一种聚酰亚胺泡沫材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种聚酰亚胺泡沫材料及其制备方法，该方法包括以下步骤：将芳香族二酐加入极性溶剂中，加热使其溶解，然后加入脂肪醇；再加入催化剂、水及泡沫稳定剂，得到透明的聚酰亚泡沫前驱体溶液，记为A液；将A液与芳香多异氰酸酯按照质量比为1:0.3‑2进行混合，得到混合液，再将混合液装于压力容器中，迅速通过气体补压至设定压力，然后在设定压力下进行发泡，发泡结束后，得到未经酰亚胺化的泡沫；对未经酰亚胺化的泡沫进行热处理以除去溶剂，再加热除去溶剂后的泡沫以进行亚胺化处理，得到聚酰亚胺泡沫材料。本发明专利技术的方法可通过调节压力的大小调节聚酰亚胺泡沫材料的密度，从而通过该方法可轻易获得不同密度的聚酰亚胺泡沫材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种聚酰亚胺泡沫材料及其制备方法，属于高分子材料

技术介绍
聚酰亚胺泡沫材料是一种具有良好力学性能、优异阻燃性能、抗明火等性能的高性能泡沫材料，与其它类型的泡沫塑料相比较，其在使用过程中不产生有害气体，密度小，性能调节范围宽，易于安装和拆卸，耐高温的同时，也具有优异的耐低温脆性等特点，已经作为隔热、降噪材料在国外取得到了广泛的应用。目前，已经产业化制备聚酰亚胺泡沫材料的主要方法有两类，一类是基于芳香族二酐和芳香族二胺为主要原料的两步法，另一类是基于芳香族二酐和异氰酸酯为主要原料的一步法。利用两步法制备不同密度的泡沫材料，可以在一定程度上控制聚酰亚胺泡沫的机械性能，两步法制备的不同密度的泡沫是利用聚酰亚胺微球压制的。目前已经商业化的硬质聚酰亚胺泡沫有基于3,3’,4,4’-二苯甲酮四酸二酐(BTDA)和4,4’-二胺基二苯醚(ODA)制成的系列化泡沫产品(TEEK-LL)，基于3,3’,4,4’-二苯醚四酸二酐(ODPA)和ODA制成的系列化泡沫产品(TEEK-HH)和基于BTDA与二胺基二苯砜(DDS)形成的TEEK-CL系列产品，这些泡沫材料均需要利用模压的方式制备。因此，在制备泡沫时，批量生产存在较高的难度。中国专利CN102964834A公开了一种新的制备硬质泡沫的方法，其利用封端剂的方法，首先制备低分子量的前驱体粉末或低分子量的聚酰亚胺，然后再加热继续交联反应，同时，在交联时释放一部分气体从而形成闭孔的聚酰亚胺泡沫。该方法制备的聚酰亚胺泡沫材料机械性能较好，但在形成交联时，体系中引入的非芳环共轭结构使泡沫长期在高温下耐热氧化性能有所降低，同时，以该方法制备的泡沫均是以模压状态制备，单次制备效率低，成本高，不易大规模制备该类硬质泡沫。同两步法相比，一步法制备的泡沫的性能虽不及两步法制备的泡沫，但其优点是工艺简单，易于实现工业化，从而更易实现大规模制备。中国专利CN101402743A公布了一步法制备聚酰亚胺泡沫的方法，其由芳香二酐、低分子醇、催化剂、表面活性剂等按比例混合在极性溶剂中形成泡沫前体的溶液，然后再与异氰酸酯混合发泡，进一步通过微波处理和热处理得到聚酰亚胺泡沫。中国专利CN104829835A公布了改进的一步法制备聚酰亚胺泡沫的方法，其首先利用芳香二酐在极性溶剂中与脂肪醇进行反应，将此衍生物与泡沫稳定剂、催化剂及水等其它助剂混合而得到发泡白料，与其它现有技术不同，该专利中黑料为多元芳酐与异氰酸酯的反应产物。将白料与黑料反应，再进一步热处理而得到聚酰亚胺泡沫。虽然经过不断的改进，一步法制备得到的泡沫材料的性能得到进一步改善，但所制备的泡沫均是低密度的泡沫，其密度一般低于10kg/m3，强度、刚性一般较低。中国专利CN102127225A公开了一种利用一步法制备硬质泡沫的方法，其主要是将混好的A液、B液注入模具，然后密封，在微波中定型及亚胺化。该方法对使用的模具有较高的要求，模具需耐高压，在微波场中可以使用。该方法制备的泡沫在卸模时，极易出现由于大量气体排出而开裂的现象，从而导致次品率较高。
