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CN115612283A - 易导电高回弹tpu/eva复合发泡材料及其制备方法 - Google Patents

易导电高回弹tpu/eva复合发泡材料及其制备方法 Download PDF

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CN115612283A CN202211637629.8A CN202211637629A CN115612283A CN 115612283 A CN115612283 A CN 115612283A CN 202211637629 A CN202211637629 A CN 202211637629A CN 115612283 A CN115612283 A CN 115612283A
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Abstract

本发明属于发泡材料技术领域，具体涉及易导电高回弹TPU/EVA复合发泡材料及其制备方法，包括以下重量份数的原料：热塑性聚酯型聚氨酯弹性体100份；乙烯‑醋酸乙烯共聚物10‑40份；马来酸酐接枝改性剂3‑8份；碳纳米管1‑3份；过氧化物1‑4份；成核剂0.3‑1.2份。本发明通过TPU/EVA复合以及改性碳纳米管的加入提高了导电性能，同时保持了高回弹性，且降低了成本。

Description

易导电高回弹TPU/EVA复合发泡材料及其制备方法
技术领域
本发明属于发泡材料技术领域，具体涉及易导电高回弹TPU/EVA复合发泡材料及其制备方法。
背景技术
TPU即热塑性聚氨酯弹性体，是介于橡胶和塑料的一类高分子材料，其加热可塑化，分子主要为线性结构，具有良好的耐磨性、耐油性和耐化学药品性能，且强度高、弹性好，目前已被广泛应用于鞋材、手机护套、管材、薄膜、医疗、体育和国防等多个领域。EVA即乙烯-醋酸乙烯共聚物，作为一种高分子聚合材料，具有良好的可塑性、弹性和可加工性，发泡后具有密度小、柔软性良好的特点，且成本低。
TPU发泡材料具有优异的回弹性、极低的压缩永久形变且加工过程环保，但价格较高，EVA发泡材料的耐老化性能、耐屈挠性能、弹性和耐磨性略差，但价格低廉，合理的共混复合方式能够一定程度上结合二者的优点。
聚合物基发泡材料具有轻质、比强度高、保温、缓冲性好等优势，近年来，在降低聚合物的电阻，提升导电性方面，聚合物基的导电复合材料受到广泛关注，其避免了在使用上的单一功能，在很多领域具有良好的应用前景。
通过加入导电材料能够提高聚合物发泡材料的导电性，但是导电材料与聚合物发泡材料的相容性并不好，且导电材料对聚合物基本身的性能有所降低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种易导电高回弹TPU/EVA复合发泡材料，提高了导电性能，同时具有高回弹性，且降低了成本。本发明还提供了科学合理的制备方法。
本发明所述的易导电高回弹TPU/EVA复合发泡材料，包括以下重量份数的原料：
热塑性聚酯型聚氨酯弹性体100份；
乙烯-醋酸乙烯共聚物10~40份；
马来酸酐接枝改性剂3~8份；
碳纳米管1~3份；
过氧化物1~4份；
成核剂0.3~1.2份。
马来酸酐接枝改性剂是由聚硅氧烷与马来酸酐接枝聚乙烯反应制得的聚乙烯接枝含硅基团共聚物。
碳纳米管为改性碳纳米管。
改性碳纳米管的制备方法如下：
（1）碱洗：在浓度为0.5~1mol/L的NaOH溶液中加入碳纳米管，碳纳米管在NaOH溶液中的加入量为50~70g/L，超声分散，然后80~90℃下搅拌1~2h，洗涤，过滤至pH值为7，烘干，使碳纳米管羟化，得到碳纳米管干粉；
（2）改性：碳纳米管干粉加入乙醇中，再将偶联剂加入，在80~90℃下搅拌2~3h，洗涤、过滤、烘干，得到改性碳纳米管。
碳纳米管干粉在乙醇中的加入量为10~15g/mL，碳纳米管干粉与偶联剂的质量比为（20~30）：（1~2）。
偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种，优选硅烷偶联剂KH-550。
过氧化物为过氧化锌。
成核剂为纳米氧化锌，平均粒径为20~80nm。
