CN103524661A - 一种纳米级二氧化硅改性聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的制备方法 - Google Patents

一种纳米级二氧化硅改性聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的制备方法 Download PDF

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魏涛
赵钎
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Abstract

本发明公开了一种纳米级二氧化硅改性聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的制备方法，以甲基丙烯酸、丙烯腈和第三单体，加入纳米级的SiO2、引发剂、增稠剂、发泡剂、交联剂、密度控制剂等先共聚得到可发泡的聚合板，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。通过引入纳米级的SiO2，利用纳米粒子相对于泡孔壁的小尺寸及其增强的表面活性易生成良好的界面，同时使单位体积的泡孔中拥有更多的纳米级的SiO2粒子而起到成核剂的作用，使泡孔的密度增大，泡孔减小，从而提高泡沫的拉伸、压缩、抗冲击强度等相关力学性能。制备的泡沫可应用于航天航空、高速列车、风电、船舶、医疗等高新技术领域作夹芯材料。

Description

一种纳米级二氧化硅改性聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的制备方法
 
技术领域
本发明涉及一种纳米级二氧化硅改性聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的制备方法。
背景技术
聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）泡沫塑料是一种泡孔为100%闭孔结构，质轻的硬质泡沫塑料，其均匀交联的孔壁结以及孔壁上理想的物料分布使其具有突出的结构稳定性和优异的力学性能，热变形温度高达180-250℃,是目前耐热性最好的刚性结构泡沫塑料。
目前，国内外对应用纳米技术改性聚合物开展了广泛的研究，已取得不少技术突破，并且成功地制备了各种聚合物/纳米粒子复合材料，如聚合物/纳米CaCO3、聚合物/纳米Si02、聚合物/纳米Ti02及聚合物/纳米粘土等纳米复合材料。与原有的聚合物相比，其性能都有了较大的提高，而且加工性能也有了一定的改善。虽然国内用纳米粒子增强泡沫塑料的研究较少，但是由于纳米粒子相对于泡孔壁的小尺寸及其强的表面活性易于生成良好的界面，单位体积内具有更多的粒子数量而起到成核剂的作用，使泡孔密度更大、泡孔更小，这对于泡沫塑料的增强有很大的潜力。
发明内容
本发明的目的是提供一种纳米级二氧化硅改性聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的制备方法，该方法通过引入纳米级的SiO2，利用纳米粒子相对于泡孔壁的小尺寸及其增强的表面活性易生成良好的界面，同时使单位体积的泡孔中拥有更多的纳米级的SiO2粒子而起到成核剂的作用，使泡孔的密度增大，泡孔减小，从而提高泡沫的拉伸、压缩、抗冲击强度等相关力学性能。制备的泡沫可应用于航天航空、高速列车、风电、船舶、医疗等高新技术领域作夹芯材料。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种纳米级二氧化硅改性聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的制备方法，其特征在于：该方法以甲基丙烯酸、丙烯腈和第三单体，加入纳米级的SiO2、引发剂、增稠剂、发泡剂、交联剂、密度控制剂等先共聚得到可发泡的聚合板，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；具体制备步骤如下：
（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
增稠剂                      1-30
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
纳米级SiO2                  0.3-18
       按照上述配方将甲基丙烯酸、丙烯腈、第三单体、增稠剂混合，加入引发剂、发泡剂、交联剂、密度控制剂、纳米级SiO2，混合均匀得到均匀溶液；
（2）将得到的溶液注入由橡胶条密封好的两块平行玻璃内，在30℃-70℃水浴温度条件下聚合反应10-70小时，得到可发泡的聚合板；
