[发明专利]一种基于膨胀微球发泡的双网络硬质密胺泡沫材料及其制备方法

说明书

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种基于膨胀微球发泡的双网络硬质密胺泡沫材料及其制备方法。本发明提供的制备方法，包括以下步骤：制备三聚氰胺‑甲醛溶液，获得密胺树脂前驱体；向密胺树脂前驱体中加入匀泡剂、催化剂、亲水性单体、引发剂、膨胀微球发泡剂得到密胺树脂前驱体预聚液；经微波发泡及热固化制备基于膨胀微球发泡的双网络硬质密胺泡沫。本发明采用一种热膨胀微球发泡技术，可控化制备结构均一的双网络双交联硬质密胺泡沫材料。利用不同高分子网络之间的优势互补，极大提高硬质密胺泡沫材料的力学性能。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种基于膨胀微球发泡的双网络硬质密胺泡沫材料及其制备方法。

背景技术

硬质密胺泡沫又名三聚氰胺甲醛硬质泡沫，是由密胺树脂通过一定发泡工艺制得的泡沫材料。硬质密胺泡沫材料因其独特的孔隙结构和化学性质，具有阻燃隔热、减震抗噪等特性，因此被广泛应用在建筑材料、车辆工程等领域。

然而传统硬质密胺泡沫因其刚性高分子结构，导致其存在韧性差、易掉粉等力学问题。同时，基于传统化学和物理发泡技术制备的硬质密胺泡沫材料往往还存在泡孔结构缺陷，例如泡孔不均一，结构易坍塌、破裂，开孔率大等等问题。这些问题都极大限制了硬质密胺泡沫的应用范围。

现有研究表明，通过物理改性法、柔性链加长法、官能团封端法可以提高密胺泡沫材料的韧性，但这些方法无法改变泡孔不均一，开孔率大等问题。

为此，特提出本发明。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种新结构的硬质密胺泡沫材料及其制备方法。本发明所得硬质密胺泡沫材料具有韧性高、不易掉粉的优异力学性能，同时还具有细小均匀的泡孔结构和较高的闭孔率。

第一方面，本发明所述的硬质密胺泡沫材料的制备方法，包括：

S1、甲醛与三聚氰胺进行羟甲基化反应，得到密胺树脂前驱体；

S2、向所得密胺树脂前驱体中加入匀泡剂、催化剂、亲水性单体、引发剂及膨胀微球发泡剂，混匀，得到密胺树脂前驱体预聚液；

S3、所得密胺树脂前驱体预聚液经发泡及热固化，得到硬质密胺泡沫。

本发明在现有密胺树脂缩聚反应的同时引入亲水性单体聚合反应，从而形成双网络双交联结构，提高硬质密胺树脂泡沫材料的力学韧性；具体来讲，第一网络为密胺树脂低聚物缩聚形成的高密度交联密胺树脂网络，用于承担结构支撑；而第二网络为亲水性单体所形成的高力学强度网络，可在保持密胺树脂原有力学性能基础上补充第一网络的间隙，提高韧性；两种高分子网络之间优势互补且不失去原有的特性，从而极大提高了密胺树脂的力学韧性，并满足环保要求。通过上述提高密胺树脂的韧性以及改进发泡方法获得兼具高韧性、泡孔结构细小均匀、闭孔率较高的硬质密胺树脂泡沫材料。

同时，本发明还选用膨胀微球发泡剂制得泡沫材料。膨胀微球发泡剂是一种热塑性空心聚合物微球，由热塑性聚合物外壳和封入的液态烷烃气体组成，其平均直径范围从10μm至50μm，当加热时体积可膨胀增大，当冷却时体积则稳定不再变化。本发明选用该发泡剂进行封闭体系发泡，确保发泡过程高度可控且稳定，从而获得细小均匀的泡孔结构以及较高的闭孔率，解决了现有硬质密胺树脂泡沫材料存在的泡孔破裂与坍塌的问题。

进一步地，本发明研究发现，pH过低会使羟甲基反应慢且不充分，而pH过高则易使甲醛产生歧化反应，产生甲酸，也不利于反应。为此，本发明控制反应体系的pH在8-9之间，反应温度为80-90℃。反应终点判断方式为用冰水测水容忍点。反应结束后，将体系温度降低至60℃，控制体系pH在8-9之间，即得到密胺树脂前驱体。

所述S1中，所述甲醛以质量浓度37％的甲醛溶液形式添加；所述甲醛溶液与所述三聚氰胺的质量比为(201-600)：270。