阅读说明：本技术 一种导电聚氨酯发泡组合物和生产方法 (Conductive polyurethane foaming composition and production method thereof ) 是由 蒋可可 蒋友 黄俊峰 唐勇军 于 2020-07-24 设计创作，主要内容包括：本发明实施例公开了一种导电聚氨酯发泡组合物和生产方法,将聚酯多元醇、淀粉和水加入到反应釜中,混合均匀,并将异氰酸酯加入到所述反应釜中,在氮气保护下加热90-100℃反应2-3小时；将铜粉和碳酸钙加入到步骤一的反应釜中,在氮气保护下加热90-100℃反应1-2小时；将硬脂酸和石墨粉加入到步骤二的反应釜中,在氮气保护下加热60-70℃反应1-2小时；将步骤三中所述反应釜降温至50-60℃,加入催化剂和扩链剂,保温2-4小时；将稳定剂加入到步骤四中反应釜,搅拌均匀后加热至120℃、保温20-30分钟固化。本发明加工步骤简单高效,生产的聚氨酯发泡组合物导电性能好,结构稳定机械强度高,填补了国内相关产品的技术空白。(The embodiment of the invention discloses a conductive polyurethane foaming composition and a production method thereof, wherein polyester polyol, starch and water are added into a reaction kettle, are uniformly mixed, and isocyanate is added into the reaction kettle and is heated to 90-100 ℃ under the protection of nitrogen to react for 2-3 hours; adding copper powder and calcium carbonate into the reaction kettle in the first step, and heating to 90-100 ℃ under the protection of nitrogen to react for 1-2 hours; adding stearic acid and graphite powder into the reaction kettle in the second step, and heating to 60-70 ℃ under the protection of nitrogen to react for 1-2 hours; cooling the reaction kettle in the third step to 50-60 ℃, adding a catalyst and a chain extender, and keeping the temperature for 2-4 hours; and (3) adding the stabilizer into the reaction kettle in the fourth step, stirring uniformly, heating to 120 ℃, and preserving heat for 20-30 minutes to cure. The processing steps of the invention are simple and efficient, and the produced polyurethane foaming composition has good conductivity and stable structure and high mechanical strength, and fills up the technical blank of domestic related products.)

一种导电聚氨酯发泡组合物和生产方法

技术领域

本发明实施例涉及聚氨酯发泡材料生产技术领域，具体涉及一种导电聚氨酯发泡组合物和生产方法。

背景技术

聚氨酯为主链含-NHCOO-重复结构单元的一类聚合物，英文缩写PU，由异氰酸酯(单体)与羟基化合物聚合而成。聚氨酯含有强极性的氨基甲酸酯基，不溶于非极性基团，具有良好的耐油性、韧性、耐磨性、耐老化性和粘合性。用不同原料可制得适应较宽温度范围(-50-150℃)的材料，包括泡棉、胶粘剂、热塑性树脂和热固性树脂等。

现有技术中，随着电子产品的不断普及应用，对导电聚氨酯发泡材料的应用越来越多，特别是对具有一定机械强度的聚氨酯发泡材料的需求不断增大。专利号为201710322608.X的授权发明专利，研究了高密度聚氨酯泡棉的配方和生产方法，并且制得了具有密度均匀性好，减震缓冲性能优越得高密度聚氨酯泡棉，解决了现有技术中聚氨酯泡棉机械性能差的问题。为了改善聚氨酯发泡组合物的导电性能，常常直接在聚氨酯发泡材料中加入单一种类的导电材料，如炭黑、石墨、碳纤维、银、铜、铁等，由于直接加入到聚氨酯发泡材料中导致混合均匀性差，影响了聚氨酯发泡材料的导电性能，特别是在聚氨酯发泡组合物生产过程中，加入淀粉后，虽提高了机械强度，但影响导电材料分布均匀性。

