[发明专利]一种抗静电固体浮力材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及功能性非金属材料技术领域，尤其属于海洋环境用的浮力材料技术领域，具体地说是一种抗静电固体浮力材料及其制备方法。 

背景技术

近年来，固体浮力材料已经被广泛应用于海洋钻井平台、石油开采隔水管和水下作业潜器等海洋开发用设备。随着人类对海洋的探索与开发越来越广泛，对固体浮力材料的需求量也越来越大。然而，目前常用的固体浮力材料基本都是采用空心微珠填充热固性树脂制备而成的。由于作为填料的空心微珠和作为基体的树脂都是非常好的绝缘材料，因此所制备的固体浮力材料也具有非常好的绝缘性，体积电阻率一般在1012～1015Ω·cm之间。这种绝缘材料具有非常大的静电积累效应，使其在搬运、安装和使用过程中，容易因摩擦或碰撞而积聚静电荷，产生很高的静电压。这对海洋开发用的设备，尤其对用于石油开采的相关设备来说，是非常危险的，很容易因静电荷积累而引发起火或爆炸。现有技术中，美国专利USP4、021、589、USP5、973、031等报道了用空心玻璃微珠填充不饱和聚酯树脂制备的浮力材料；中国专利CN200610043524.4、CN200910174576.9和CN201210067359.1等报道了用空心微珠填充环氧树脂制备的浮力材料。这些专利所报道的浮力材料虽然都具备较高的强度，然而它们均不具备抗静电特性。目前尚未见到有关抗静电固体浮力材料的报道，因此，开发一种具备抗静电的固体浮力材料变得非常重要。 

目前常用的实现材料抗静电性的方法有两种：一种是在材料表面涂覆导电 性的涂层或抗静电剂，这种方法所制备的抗静电材料不具备永久性，其表面的抗静电层很容易在使用过程中因摩擦或碰撞而失效；另一种方法是在材料中直接添加导电性的填料，如导电炭黑、聚苯胺、银粉，碳管等，这种方法虽然能制备永久的抗静电材料，但是填料在基体中的分散性和相容性都很差，并且填料含量通常高达2～20%，这将严重影响材料的密度和强度，不适于制备低密度、高强度的固体浮力材料。 

本发明的发明人经过不断尝试，通过原位氧化聚合反应，在空心玻璃微珠表面包覆一层聚苯胺，得到一种”核-壳”结构的改性空心玻璃微珠，再与环氧树脂基体复合，进而制备出抗静电固体浮力材料。由于聚苯胺的包覆可以改善玻璃微珠的分散性，增强环氧基体与玻璃微珠之间的界面结合力，有利于导电网络的形成，从而可以降低逾渗阈值。当聚苯胺的重量分数达到0.8%时，固体浮力材料的体积电阻率可降低至105Ω·cm，且材料密度和强度不受影响。目前尚没有关于这种技术方案的报道。 

发明内容

本发明的目的在于：提供一种抗静电固体浮力材料及其制备方法，采用原位氧化聚合反应，在空心玻璃微珠表面包覆一层聚苯胺，形成”核-壳”结构的改性空心玻璃微珠，再与环氧树脂基体进行复合制备固体浮力材料，既能改善玻璃微珠在环氧树脂中的分散性，又能增强环氧基体与玻璃微珠之间的界面结合力，有利于导电网络的形成，从而可以降低逾渗阈值。 

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 

一种抗静电固体浮力材料，以重量份计，该材料配方组分包含：环氧树脂100份、空心玻璃微珠40～100份、稀释剂10～20份、固化剂60～100份、催化剂0.1～2份。其中，所述的环氧树脂是环氧值为0.41～0.56eq/100g的双酚A 型环氧树脂、双酚F型环氧树脂或酚醛环氧树脂中的一种；所述的空心玻璃微珠的粒径为10～120μm，抗压强度为20～192MPa，密度为0.27～0.62g/cm³，优选美国3M公司的K37、K46、IM16K、IM30K等中的一种；所述的固化剂为常用的酸酐类固化剂或胺类固化剂，优选甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐、二乙烯三胺、三乙烯四胺等中的一种；所述的稀释剂为分子链两端均含有环氧基团的反应型活性稀释剂，优选乙二醇二缩水甘油醚、1,4-丁二醇二缩水甘油醚或新戊二醇二缩水甘油醚等中的一种；所述的催化剂为N,N-二甲基苄胺、2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚或三乙醇胺等中的一种。 

所述的一种抗静电固体浮力材料，其特征在于：所述的空心玻璃微珠是通过采用原位氧化聚合反应在其表面包覆一层聚苯胺，形成的”核-壳”结构的改性空心玻璃微珠。 

所述的一种抗静电固体浮力材料，其特征在于：所述的聚苯胺包覆的”核-壳”结构的改性空心玻璃微珠中，聚苯胺含量为空心玻璃微珠质量的0.5～3%，可以通过调节反应物投料比和反应时间来控制。 

一种抗静电固体浮力材料的制备方法，具体制备工艺过程如下：