本发明所述的易导电高回弹TPU/EVA复合发泡材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）将热塑性聚酯型聚氨酯弹性体、乙烯-醋酸乙烯共聚物、马来酸酐接枝改性剂、碳纳米管、过氧化物和成核剂依次送入密炼机，密炼共混至各组分混合均匀，得到密炼预混料；
（2）用压片机将密炼预混料压制成2mm片材，放入烘箱预热备用；
（3）采用间歇式发泡法，将预热后的片材置入高压反应釜中，通入CO2气体，升温，快速泄压，使片材发泡，发泡完成后，得到易导电高回弹TPU/EVA复合发泡材料。
步骤（1）中，密炼共混温度为150~175℃；步骤（2）中，烘箱温度为100~120℃；步骤（3）中，高压反应釜的温度为110~120℃，CO2气体压力为10~20MPa。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、通过碳纳米管的改性，改善了碳纳米管与TPU/EVA复合材料的相容性，提高了复合发泡材料的导电性能，使其在特定环境下能够满足导电要求；
2、通过TPU和EVA的接枝共混，弥补了碳纳米管的加入降低的回弹性能；
3、相对于单一的TPU发泡，降低了原料成本。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例中用到的所有原料除特殊说明外，均为市购，其中，TPU为T5285-2，山东一诺威聚氨酯股份有限公司市售产品；EVA为EVA 630，日本东曹株式会社市售产品；马来酸酐接枝改性剂为山东旭晨化工科技有限公司市售产品。在实际操作中，温度控制允许有2℃的波动温差。
实施例1
所述的易导电高回弹TPU/EVA复合发泡材料，包括以下重量份数的原料：
热塑性聚酯型聚氨酯弹性体100份；
乙烯-醋酸乙烯共聚物10份；
马来酸酐接枝改性剂3份；
改性碳纳米管1份；
过氧化锌1份；
纳米氧化锌0.3份；
其中，改性碳纳米管的制备方法如下：
（1）碱洗：在1L浓度为0.5mol/L的NaOH溶液中加入50g碳纳米管，超声分散，然后80℃下搅拌1h，洗涤，过滤至pH值为7，烘干，使碳纳米管羟化，得到碳纳米管干粉。
（2）改性：将20g碳纳米管干粉加入装有200mL乙醇的三口烧瓶中，再加入1g硅烷偶联剂KH550，在80℃下搅拌2h，过滤、烘干，得到改性碳纳米管。
所述的易导电高回弹TPU/EVA复合发泡材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）将热塑性聚酯型聚氨酯弹性体、乙烯-醋酸乙烯共聚物、马来酸酐接枝改性剂、改性碳纳米管、过氧化锌和纳米氧化锌依次送入密炼机，在150℃下密炼共混至各组分混合均匀，得到密炼预混料；
（2）用压片机将密炼预混料压制成2mm片材，放入烘箱100℃预热备用；
（3）采用间歇式发泡法，将预热后的片材置入温度为110℃的高压反应釜中，通入压力为15MPa的CO2气体，升温，快速泄压，使片材发泡，发泡完成后，得到易导电高回弹TPU/EVA复合发泡材料。
实施例2
所述的易导电高回弹TPU/EVA复合发泡材料，包括以下重量份数的原料：
热塑性聚酯型聚氨酯弹性体100份；
乙烯-醋酸乙烯共聚物20份；
马来酸酐接枝改性剂6份；
改性碳纳米管2份；
过氧化锌3份；
纳米氧化锌1.2份；
其中，改性碳纳米管的制备方法如下：
（1）碱洗：在1L浓度为0.5mol/L的NaOH溶液中加入60g碳纳米管，超声分散，然后90℃下搅拌2h，洗涤，过滤至pH值为7，烘干，使碳纳米管羟化，得到碳纳米管干粉。
（2）改性：将25g碳纳米管干粉加入装有200mL乙醇的三口烧瓶中，再加入1g钛酸酯偶联剂TMC-201，在80℃下搅拌2h，过滤、烘干，得到改性碳纳米管。
所述的易导电高回弹TPU/EVA复合发泡材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）将热塑性聚酯型聚氨酯弹性体、乙烯-醋酸乙烯共聚物、马来酸酐接枝改性剂、改性碳纳米管、过氧化锌和纳米氧化锌依次送入密炼机，在160℃下密炼共混至各组分混合均匀，得到密炼预混料；
（2）用压片机将密炼预混料压制成2mm片材，放入烘箱110℃预热备用；
（3）采用间歇式发泡法，将预热后的片材置入温度为120℃的高压反应釜中，通入压力为10MPa的CO2气体，升温，快速泄压，使片材发泡，发泡完成后，得到易导电高回弹TPU/EVA复合发泡材料。
实施例3
所述的易导电高回弹TPU/EVA复合发泡材料，包括以下重量份数的原料：