因此，如何提供一种具有良好导电性能的聚氨酯发泡组合物和生产方法，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种导电聚氨酯发泡组合物和生产方法，以解决现有技术中存在的相关技术问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种导电聚氨酯发泡组合物，包括以下重量份的组分：

石墨粉5-10份，聚氨酯多元醇60-70份，淀粉30-40份，铜粉3-7份，水1-8份，异氰酸酯12-23份，催化剂1-2份，扩链剂2-6份，稳定剂1-2份，碳酸钙3-7份和硬脂酸3-6份。

进一步地，所述聚氨酯多元醇包括聚己二酸乙二醇丁二醇酯和聚碳酸酯二醇，且聚己二酸乙二醇丁二醇酯和聚碳酸酯二醇的质量比为2-5：1。

进一步地，所述异氰酸酯为1，5-萘二异氰酸酯，所述催化剂为辛酸亚锡或二丁基锡二月桂酸酯，所述扩链剂包括1，4-丁二醇、乙二醇、一缩二乙二醇、乙二胺、二乙烯二胺、三乙烯四胺中的一种或多种的组合，所述稳定剂为硅油。

根据本发明实施例的第二方面，提供了一种导电聚氨酯发泡组合物的生产方法，用于生产如上所述的导电聚氨酯发泡组合物，包括以下步骤：

步骤一：将60-70重量份聚酯多元醇、30-40重量份淀粉和1-8重量份水加入到反应釜中，混合均匀，并将12-23重量份的异氰酸酯加入到所述反应釜中，在氮气保护下加热90-100℃反应2-3小时；

步骤二：将3-7重量份的铜粉和3-7重量份的碳酸钙加入到步骤一的反应釜中，在氮气保护下加热90-100℃反应1-2小时；

步骤三：将3-6重量份的硬脂酸和5-10重量份的石墨粉加入到步骤二的反应釜中，在氮气保护下加热60-70℃反应1-2小时；

步骤四：将步骤三中所述反应釜降温至50-60℃，加入1-2重量份的催化剂和2-6重量份的扩链剂，保温2-4小时；

步骤五：将1-2重量份的稳定剂加入到步骤四中反应釜，搅拌均匀后加热至120℃、保温20-30分钟固化。

本发明实施例具有如下优点：

本发明将淀粉与聚酯多元醇进行预先混合，淀粉作为含有大量羟基的葡萄糖聚合物，与聚酯多元醇相容性高，预先混合使得其与异氰酸酯发生亲和加成反应时，反应更充分，利用聚酯多元醇和淀粉协同作用，可以提高聚氨酯的密度，并保证密度的均匀性，同时改善其回弹力；通过分步向反应体系中加入两种导电材料，一方面通过加入碳酸钙使淀粉孔隙增大，铜粉进入到淀粉形成的孔隙中，另一方面通过加入硬脂酸使淀粉的空隙变小，石墨分布在淀粉孔隙外，铜粉被紧密包裹在淀粉孔隙中，从而改善了现有技术中淀粉孔隙造成导电效果差的问题，大大提高了聚氨酯发泡组合物的导电性能和机械性能。

本发明加工步骤简单高效，生产的聚氨酯发泡组合物导电性能好，结构稳定机械强度高，填补了国内相关产品的技术空白。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种导电聚氨酯发泡组合物，包括以下重量份的组分：

石墨粉5-10份，聚氨酯多元醇60-70份，淀粉30-40份，铜粉3-7份，水1-8份，异氰酸酯12-23份，催化剂1-2份，扩链剂2-6份，稳定剂1-2份，碳酸钙3-7份和硬脂酸3-6份。

进一步地，所述聚氨酯多元醇包括聚己二酸乙二醇丁二醇酯和聚碳酸酯二醇，且聚己二酸乙二醇丁二醇酯和聚碳酸酯二醇的质量比为2-5：1。聚己二酸乙二醇丁二醇酯由己二酸、乙二醇和丁二醇反应合成，作为一种混合二元醇聚酯，它的使用减小了聚氨酯的结晶性；聚碳酸酯二醇为一种白色蜡状固体，羟值为100mg KOH/g，可提供内聚力大，粘接强度高的预聚体。

