yīng)用；為了使聚氨酯彈性體滿足不同性能、場(chǎng)合的要求，對(duì)聚氨酯彈性體抗靜電的研究變得更加廣泛且深入。

2、聚氨酯彈性體常見抗靜電的方法為添加抗靜電劑，這些抗靜電劑有季銨鹽型表面活性劑和復(fù)合添加型抗靜電劑，其中專利cn105566685a公開了抗靜電聚氨酯樹脂及其應(yīng)用，用導(dǎo)電炭黑、碳納米管、分散劑和增塑劑制得導(dǎo)電色膏，加入到聚氨酯體系中，賦予聚氨酯材料均勻的黑色色調(diào)，解決了導(dǎo)電炭黑在聚氨酯體系中分散困難的問題，提高了聚氨酯彈性體的抗靜電性，但是導(dǎo)電炭黑在聚氨酯體系中的分散屬于物理分散，導(dǎo)電炭黑粒子之間較強(qiáng)的相互作用，導(dǎo)致導(dǎo)電炭黑粒子在聚氨酯體系中極易團(tuán)聚，另外添加大量的碳納米管在聚氨酯中具有較差的分散性，導(dǎo)致難以達(dá)到較好的導(dǎo)電效果，又會(huì)降低材料的強(qiáng)度、韌性等；本發(fā)明通過制備的咪唑型磺化甜菜堿抗靜電劑與表面羧化的碳納米管接枝，少量的改性碳納米管與聚氨酯彈性體粒子共混塑煉，得到了電阻率低且力學(xué)性能優(yōu)異的持久抗靜電聚氨酯彈性體材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：

2、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種持久抗靜電聚氨酯彈性體及其制備方法，解決了聚氨酯彈性體使用過程中易產(chǎn)生靜電的問題。

3、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

4、一種持久抗靜電聚氨酯彈性體的制備方法，所述制備方法如下：

5、步驟s1：向反應(yīng)瓶中加入羧基化碳納米管和去離子水，超聲分散10-30min，加入n-羥基丁二酰亞胺和1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽，攪拌溶解，加入對(duì)氨基芐基咪唑甜菜堿，在20-35℃下反應(yīng)24-36h后，離心，乙醇洗滌，干燥后得到咪唑甜菜堿修飾碳納米管。

6、步驟s2：將聚氨酯彈性體粒料、抗氧化劑1010和咪唑甜菜堿修飾碳納米管混合均勻，加入雙輥塑煉機(jī)進(jìn)行塑煉，在160-180℃下混煉10-20min，接著在平板硫化機(jī)上加壓至14-16mpa熱壓10-30min，然后在10-12mpa下冷壓5-10mim，待其冷卻至室溫后，得到持久抗靜電聚氨酯彈性體。

7、進(jìn)一步的，所述步驟s1中n-羥基丁二酰亞胺、1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽和對(duì)氨基芐基咪唑甜菜堿的質(zhì)量分別為羧基化碳納米管質(zhì)量的420-550％、520-710％和190-240％。

8、進(jìn)一步的，所述步驟s2中咪唑甜菜堿修飾碳納米管的質(zhì)量為聚氨酯彈性體粒料質(zhì)量的1-8％。

9、進(jìn)一步的，所述對(duì)氨基芐基咪唑甜菜堿的制備方法如下：

10、步驟s3：向反應(yīng)瓶中加入咪唑和去離子水，攪拌均勻，加入對(duì)硝基溴化芐，緩慢加入氫氧化鈉，在20-35℃下反應(yīng)12-24h，然后在90-110℃下回流5-12h，反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，過濾，去離子水洗滌，干燥后得到對(duì)硝基芐基咪唑。制備工藝如下：

11、

12、步驟s4：向反應(yīng)瓶中加入對(duì)硝基芐基咪唑和乙酸乙酯，攪拌均勻，加入2-氯乙基磺酸鈉，攪拌反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，過濾，乙酸乙酯和乙醚洗滌，濃縮后得到對(duì)硝基芐基咪唑甜菜堿。制備工藝如下：

13、

14、步驟s5：向反應(yīng)瓶中加入對(duì)硝基芐基咪唑甜菜堿和乙醇，攪拌溶解，接著加入去離子水、鐵粉和濃度為1.8-2.2mol/l的鹽酸，反應(yīng)結(jié)束后，加入乙酸乙酯和氫氧化鈉，析出沉淀，過濾，乙酸乙酯和飽和氯化鈉洗滌，干燥后得到對(duì)氨基芐基咪唑甜菜堿。制備工藝如下：

15、

16、進(jìn)一步的，所述步驟s3中氫氧化鈉和對(duì)硝基溴化芐的質(zhì)量分別為咪唑質(zhì)量的50-68％和330-390％。

17、進(jìn)一步的，所述步驟s4中2-氯乙基磺酸鈉的質(zhì)量為對(duì)硝基芐基咪唑質(zhì)量的85-120％。

18、進(jìn)一步的，所述步驟s4中反應(yīng)溫度為80-100℃，回流時(shí)間為8-16h。

19、進(jìn)一步的，所述步驟s5中鐵粉的質(zhì)量是對(duì)硝基芐基咪唑甜菜堿質(zhì)量的105-140％。

20、進(jìn)一步的，所述步驟s5中反應(yīng)溫度為20-35℃，反應(yīng)時(shí)間為18-36h。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

