[发明专利]一种改性轻质柔性聚酰亚胺泡沫材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改性轻质柔性聚酰亚胺泡沫材料及其制备方法。

背景技术

聚酰亚胺泡沫材料是一种新型的具有特定化学结构、耐高低温区域为-250℃～450℃、无有害物质释放的轻质材料，具有优异的隔热吸声性能、良好的介电性能、良好的柔弹性、强度可设计、耐辐照、耐溶剂、难燃和低发烟等性能。聚酰亚胺泡沫材料的性能决定其具有多种用途，目前越来越多地用作航空航天、舰艇和微电子等高新技术领域的承力、隔热、减震降噪和绝缘等方面的关键材料。

目前聚酰亚胺泡沫材料的制备方法较多，美国专利US3249561、US3310506、及英国专利GB999578通过制备聚酰胺酸溶液，然后加入化学酰亚胺化试剂，剧烈搅拌引入气泡，制备片状聚酰亚胺泡沫。但是，这种方法制备的泡沫材料孔径不均匀且化学发泡剂容易残留在泡沫中。

US3483144采用球磨法制备聚酰亚胺泡沫。在球磨熔融状态下二酐和二胺溶解并最终反应生成水发泡形成泡沫。该法的缺陷是泡孔不均匀，尺寸稳定性差，反应产生的发泡剂水含量很少，仅能制备密度约为430kg/m³的高密度聚酰亚胺泡沫材料。

US4305796、US4439381、US4822537通过微波发泡技术代替烘箱加热制备聚酰亚胺泡沫，其发泡及酰亚胺化速度快，效率高，但该法制备的泡沫缺陷多，密度不均匀。

欧洲专利EP0376592公开了一种挤出发泡制备聚酰亚胺泡沫的方法。将热塑性聚酰亚胺在380℃～410℃温度范围内熔融挤出，通过加入发泡剂或在口模处减压降温发泡。该法缺陷是工艺条件较难控制，泡沫孔径不均匀。

WO9962984、美国专利US4656198、US4670478、US4647597、US4425441、US6133330、US6180746B1、US6084000、US6180746B1、US6084000及中国专利CN101402795A、CN200710119168.4报道了采用粉/微球发泡制备聚酰亚胺泡沫的方法。将二酐及其衍生物在小分子醇和醚的溶液中酯化，然后向酯化溶液中加入二胺进行反应，得到聚酰胺酸预聚物溶液，再通过干燥、粉碎，得到聚酰胺酸前驱体粉，然后高温制备聚酰亚胺微球和聚酰亚胺泡沫。

US4900761、US5122546A、US5096932、US5234966、US5298531、US4952611A、US5064867先将二酐在醇和水中酯化，然后加入二胺、发泡剂等制备聚酰亚胺前驱体溶液，在一定温度下将部分前驱体溶液加热制成前驱体粉，然后将前驱体粉与水或聚酰亚胺前驱体溶液混合制成浆状物，再在微波炉或烘箱中加热制备聚酰亚胺泡沫，或直接对聚酰亚胺前驱体溶液进行高温处理制备聚酰亚胺泡沫。该法中发泡剂作为一个独立主体会导致泡沫产生非均一多孔结构，同时在泡孔壁上会残留发泡剂。

CN1528808A公开了一种聚醚偶联前体过程制备聚酰亚胺泡沫的方法。将二酐在小分子醇和单羟基聚醚中酯化，然后加入二胺和小分子醚充分反应，烘干后研磨成粉，高温下制备聚酰亚胺微球和聚酰亚胺泡沫。

CN101456967A通过将致孔剂加入到热塑性聚酰亚胺粉料中制得复合粉料，然后在20MPa～50MPa的高压及280℃～330℃的高温下制备聚酰亚胺多孔材料。该法的缺陷是发泡压力大、温度高、耗能、且材料密度大。

上述方法中采用二酸二酯中间体与二胺反应制备聚酰胺酸前驱体粉末或微球，然后高温制备的聚酰亚胺泡沫综合性能较好，但不能得到宽密度范围的聚酰亚胺泡沫，尤其是不能得到低密度的制品；同时中间体不易控制，副产物较多，可生成三酯或四酯等影响最终泡沫性能；另外，该法制备的泡沫主要为闭孔、隔热聚酰亚胺泡沫，与本发明内容无关。

美国专利US5900440、US4177333通过将催化剂加入到二酐和异氰酸酯的混合物中，然后高温处理制备聚酰亚胺泡沫。先在较低的温度下搅拌混合物，当反应生成的CO₂释放量为混合物总质量的1wt％～8wt％时，终止反应并将混合物从容器中移出，研磨成粉或直接倒入模具内高温发泡，得到聚酰亚胺泡沫材料。该法可制备低密度开孔聚酰亚胺泡沫，但缺陷是工艺复杂，CO₂释放量不易控制，且泡沫收缩严重。

US5153234公开了一种将二酐、异氰酸酯、催化剂等在容器中混合均匀，然后倒入预热的模具内，在200℃～250℃下保持5分钟～15分钟获得聚酰亚胺泡沫的方法。该法可制备低密度的聚酰亚胺泡沫材料，但缺陷是材料酰亚胺化程度不够，泡沫掉渣，易变形，废品率高。