此实施例中，淀粉是一种多羟基葡萄糖聚合物，结构都含有丰富的羟基，可以部分代替聚酯多元醇与异氰酸酯发生反应制备聚氨酯，淀粉与聚酯多元醇混合均匀再进行反应时，协同效应显著，而且淀粉作为多链结构，链和链之间形成孔隙，如果孔隙较小且导电材料无法进入，则会导致生产的聚氨酯发泡组合物的导电性能较低。本申请创造性的引入两种导电材料，其中一种导电材料为铜粉，通过在加工步骤中加入碳酸钙，使淀粉支链之间的孔隙增大，通过加工混合使得铜粉进入到淀粉中；而另一种导电材料为石墨，通过降温使支链孔隙闭合，石墨不能进入到孔隙中，而混合在聚氨酯发泡组合物中，因此生产的产品中具有两种导电材料，提高了导电性能，不会因为淀粉支链孔隙较大影响导电性能。

进一步地，所述异氰酸酯为1，5-萘二异氰酸酯，NDI熔点较高，分子的刚性、规整性和对称性高，可以从根本上提高聚氨酯的相分离程度，使得聚氨酯获得更为优异的机械性能和物理性能，其制品具有高强度、回弹性能优良等特性，是最佳的减震密封材料。所述催化剂为辛酸亚锡或二丁基锡二月桂酸酯，所述扩链剂包括1，4-丁二醇、乙二醇、一缩二乙二醇、乙二胺、二乙烯二胺、三乙烯四胺中的一种或多种的组合，所述稳定剂为硅油，可降低发泡体系混合料的表面张力，从而稳定泡孔，防止泡沫倒塌，并控制抛空的大小和均匀度。聚酯多元醇和异氰酸酯反应，水作为发泡剂，反应放出二氧化碳成为泡核，使反应混合物膨胀，得到具有开孔结构的泡沫。

根据本发明实施例的第二方面，提供了一种导电聚氨酯发泡组合物的生产方法，用于生产如上所述的导电聚氨酯发泡组合物，包括以下步骤：

步骤一：将60-70重量份聚酯多元醇、30-40重量份淀粉和1-8重量份水加入到反应釜中，混合均匀，并将12-23重量份的异氰酸酯加入到所述反应釜中，在氮气保护下加热90-100℃反应2-3小时；氮气保护使得反应过程中各原料不易被空气氧化，可提高制得的聚氨酯材料的稳定性。

步骤二：将3-7重量份的铜粉和3-7重量份的碳酸钙加入到步骤一的反应釜中，在氮气保护下加热90-100℃反应1-2小时；

步骤三：将3-6重量份的硬脂酸和5-10重量份的石墨粉加入到步骤二的反应釜中，在氮气保护下加热60-70℃反应1-2小时；

步骤四：将步骤三中所述反应釜降温至50-60℃，加入1-2重量份的催化剂和2-6重量份的扩链剂，保温2-4小时；

步骤五：将1-2重量份的稳定剂加入到步骤四中反应釜，搅拌均匀后加热至120℃、保温20-30分钟固化。

基于以上配方和生产方法，本申请提供了如下实施例：

实施例1

步骤一：将70重量份聚酯多元醇、30重量份淀粉和1重量份水加入到反应釜中，混合均匀，并将23重量份的异氰酸酯加入到所述反应釜中，在氮气保护下加热90℃反应2小时；氮气保护使得反应过程中各原料不易被空气氧化，可提高制得的聚氨酯材料的稳定性。其中，聚氨酯多元醇包括聚己二酸乙二醇丁二醇酯和聚碳酸酯二醇，且聚己二酸乙二醇丁二醇酯和聚碳酸酯二醇的质量比为2：1。