热塑性聚酯型聚氨酯弹性体100份；
乙烯-醋酸乙烯共聚物30份；
马来酸酐接枝改性剂5份；
改性碳纳米管1.5份；
过氧化锌2份；
纳米氧化锌0.6份；
其中，改性碳纳米管的制备方法如下：
（1）碱洗：在1L浓度为0.6mol/L的NaOH溶液中加入50g碳纳米管，超声分散，然后80℃下搅拌2h，洗涤，过滤至pH值为7，烘干，使碳纳米管羟化，得到碳纳米管干粉。
（2）改性：将25g碳纳米管干粉加入装有200mL乙醇的三口烧瓶中，再加入2g硅烷偶联剂KH550，在90℃下搅拌2h，过滤、烘干，得到改性碳纳米管。
所述的易导电高回弹TPU/EVA复合发泡材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）将热塑性聚酯型聚氨酯弹性体、乙烯-醋酸乙烯共聚物、马来酸酐接枝改性剂、改性碳纳米管、过氧化锌和纳米氧化锌依次送入密炼机，在165℃下密炼共混至各组分混合均匀，得到密炼预混料；
（2）用压片机将密炼预混料压制成2mm片材，放入烘箱115℃预热备用；
（3）采用间歇式发泡法，将预热后的片材置入温度为115℃的高压反应釜中，通入压力为16MPa的CO2气体，升温，快速泄压，使片材发泡，发泡完成后，得到易导电高回弹TPU/EVA复合发泡材料。
实施例4
所述的易导电高回弹TPU/EVA复合发泡材料，包括以下重量份数的原料：
热塑性聚酯型聚氨酯弹性体100份；
乙烯-醋酸乙烯共聚物40份；
马来酸酐接枝改性剂8份；
改性碳纳米管3份；
过氧化锌4份；
纳米氧化锌1份；
其中，改性碳纳米管的制备方法如下：
（1）碱洗：在1L浓度为1mol/L的NaOH溶液中加入70g碳纳米管，超声分散，然后80℃下搅拌2h，洗涤，过滤至pH值为7，烘干，使碳纳米管羟化，得到碳纳米管干粉。
（2）改性：将30g碳纳米管干粉加入装有200mL乙醇的三口烧瓶中，再加入1.5g铝酸酯偶联剂DL-414，在90℃下搅拌2h，过滤、烘干，得到改性碳纳米管。
所述的易导电高回弹TPU/EVA复合发泡材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）将热塑性聚酯型聚氨酯弹性体、乙烯-醋酸乙烯共聚物、马来酸酐接枝改性剂、改性碳纳米管、过氧化锌和纳米氧化锌依次送入密炼机，在170℃下密炼共混至各组分混合均匀，得到密炼预混料；
（2）用压片机将密炼预混料压制成2mm片材，放入烘箱110℃预热备用；
（3）采用间歇式发泡法，将预热后的片材置入温度为115℃的高压反应釜中，通入压力为20MPa的CO2气体，升温，快速泄压，使片材发泡，发泡完成后，得到易导电高回弹TPU/EVA复合发泡材料。
对比例1
本对比例1与实施例3的不同之处在于，原料配方中未加入改性碳纳米管，除此之外，均与实施例3相同。
对比例2
本对比例2与实施例3的不同之处在于，原料配方中未加入乙烯-醋酸乙烯共聚物，除此之外，均与实施例3相同。
对比例3
本对比例3与实施例3的不同之处在于，原料配方中未加入马来酸酐接枝改性剂，除此之外，均与实施例3相同。
性能测试：
将实施例1~4和对比例1~3中所得的复合发泡材料按以下方法或标准进行性能测试，所得结果见下表1。
体积电阻率：采用PC-68型数字高阻计来测定材料发泡前后的电阻，按下式计算体积电阻率，判定导电性能；
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，式中，ρv为体积电阻率，Rv为电阻，S为测量电极等效面积，d为片材厚 度。
回弹性能：GB/T6670-2008《软质泡沫聚合材料落球法回弹性能的测定》。
表1实施例1~4和对比例1~3性能测试表
Figure DEST_PATH_IMAGE002
从表1中数据可以看出，相对于未添加改性碳纳米管的对比例1，实施例1~4的体积电阻率都有所降低，其中降低幅度最高可达8个数量级，而体积电阻率越低证明导电性能越好，证明本发明导电性能得到了显著提高；实施例4中，当改性碳纳米管的添加量达到3份时，体积电阻率为3.12×104Ω·cm，导电性能大大提升，这是由于改性碳纳米管的添加有利于导电网络在发泡复合材料中的形成，增强了材料的导电性能；对比例2中未添加EVA，其回弹率为51%，而实施例3的回弹率为58%，证明EVA的加入在基本不影响体积电阻率的同时能有效保持和提高材料的回弹性能；对比例3中未添加马来酸酐接枝改性剂，相对实施例3，回弹性能下降明显。

