[发明专利]一种高密度硬质阻燃聚酰亚胺泡沫材料及其制备方法

说明书

本发明属于高分子材料技术领域，尤其涉及一种高密度硬质阻燃聚酰亚胺泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：1)将酸酐、低分子量醇、表面活性剂Ⅰ混合均匀，得前驱体A料；将催化剂、发泡剂混合均匀，得前驱体B；2)将前驱体A和前驱体B料混合搅拌，得发泡白料；3)将异氰酸酯、阻燃剂、表面活性剂Ⅱ混合搅拌，得发泡黑料；4)将发泡白料与黑料按比例混合并高速搅拌后倒入塑料模具中，静置后，将产品连同模具经微波熟化处理得到发泡前体，然后将发泡前体从模具中取出置于烘箱中固化定形得到最终的泡沫材料；本发明未使用有机溶剂，制备的聚酰亚胺泡沫材料具有高密度和拉伸强度的特点，阻燃性优异。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，尤其涉及一种高密度硬质阻燃聚酰亚胺泡沫材料的制备方法。

背景技术

聚酰亚胺泡沫是指分子结构中含有酰亚胺环的一类高分子泡沫材料，由于其分子结构和泡孔结构的特殊性，使其具有很好的阻燃性能、保温隔热性能、吸音降噪性能、耐高低温性能、力学性能、物理化学稳定性、防水性、卫生安全性等。其在航空航天、舰船、石油化工管道、建筑、汽车及轨道交通上具有广阔的应用前景。

当前高端聚酰亚胺泡沫材料的制备技术主要掌握在欧美等工业发达国家的一些公司手中，国内对聚酰亚胺泡沫材料的理论及实验室研究较早，但是实际工业化生产和应用研究较晚，现在国内仅有屈指可数的几个公司可以生产中低端聚酰亚胺泡沫材料，且成本较高、综合性能不佳，导致市场推广应用受到极大的限制。聚酰亚胺泡沫从泡沫软硬程度上可分为软质和硬质聚酰亚胺泡沫材料，软质泡沫和硬质泡沫在性能上有很大的不同，从而其应用领域也有较大的差异，如：硬质聚酰亚胺泡沫材料应用于航空航天飞行器中时，在保证具有其他性能时还可做为结构件，提高飞行器的整体强度；当起作为房屋的隔板时可以使房间更佳牢靠；其作为隔音屏障时不需要外加金属增强夹板，相比于软质泡沫具有更高的强度。

传统聚酰亚胺泡沫材料的制备中都需要使用大量的有机溶剂，有机溶剂在最终的泡沫材料中必须被除净，否则其阻燃性能、环保安全性、保温隔热性能等都将受到影响。由于聚酰亚胺泡沫本身导热系数就很低，在烘箱中固化定形时的加热烘烤并不能将其中的溶剂完全除净，同时除净溶剂也将产生大量的能耗，且有机溶剂在制备过程中的挥发会对操作工人的身体产生影响，也会对环境造成极大的污染。由于本方法未使用有机溶剂，在制备中不会出现溶剂挥发，最终得到的材料中也不会有溶剂残留，同时，无溶剂也有利于高密度泡沫的生成，因为若体系中含有溶剂，则由于反应放热会导致溶剂挥发，产生大量泡孔，进而导致泡沫密度变小。另外，传统方法中催化剂的添加方式大多为分别依次加入，这样可能会导致其中的固体催化剂或粘度较大的催化剂分布不均，进而导致体系局部反应剧烈，所生产出来的产品性能不均一。

高密度硬质聚酰亚胺泡沫由于具有较高的压缩强度和吸能性能，实现了聚酰亚胺泡沫用作结构材料的可能性，但是目前以二步法制备较高密度的聚酰亚胺泡沫，由于采用热压工艺不易制备大批量以及大尺寸泡沫产品，同时以α-BPDA为主造成生产成分较高，且由于为闭孔泡沫，还造成了溶剂难以去除的情况。由于软质聚酰亚胺泡沫不能作为结构芯材，然而随着航空航天等高新技术的发展，对聚酰亚胺泡沫性能提出了更高的要求，不仅要求有良好的保温隔热性能，还要求要能够承受结构载荷的作用，所以实现低成本、工艺简单的高密度聚酰亚胺泡沫具有积极的实用意义。

中国专利CN106751826 A中公开了一种增强增韧自固化硬质聚酰亚胺泡沫及其制备方法，该方法通过将二酐溶解在有机溶剂中，加入脂肪醇反应，再加入其他助剂得到发泡前驱体。将异氰酸酯、酸酐与磷酸混合得到黑料，通过将前驱体与黑料混合进行发泡。该方法制备得到的聚酰亚胺泡沫材料具有高强度、耐温性好、吸湿率低，可作为结构性材料适用。中国专利CN105308098 A报道了一种连续制备无溶剂开孔与闭孔聚酰亚胺泡沫的方法，其是通过将二酐溶于或悬浮与多元醇中，形成前驱体A，各种助剂溶于多元醇中形成前驱体B，将各种异氰酸酯混合得到前驱体C，然后将三种前驱体混合发泡，固化得到聚酰亚胺泡沫。该方法不使用不参与反应的挥发性溶剂，不存在除掉溶剂的过程，这样就降低了溶剂回收成本且无环境污染。

发明内容