步骤二：将3重量份的铜粉和3重量份的碳酸钙加入到步骤一的反应釜中，在氮气保护下加热90℃反应2小时；

步骤三：将3重量份的硬脂酸和5重量份的石墨粉加入到步骤二的反应釜中，在氮气保护下加热70℃反应1小时；

步骤四：将步骤三中所述反应釜降温至60℃，加入2重量份的催化剂和2重量份的扩链剂，保温3小时；

步骤五：将1重量份的稳定剂加入到步骤四中反应釜，搅拌均匀后加热至120℃、保温30分钟固化。

实施例2

步骤一：将68重量份聚酯多元醇、32重量份淀粉和2重量份水加入到反应釜中，混合均匀，并将21重量份的异氰酸酯加入到所述反应釜中，在氮气保护下加热90℃反应2小时；氮气保护使得反应过程中各原料不易被空气氧化，可提高制得的聚氨酯材料的稳定性。其中，聚氨酯多元醇包括聚己二酸乙二醇丁二醇酯和聚碳酸酯二醇，且聚己二酸乙二醇丁二醇酯和聚碳酸酯二醇的质量比为2：1。

步骤二：将4重量份的铜粉和4重量份的碳酸钙加入到步骤一的反应釜中，在氮气保护下加热90℃反应2小时；

步骤三：将3重量份的硬脂酸和6重量份的石墨粉加入到步骤二的反应釜中，在氮气保护下加热60℃反应1小时；

步骤四：将步骤三中所述反应釜降温至60℃，加入1重量份的催化剂和3重量份的扩链剂，保温2小时；

步骤五：将1重量份的稳定剂加入到步骤四中反应釜，搅拌均匀后加热至120℃、保温30分钟固化。

实施例3

步骤一：将66重量份聚酯多元醇、34重量份淀粉和4重量份水加入到反应釜中，混合均匀，并将18重量份的异氰酸酯加入到所述反应釜中，在氮气保护下加热100℃反应2小时；氮气保护使得反应过程中各原料不易被空气氧化，可提高制得的聚氨酯材料的稳定性。其中，聚氨酯多元醇包括聚己二酸乙二醇丁二醇酯和聚碳酸酯二醇，且聚己二酸乙二醇丁二醇酯和聚碳酸酯二醇的质量比为3：1。

步骤二：将5重量份的铜粉和5重量份的碳酸钙加入到步骤一的反应釜中，在氮气保护下加热100℃反应1小时；

步骤三：将4重量份的硬脂酸和7重量份的石墨粉加入到步骤二的反应釜中，在氮气保护下加热70℃反应1小时；

步骤四：将步骤三中所述反应釜降温至60℃，加入2重量份的催化剂和4重量份的扩链剂，保温2小时；

步骤五：将2重量份的稳定剂加入到步骤四中反应釜，搅拌均匀后加热至120℃、保温20分钟固化。

实施例4

步骤一：将64重量份聚酯多元醇、36重量份淀粉和5重量份水加入到反应釜中，混合均匀，并将16重量份的异氰酸酯加入到所述反应釜中，在氮气保护下加热90℃反应3小时；氮气保护使得反应过程中各原料不易被空气氧化，可提高制得的聚氨酯材料的稳定性。其中，聚氨酯多元醇包括聚己二酸乙二醇丁二醇酯和聚碳酸酯二醇，且聚己二酸乙二醇丁二醇酯和聚碳酸酯二醇的质量比为3：1。

步骤二：将6重量份的铜粉和6重量份的碳酸钙加入到步骤一的反应釜中，在氮气保护下加热100℃反应1小时；

步骤三：将5重量份的硬脂酸和8重量份的石墨粉加入到步骤二的反应釜中，在氮气保护下加热60℃反应2小时；

步骤四：将步骤三中所述反应釜降温至50℃，加入1重量份的催化剂和5重量份的扩链剂，保温3小时；

步骤五：将2重量份的稳定剂加入到步骤四中反应釜，搅拌均匀后加热至120℃、保温30分钟固化。

实施例5

步骤一：将62重量份聚酯多元醇、38重量份淀粉和6重量份水加入到反应釜中，混合均匀，并将14重量份的异氰酸酯加入到所述反应釜中，在氮气保护下加热100℃反应2小时；氮气保护使得反应过程中各原料不易被空气氧化，可提高制得的聚氨酯材料的稳定性。其中，聚氨酯多元醇包括聚己二酸乙二醇丁二醇酯和聚碳酸酯二醇，且聚己二酸乙二醇丁二醇酯和聚碳酸酯二醇的质量比为4：1。