Claims (10)

1.一种易导电高回弹TPU/EVA复合发泡材料，其特征在于，包括以下重量份数的原料：
热塑性聚酯型聚氨酯弹性体100份；
乙烯-醋酸乙烯共聚物10~40份；
马来酸酐接枝改性剂3~8份；
碳纳米管1~3份；
过氧化物1~4份；
成核剂0.3~1.2份。
2.根据权利要求1所述的易导电高回弹TPU/EVA复合发泡材料，其特征在于，马来酸酐接枝改性剂是由聚硅氧烷与马来酸酐接枝聚乙烯反应制得的聚乙烯接枝含硅基团共聚物。
3.根据权利要求1所述的易导电高回弹TPU/EVA复合发泡材料，其特征在于，碳纳米管为改性碳纳米管。
4.根据权利要求3所述的易导电高回弹TPU/EVA复合发泡材料，其特征在于，改性碳纳米管的制备方法如下：
（1）碱洗：在浓度为0.5~1mol/L的NaOH溶液中加入碳纳米管，超声分散，然后80~90℃下搅拌1~2h，洗涤，过滤至pH值为7，烘干，使碳纳米管羟化，得到碳纳米管干粉；
（2）改性：碳纳米管干粉加入乙醇中，再将偶联剂加入，在80~90℃下搅拌2~3h，洗涤、过滤、烘干，得到改性碳纳米管。
5.根据权利要求4所述的易导电高回弹TPU/EVA复合发泡材料，其特征在于，碳纳米管干粉在乙醇中的加入量为10~15g/mL，碳纳米管干粉与偶联剂的质量比为（20~30）：（1~2）。
6.根据权利要求4所述的易导电高回弹TPU/EVA复合发泡材料，其特征在于，偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种。
7.根据权利要求1所述的易导电高回弹TPU/EVA复合发泡材料，其特征在于，过氧化物为过氧化锌。
8.根据权利要求1所述的易导电高回弹TPU/EVA复合发泡材料，其特征在于，成核剂为纳米氧化锌，平均粒径为20~80nm。
9.一种权利要求1~8任意一项所述的易导电高回弹TPU/EVA复合发泡材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将热塑性聚酯型聚氨酯弹性体、乙烯-醋酸乙烯共聚物、马来酸酐接枝改性剂、碳纳米管、过氧化物和成核剂依次送入密炼机，密炼共混，得到密炼预混料；
（2）将密炼预混料压制成片材，放入烘箱预热备用；
（3）采用间歇式发泡法，将预热后的片材置入高压反应釜中，通入CO2气体，泄压，使片材发泡，发泡完成后，得到易导电高回弹TPU/EVA复合发泡材料。
10.根据权利要求9所述的易导电高回弹TPU/EVA复合发泡材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，密炼共混温度为150~175℃；步骤（2）中，烘箱温度为100~120℃；步骤（3）中，高压反应釜的温度为110~120℃，CO2气体压力为10~20MPa。
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