22、咪唑和對(duì)硝基溴化芐在氫氧化鈉的作用下，得到對(duì)硝基芐基咪唑，接著與2-氯乙基磺酸鈉發(fā)生季銨化反應(yīng)，得到對(duì)硝基芐基咪唑甜菜堿，然后在鐵粉鹽酸的還原體系中制備出對(duì)氨基芐基咪唑甜菜堿，接著利用對(duì)氨基芐基咪唑甜菜堿的氨基與羧基化碳納米管的羧基，在n-羥基丁二酰亞胺和1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽的參與下，得到咪唑甜菜堿修飾碳納米管，最后與聚氨酯彈性體粒子在雙輥塑煉機(jī)上進(jìn)行塑煉，得到持久抗靜電聚氨酯彈性體。

23、咪唑甜菜堿兼具有兩性表面活性劑的優(yōu)良特性，分子中帶正電的季銨鹽和帶負(fù)電的磺酸基團(tuán)，作為抗靜電劑使用時(shí)，在材料表面形成一層親水基向外的膜，可以吸附空氣中的水分子，形成一層均勻?qū)щ妼觼硐o電，由于鏈段運(yùn)動(dòng)，內(nèi)部的抗靜電劑還能不斷向外遷移補(bǔ)充，使聚集的靜電荷易于擴(kuò)散到大氣中，減少材料表面的電荷數(shù)量，同時(shí)還可以發(fā)生自身離子化，傳導(dǎo)電荷達(dá)到抗靜電的目的；碳納米管是一種極大的中空管狀結(jié)構(gòu)材料，碳原子之間是sp2雜化，每個(gè)碳原子有一個(gè)未成對(duì)電子，使其具有良好的導(dǎo)電性能，同時(shí)還可以改善材料的力學(xué)性能，將制備的對(duì)氨基芐基咪唑甜菜堿小分子鍵合到羧基化碳納米管上，再與聚氨酯彈性體粒子混煉，接枝改性后的碳納米管與彈性體形成良好的界面相容性，可以在彈性體中均勻分散，從而使材料保持抗靜電持久性的同時(shí)提高了機(jī)械性能。

技術(shù)特征：

1.一種持久抗靜電聚氨酯彈性體的制備方法，其特征在于，所述制備方法如下：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的持久抗靜電聚氨酯彈性體的制備方法，其特征在于，所述步驟s1中n-羥基丁二酰亞胺、1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽和對(duì)氨基芐基咪唑甜菜堿的質(zhì)量分別為羧基化碳納米管質(zhì)量的420-550％、520-710％和190-240％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的持久抗靜電聚氨酯彈性體的制備方法，其特征在于，所述步驟s2中咪唑甜菜堿修飾碳納米管的質(zhì)量分為聚氨酯彈性體粒料質(zhì)量的1-8％。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的持久抗靜電聚氨酯彈性體的制備方法，其特征在于，所述對(duì)氨基芐基咪唑甜菜堿的制備方法如下：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的持久抗靜電聚氨酯彈性體的制備方法，其特征在于，所述步驟s3中氫氧化鈉和對(duì)硝基溴化芐的質(zhì)量分別為咪唑質(zhì)量的50-68％和330-390％。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的持久抗靜電聚氨酯彈性體的制備方法，其特征在于，所述步驟s4中2-氯乙基磺酸鈉的質(zhì)量為對(duì)硝基芐基咪唑質(zhì)量的85-120％。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的持久抗靜電聚氨酯彈性體的制備方法，其特征在于，所述步驟s4中反應(yīng)溫度為80-100℃，回流時(shí)間為8-16h。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的持久抗靜電聚氨酯彈性體的制備方法，其特征在于，所述步驟s5中鐵粉的質(zhì)量是對(duì)硝基芐基咪唑甜菜堿質(zhì)量的105-140％。

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的持久抗靜電聚氨酯彈性體的制備方法，其特征在于，所述步驟s5中反應(yīng)溫度為20-35℃，反應(yīng)時(shí)間為18-36h。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及抗靜電技術(shù)領(lǐng)域，且公開了一種持久抗靜電聚氨酯彈性體及其制備方法，咪唑甜菜堿兼具有兩性表面活性劑的優(yōu)良特性，作為抗靜電劑使用時(shí)，在材料表面形成一層親水基向外的膜，吸附空氣中的水分子，使聚集的靜電荷擴(kuò)散到大氣中，減少材料表面的電荷數(shù)量，傳導(dǎo)電荷達(dá)到抗靜電的目的；碳納米管是一種中空管狀結(jié)構(gòu)材料，碳原子之間是sp2雜化，每個(gè)碳原子有一個(gè)未成對(duì)電子，具有良好的導(dǎo)電性能和力學(xué)性能，將制備的對(duì)氨基芐基咪唑甜菜堿鍵合到羧基化碳納米管上，再與聚氨酯彈性體粒子混煉，形成良好的界面相容性，使之在彈性體中均勻分散，從而使材料保持抗靜電持久性的同時(shí)提高了機(jī)械性能。

技術(shù)研發(fā)人員：官升波
受保護(hù)的技術(shù)使用者：青島柔彩環(huán)保新型建筑材料有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/31