步骤二：将7重量份的铜粉和7重量份的碳酸钙加入到步骤一的反应釜中，在氮气保护下加热100℃反应1小时；

步骤三：将6重量份的硬脂酸和9重量份的石墨粉加入到步骤二的反应釜中，在氮气保护下加热70℃反应1.5小时；

步骤四：将步骤三中所述反应釜降温至60℃，加入2重量份的催化剂和6重量份的扩链剂，保温2小时；

步骤五：将2重量份的稳定剂加入到步骤四中反应釜，搅拌均匀后加热至120℃、保温20分钟固化。

实施例6

步骤一：将60重量份聚酯多元醇、40重量份淀粉和8重量份水加入到反应釜中，混合均匀，并将12重量份的异氰酸酯加入到所述反应釜中，在氮气保护下加热90℃反应3小时；氮气保护使得反应过程中各原料不易被空气氧化，可提高制得的聚氨酯材料的稳定性。其中，聚氨酯多元醇包括聚己二酸乙二醇丁二醇酯和聚碳酸酯二醇，且聚己二酸乙二醇丁二醇酯和聚碳酸酯二醇的质量比为5：1。

步骤二：将7重量份的铜粉和7重量份的碳酸钙加入到步骤一的反应釜中，在氮气保护下加热100℃反应1小时；

步骤三：将6重量份的硬脂酸和10重量份的石墨粉加入到步骤二的反应釜中，在氮气保护下加热70℃反应2小时；

步骤四：将步骤三中所述反应釜降温至50℃，加入1重量份的催化剂和6重量份的扩链剂，保温4小时；

步骤五：将2重量份的稳定剂加入到步骤四中反应釜，搅拌均匀后加热至120℃、保温30分钟固化。

对比例1

步骤一：将70重量份聚酯多元醇、30重量份淀粉和4重量份水加入到反应釜中，混合均匀，并将23重量份的异氰酸酯加入到所述反应釜中，在氮气保护下加热90℃反应2小时；氮气保护使得反应过程中各原料不易被空气氧化，可提高制得的聚氨酯材料的稳定性。其中，聚氨酯多元醇包括聚己二酸乙二醇丁二醇酯和聚碳酸酯二醇，且聚己二酸乙二醇丁二醇酯和聚碳酸酯二醇的质量比为3：1。

步骤二：将0重量份的铜粉和3重量份的碳酸钙加入到步骤一的反应釜中，在氮气保护下加热90℃反应2小时；

步骤三：将3重量份的硬脂酸和5重量份的石墨粉加入到步骤二的反应釜中，在氮气保护下加热70℃反应1小时；

步骤四：将步骤三中所述反应釜降温至60℃，加入2重量份的催化剂和2重量份的扩链剂，保温3小时；

步骤五：将1重量份的稳定剂加入到步骤四中反应釜，搅拌均匀后加热至120℃、保温30分钟固化。

对比例2

步骤一：将70重量份聚酯多元醇、30重量份淀粉和8重量份水加入到反应釜中，混合均匀，并将23重量份的异氰酸酯加入到所述反应釜中，在氮气保护下加热90℃反应2小时；氮气保护使得反应过程中各原料不易被空气氧化，可提高制得的聚氨酯材料的稳定性。其中，聚氨酯多元醇包括聚己二酸乙二醇丁二醇酯和聚碳酸酯二醇，且聚己二酸乙二醇丁二醇酯和聚碳酸酯二醇的质量比为3：1。