技术实现思路
为了解决上述的缺点和不足，本专利技术的目的在于提供一种聚酰亚胺泡沫材料的制备方法。本专利技术的目的还在于提供由上述聚酰亚胺泡沫材料的制备方法制备得到的聚酰亚胺泡沫材料。为达到上述目的，一方面，本专利技术提供一种聚酰亚胺泡沫材料的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)将芳香族二酐加入极性溶剂中，加热使其溶解，然后加入脂肪醇；再加入催化剂、水及泡沫稳定剂，得到透明的聚酰亚泡沫前驱体溶液，记为A液；(2)将A液与芳香多异氰酸酯按照质量比为1:0.3-2进行混合，得到混合液，再将该混合液装于压力容器中，迅速通过气体补压至设定压力，然后在该设定压力下进行发泡，发泡结束后，得到未经酰亚胺化的泡沫；(3)对所述未经酰亚胺化的泡沫进行热处理以除去溶剂，再加热除去溶剂后的泡沫以进行亚胺化处理，得到所述聚酰亚胺泡沫材料。根据本专利技术所述的方法，本专利技术对步骤(1)所述A液制备过程中所用原料的具体用量不作要求，本领域技术人员可以根据现场作业需要合理选择原料用量配比来制备A液，且该原料用量也不会影响本专利技术所制备得到的聚酰亚胺泡沫材料的性能。同时，本专利技术对步骤(1)中催化剂、水及泡沫稳定剂的加入顺序也不作具体要求。此外，步骤(1)中加热的目的之一是加快芳香族二酐在极性溶剂中的溶解，加热的另一目的是促进酯化反应的进行。同样地，本专利技术对该加热温度也不作具体要求，本领域技术人员可以根据现场作业需要合理选择该加热温度范围，只要保证可以实现本专利技术的目的即可。根据本专利技术所述的方法，在本专利技术具体实施方式中，步骤(1)中所述加热温度为60℃。根据本专利技术所述的方法，步骤(2)是在室温下进行的。根据本专利技术所述的方法，因脂肪醇与芳香族二酐发生反应，同时，水也参与发泡反应，因此步骤(2)中所述的除去溶剂只是除去极性溶剂。根据本专利技术所述的方法，本专利技术对步骤(2)中所述的气体不作具体要求，本领域技术人员可以根据作业需要，选择合适的气体进行补压，在本专利技术具体实施方式中，所述用于补压的气体包括压缩空气、氮气等。根据本专利技术所述的方法，在本专利技术优选的实施方式中，步骤(3)中在对未经酰亚胺化的泡沫进行热处理前可以对其进行抽真空处理以提高除溶剂效率。根据本专利技术所述的方法，本专利技术对步骤(3)“热处理以除去溶剂”中的热处理温度及时间不作具体要求，本领域技术人员可以根据需要选择合适的热处理温度及时间以除去体系中的极性溶剂，只要保证可以实现专利技术目的即可。在本专利技术具体实施方式中是将未经酰亚胺化的泡沫置于真空烘箱中在150℃保持3h来实现除去极性溶剂的目的的。同时，本专利技术对步骤(3)“加热除去溶剂后的泡沫以进行亚胺化处理”中的亚胺化处理温度及时间也不作具体要求，本领域技术人员可以根据需要选择合适的亚胺化处理温度及时间以进行亚胺化处理，只要保证可以实现专利技术目的即可。在本专利技术具体实施方式中，所述亚胺化处理的温度为250℃，处理时间为2h。