[发明专利]一种聚脲-酰亚胺泡沫材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高分子泡沫材料及其制备方法，特别涉及一种聚脲-酰亚胺泡沫材料及其制备方法。

背景技术

聚脲是与聚氨酯具有相似结构的新型聚合物材料，它们的聚合物大分子是由软段和硬段组成的嵌段共聚物，两种链段可分别用A和B表示。A链段，即软段，具有柔软、橡胶状的韧性，在低温下不易发脆，它是由大分子聚醚等和异氰酸酯反应构成的；B链段，即硬段，是由小分子的胺类(或醇类)扩链剂与异氰酸酯反应形成的，它给予聚合物强度。虽然聚脲和聚氨酯都是由软、硬段组成的嵌段共聚物，但它们在软、硬段的化学界面是完全不同的，聚氨酯是氨基甲酸酯基，而聚脲的化学界面是脲基，如式1所示。基团的热分解温度是决定热稳定性的一个重要因素，脲基和氨基甲酸酯基的热分解温度分别为260℃和240℃，说明聚脲具有更好的耐热性能。一般来说，聚脲具有良好的热稳定性，可在120℃下长期使用，可承受150℃的短时热冲击。而聚氨酯的耐热性能较差，使用温度为80℃左右，短期使用温度可达120℃。

式1聚脲和聚氨酯的化学结构式

聚脲一般是指由多异氰酸酯与端氨基齐聚物和小分子的端氨基扩链剂(如芳香族二胺等)反应而成的聚合物，其中，端氨基齐聚物主要是端氨基聚醚(聚醚多元胺)。为了更好地提高聚脲的耐热性能，人们将耐高温性能优异的聚酰亚胺导入到聚脲的分子链中，开发了聚脲-酰亚胺材料。与聚脲相比，聚脲-酰亚胺的主要特点是其分子结构中的硬段是由异氰酸酯和二酐反应而形成的聚酰亚胺(式2)，而聚脲的硬段是异氰酸酯和小分子端氨基扩链剂反应形成的聚脲链段。由于分子主链上引入了热稳定性好的芳杂环(聚酰亚胺环)，环体较大的空间位阻可阻碍分子链段在受热过程中的相对运动，能显著提高材料的耐热形变性能。聚酰亚胺环的热分解温度高，故用聚脲-酰亚胺制得的制品可耐高温。目前，聚脲-酰亚胺泡沫材料是聚脲-酰亚胺应用开发的一个重要方面。用聚脲-酰亚胺制得的泡沫材料，不但具有强度高、自阻燃、耐高温/低温、耐溶剂、耐氧化、耐辐照、介电性能优良等综合性能，并还有质量轻、绝热吸声等特点，因而可应用于飞行器、舰船、车辆和建筑等众多方面。

式2多异氰酸酯和酸酐反应生成酰亚胺结构的方程式

在聚脲-酰亚胺泡沫材料的制备过程中，发泡过程中主要反应包括由酸酐与异氰酸酯反应形成具有酰亚胺结构的硬段、由端氨基聚醚与异氰酸酯反应形成脲基和由发泡剂水与异氰酸酯反应形成脲键的同时而释放出CO₂气体。用水作发泡剂时，泡沫制备实际上是利用水与异氰酸酯反应产生的CO₂气体以及二酐与异氰酸酯反应生成的CO₂气体(式2)来共同发泡的。但是，现有的制备方法中，不能使链增长和起泡的速度达到平衡从而得不到性能较好的聚脲-酰亚胺泡沫材料；因此，需要提供一种制备方法能有效的调节上述各个反应的速度，以使链增长和起泡的速度达到最佳平衡从而制备出满足需要的聚脲-酰亚胺泡沫材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚脲-酰亚胺泡沫材料及其制备方法。

本发明提供的聚脲-酰亚胺泡沫材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)靛红酸酐与聚醚多元胺反应得到酰胺桥接的改性聚醚多元胺；所述聚醚多元胺为聚醚二胺或聚醚三胺，数均分子量为200g/mol-5000g/mol；

(2)向所述酰胺桥接的改性聚醚多元胺中加入催化剂、发泡剂和泡沫稳定剂并混合均匀得到混合物；向所述混合物中加入酸酐和多异氰酸酯并混合均匀后经发泡成型即得所述聚脲-酰亚胺泡沫。

上述制备方法中，步骤(1)中所述的聚醚二胺可为聚醚胺D-2000；聚醚三胺可为聚醚胺T-5000；所述聚醚多元胺的数均分子量具体可为2000g/mol-5000g/mol、2000g/mol或5000g/mol。

上述制备方法中，步骤(1)中所述靛红酸酐的酐基与所述聚醚多元胺的氨基的摩尔比可为1∶1。

上述制备方法中，步骤(2)中所述催化剂可为质量百分含量为33％的三亚乙基二胺的乙二醇溶液(AE33)、三丁胺和辛酸亚锡的混合物；所述催化剂中质量百分含量为33％的三亚乙基二胺的乙二醇溶液、三丁胺和辛酸亚锡的质量份数比为(0.5-2.0)∶(0.5-4.0)∶(0.01-2.0)；具体可为0.7∶1.0∶0.2、0.5∶0.8∶0.2、0.8∶1.0∶0.2或0.6∶08∶1.0。

上述制备方法中，步骤(2)中所述发泡剂可为水；所述泡沫稳定剂可为硅油，所述硅油具体可为南京德美世创化工有限公司生产的牌号为AK-8805的硅油。