步骤二：将3重量份的铜粉和3重量份的碳酸钙加入到步骤一的反应釜中，在氮气保护下加热90℃反应2小时；

步骤三：将3重量份的硬脂酸和0重量份的石墨粉加入到步骤二的反应釜中，在氮气保护下加热70℃反应1小时；

步骤四：将步骤三中所述反应釜降温至60℃，加入2重量份的催化剂和2重量份的扩链剂，保温3小时；

步骤五：将1重量份的稳定剂加入到步骤四中反应釜，搅拌均匀后加热至120℃、保温30分钟固化。

对比例3

步骤一：将70重量份聚酯多元醇、30重量份淀粉和4重量份水加入到反应釜中，混合均匀，并将23重量份的异氰酸酯加入到所述反应釜中，在氮气保护下加热90℃反应2小时；氮气保护使得反应过程中各原料不易被空气氧化，可提高制得的聚氨酯材料的稳定性。其中，聚氨酯多元醇包括聚己二酸乙二醇丁二醇酯和聚碳酸酯二醇，且聚己二酸乙二醇丁二醇酯和聚碳酸酯二醇的质量比为3：1。

步骤二：将0重量份的铜粉和6重量份的碳酸钙加入到步骤一的反应釜中，在氮气保护下加热90℃反应2小时；

步骤三：将5重量份的硬脂酸和0重量份的石墨粉加入到步骤二的反应釜中，在氮气保护下加热70℃反应1小时；

步骤四：将步骤三中所述反应釜降温至60℃，加入2重量份的催化剂和2重量份的扩链剂，保温3小时；

步骤五：将1重量份的稳定剂加入到步骤四中反应釜，搅拌均匀后加热至120℃、保温30分钟固化。

检测聚氨酯发泡组合物的物理性能和导电性能，结果如表1所示。

通过本发明提供的方法制得的导电聚氨酯发泡组合物的导电强度受到两种导电材料添加方式的影响，且同时添加两种导电材料的聚氨酯发泡组合物相对于单一添加导电材料的聚氨酯发泡组合物具有更高的导电性，而相对于未添加导电材料的聚氨酯发泡组合物的导电系数成指数级增高。

同时，密度稳定于0.39g/cm³，密度均匀性有所提高，抗冲击强度高，剥离强度也很稳定，说明所述高密度聚氨酯发泡组合物具有优越的减震缓冲性能。

本发明将淀粉与聚酯多元醇进行预先混合，淀粉作为含有大量羟基的葡萄糖聚合物，与聚酯多元醇相容性高，预先混合使得其与异氰酸酯发生亲和加成反应时，反应更充分，利用聚酯多元醇和淀粉协同作用，可以提高聚氨酯的密度，并保证密度的均匀性，同时改善其回弹力；通过分步向反应体系中加入两种导电材料，一方面通过加入碳酸钙使淀粉孔隙增大，铜粉进入到淀粉形成的孔隙中，另一方面通过加入硬脂酸使淀粉的空隙变小，石墨分布在淀粉孔隙外，铜粉被紧密包裹在淀粉孔隙中，从而改善了现有技术中淀粉孔隙造成导电效果差的问题，大大提高了聚氨酯发泡组合物的导电性能和机械性能。

本发明加工步骤简单高效，生产的聚氨酯发泡组合物导电性能好，结构稳定机械强度高，填补了国内相关产品的技术空白。

本发明提供了利用混合聚酯多元醇和异氰酸酯反应，混合聚酯多元醇包括聚己二酸乙二醇丁二醇酯和聚碳酸酯二醇，聚己二酸乙二醇丁二醇酯是一种混合二元醇聚酯，它的使用减小了聚氨酯的结晶性，增加聚氨酯的初黏强度，聚碳酸酯二醇具有良好的耐水解性和耐氧化性，二者混合使用时，可以提高聚氨酯发泡组合物的性能。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。