根据本专利技术所述的方法，在本专利技术具体实施方式中，该方法步骤(1)及步骤(2)的混合过程可以通过高压发泡机实现，具体包括以下操作：a、将芳香族二酐加入极性溶剂中，加热至60℃使其溶解，然后加入脂肪醇、催化剂、水及泡沫稳定剂，搅拌均匀后降温至室温，得到透明的聚酰亚泡沫前驱体溶液，记为A液，将A液装入发泡机A液贮液桶中；b、将芳香多异氰酸酯(记为B液)装入发泡机的B液贮料罐中；c、利用高压发泡机将A液与B液按照质量比为1:0.3-2进行混合后，注入压力容器中，迅速通过气体补压至设定压力，然后在该设定压力下进行发泡，发泡结束后，得到未经酰亚胺化的泡沫；d、待发泡完成后，缓慢泄压后取出未经酰亚胺化的泡沫，对该未经酰亚胺化的泡沫进行抽真空及热处理以除去溶剂，再加热除去溶剂后的泡沫以进行亚胺化处理，得到所述聚酰亚胺泡沫材料。根据本专利技术所述的方法，其中，所用的高压发泡机为本领域使用的常规设备，而压力容器则为通用的工业压力设备。根据本专利技术所述的方法，其中，所述热处理及亚胺化处理可以在烘箱中进行。根据本专利技术所述的方法，优选地，所述芳香族二酐包括1,2,4,5-均苯四甲酸二酐(PMDA)、3,3',4,4'-二苯醚四酸二酐(ODPA)、3,3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚酰亚胺泡沫材料的制备方法，其包括以下步骤：(1)将芳香族二酐加入极性溶剂中，加热使其溶解，然后加入脂肪醇；再加入催化剂、水及泡沫稳定剂，得到透明的聚酰亚泡沫前驱体溶液，记为A液；(2)将A液与芳香多异氰酸酯按照质量比为1:0.3‑2进行混合，得到混合液，再将该混合液装于压力容器中，迅速通过气体补压至设定压力，然后在该设定压力下进行发泡，发泡结束后，得到未经酰亚胺化的泡沫；(3)对所述未经酰亚胺化的泡沫进行热处理以除去溶剂，再加热除去溶剂后的泡沫以进行亚胺化处理，得到所述聚酰亚胺泡沫材料。

【技术特征摘要】
1.一种聚酰亚胺泡沫材料的制备方法，其包括以下步骤：(1)将芳香族二酐加入极性溶剂中，加热使其溶解，然后加入脂肪醇；再加入催化剂、水及泡沫稳定剂，得到透明的聚酰亚泡沫前驱体溶液，记为A液；(2)将A液与芳香多异氰酸酯按照质量比为1:0.3-2进行混合，得到混合液，再将该混合液装于压力容器中，迅速通过气体补压至设定压力，然后在该设定压力下进行发泡，发泡结束后，得到未经酰亚胺化的泡沫；(3)对所述未经酰亚胺化的泡沫进行热处理以除去溶剂，再加热除去溶剂后的泡沫以进行亚胺化处理，得到所述聚酰亚胺泡沫材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述芳香族二酐包括1,2,4,5-均苯四甲酸二酐、3,3',4,4'-二苯醚四酸二酐、3,3',4,4'-二苯甲酮四酸二酐、双酚A型二苯醚二酐、3,3',4,4'-联苯四酸二酐及2,3',4,4'-联苯四酸二酐中的一种或几种的组合。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述极性溶剂包括二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮及二甲基亚砜中的一种或几种的组合。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脂肪醇包括乙醇、甲醇、异丙醇及乙二醇中的一种或几种的组合。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂包括有机锡类催化剂、有机胺类催化剂及咪唑类催化剂；优选地，所述有机锡类...

【专利技术属性】
技术研发人员：酒永斌，翟宇，翟彤，曹巍，刘暘，李伯龙，王连才，曾心苗，
申请(专利权)人：北京市射线应用研究中心，
类型：发明
国别省市：北京;11