[发明专利]低吸水性聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种低吸水性聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料的制备方法。

背景技术

聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）泡沫塑料是一种轻质、闭孔的硬质泡沫塑料，泡孔为100%闭孔结构，具有比PVC，PUR等硬质泡沫塑料更高的比强度、比模量和抗蠕变性。耐温性可达到240℃，是目前耐热性最好的刚性结构泡沫塑料。PMI具有优异的力学性能和高强度重量比，常用作夹层结构复合材料的芯层材料，特别是生产层状材料、层压材料、复合材料或泡沫复合体，在重量设计及优化制造方面具有明显的优势。聚甲基丙烯酰亚胺硬质泡沫塑料成型加工容易，可采用普通的木工加工工具进行加工，无需专用机具；可在165-205℃之间热成形，成形模具的设计简单，采用木材、聚酯或环氧树脂制成的模具就可以满足要求；此外它还可与热固性树脂兼容，与热固性树脂胶粘剂如ER、不饱和聚酯树脂、双马来酰亚胺树脂、氰酸酯树脂等具有良好的粘接性能；耐苯、二甲苯、单苯乙烯、油漆及黏合剂溶剂、燃油成分以及大多数化学溶剂侵蚀。

PMI泡沫作为一种泡沫长时间置于空气中会吸水，吸潮以后，H₂O 分子扩散进入孔隙结构在分子链中占据一定的空间。酰亚氨基团和水分子之间不发生化学反应，但是一部分的水分子会和酰亚氨基团之间形成物理键－范德华力。同时未反应完全的端羧基极性较强亲水，长时间暴露在空气中PMI会吸潮。吸潮以后，分子链加宽，体积增加，尺寸发生变化。水分子加宽了PMI泡沫分子链，其作用和在共聚物中加入增塑剂的作用是一样的。最终，材料变软，对PMI的加工过程产生影响，导致尺寸稳定性降低，同时各项力学性能也有所下降。

PMI泡沫制成三明治夹芯结构，成型温度一般在100℃以上，PMI泡沫的吸水性对夹芯复合材料的性能有很大的影响。PMI泡沫的吸水率大会严重降低泡沫与黏胶层或树脂层之间的结合力，因为在高温成型条件下，泡沫中的水分受热蒸发逐步迁移到泡沫的表层，水蒸气在面板层和泡沫之间形成空隙，使PMI泡沫和面板层之间结合力下降或没有结合力。从而使夹芯材料的机械性能特别是剥离强度严重下降。

发明内容

       为了降低PMI泡沫的吸水性带来的不利影响，本发明的目的是提供一种低吸水性聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料的制备方法及其应用，该方法通过不同憎水剂的加入制备低吸水性聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料，提高夹芯材料的机械性能，提高剥离强度。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种低吸水性聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料的制备方法，其特征在于：该方法以甲基丙烯酸、丙烯腈和第三单体为基体，通过加入憎水剂，同时加入引发剂、发泡剂、交联剂、密度控制剂以及成核剂共聚得到甲基丙烯酸/丙烯腈的共聚板，再经过高温发泡和热处理制得聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料，具体包括以下步骤：

（1）配方按如下重量份配置：甲基丙烯酸40-60 、丙烯腈40-60、第三单体5-20、憎水剂1-20、引发剂0.05-0.6、发泡剂1-16、交联剂1-12、密度控制剂0.1-3、成核剂0.3-18；

       按照上述配方将甲基丙烯酸、丙烯腈、第三单体、憎水剂混合，加入引发剂、发泡剂、交联剂、密度控制剂、成核剂，混合均匀得到均匀溶液；

（2）将得到的溶液注入密封好的两块平行玻璃内，在30℃-80℃水浴温度条件下聚合反应10-70小时，形成甲基丙烯酸/丙烯腈共聚板；

（3）将共聚板放置在80℃-180℃条件下预热2-10小时，再经180℃-230℃条件下发泡10min-200min，得到聚甲基丙烯酰亚胺泡沫；

（4）将制得的聚甲基丙烯酰亚胺泡沫在100℃-200℃条件下热处理1-5小时，得到聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料。

本发明所述憎水剂包括反应型憎水剂，如马来酸酐；添加型憎水剂，如为聚四氟乙烯、有机硅、双羟基硅油、纳米层状硅酸盐中的一种或几种。反应型马来酸酐主要与端羧基反应，使之不暴露于水分子的作用，自身的五元环暴露在外边形成空间位阻作用。憎水剂的用量基于单体的重量为0.8-25wt%。

所述第三单体为含有双键的丙烯酰胺类或丙烯酸烷基酯类，如丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯中的一种或几种。

所述发泡剂为N，N-二甲基脲，异丙醇或异丁醇中的一种或几种。

所述交联剂为丙烯酸烯丙酯、甲基丙烯酸烯丙酯、氧化镁或或二甲基丙烯酸乙二醇酯。