（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℃条件下保持1-5小时，并自然冷却至室温，得到聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料。
本发明所述增稠剂为有机膨润土、硅藻土、甲基纤维素、明胶中一种或几种；所述纳米级SiO2的粒径≤30nm,比表面积为50-250m2/g；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、氧化镁或二甲基丙烯酸乙二醇酯；所述成核剂为甲基丙烯酸叔丁酯、N-甲基甲酰胺或甲基丙烯酸异丁酯。
本发明得到的泡沫材料在航天航空、高速列车、风电、船舶、医疗器材设备的复合材料泡沫夹层结构件中得到广泛应用。
本发明得到的泡沫材料拉伸、压缩、抗冲击强度等相关力学性能好。制备的泡沫可应用于航天航空、高速列车、风电、船舶、医疗等高新技术领域作夹芯材料。
具体实施方式
实施例1
       一种纳米级二氧化硅改性聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的制备方法，配方如下：
甲基丙烯酸 50
丙烯腈 50
甲基丙烯酰胺 8
纳米级SiO2 5
过氧化辛酸叔丁酯 0.3
偶氮二异丁腈 0.05
异丙醇 10
甲基丙烯酸烯丙酯 5
马来酰亚胺 2.2
上述聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料制备方法步骤如下：
（1）将甲基丙烯酸、丙烯腈、甲基丙烯酰胺、纳米级SiO2，加入过氧化辛酸叔丁酯、偶氮二异丁腈、异丙醇、甲基丙烯酸烯丙酯、马来酰亚胺、甲基丙烯酸叔丁酯按照如上配方混合均匀。
（2）将步骤（1）所得溶液注入由橡胶条密封好的两块平行玻璃内，在45℃水浴温度条件下聚合反应50小时形成甲基丙烯酸/丙烯腈共聚板。
（3）将共聚板放置100-150℃条件下预热5小时，再经200℃条件下发泡50min，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170℃条件下保持2小时，并自然冷却至室温，得到聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料。
本实施例制得的聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料，密度80Kg/m3、压缩强度1.8Mpa、拉伸强度2.1Mpa、弯曲弹性模量100Mpa。
实施例2
       一种纳米级二氧化硅改性聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的制备方法，配方如下：
甲基丙烯酸 50
丙烯腈 50
甲基丙烯酰胺 8
纳米级SiO2 10
过氧化辛酸叔丁酯 0.3
偶氮二异丁腈 0.05
异丙醇 10
甲基丙烯酸烯丙酯 5
马来酰亚胺 2.2
上述聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料制备方法步骤如下：
（1）将甲基丙烯酸、丙烯腈、甲基丙烯酰胺、纳米级SiO2，加入过氧化辛酸叔丁酯、偶氮二异丁腈、异丙醇、甲基丙烯酸烯丙酯、马来酰亚胺、甲基丙烯酸叔丁酯按照如上配方混合均匀。
（2）将步骤（1）所得溶液注入由橡胶条密封好的两块平行玻璃内，在45℃水浴温度条件下聚合反应50小时形成甲基丙烯酸/丙烯腈共聚板。
（3）将共聚板放置100-150℃条件下预热5小时，再经200℃条件下发泡50min，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170℃条件下热处理2小时，得到聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料。
本实施例制得的聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料，密度92Kg/m3、压缩强度2.1Mpa、拉伸强度2.3Mpa、弯曲弹性模量112Mpa。
实施例3
       一种纳米级二氧化硅改性聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的制备方法，配方如下：
甲基丙烯酸 50
丙烯腈 50
甲基丙烯酰胺 8
纳米级SiO2 15
过氧化辛酸叔丁酯 0.3
偶氮二异丁腈 0.05
异丙醇 10
甲基丙烯酸烯丙酯 5
马来酰亚胺 2.2
上述聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料制备方法步骤如下：
（1）将甲基丙烯酸、丙烯腈、甲基丙烯酰胺、纳米级SiO2，加入过氧化辛酸叔丁酯、偶氮二异丁腈、异丙醇、甲基丙烯酸烯丙酯、马来酰亚胺、甲基丙烯酸叔丁酯按照如上配方混合均匀。
（2）将步骤（1）所得溶液注入由橡胶条密封好的两块平行玻璃内，在45℃水浴温度条件下聚合反应50小时形成甲基丙烯酸/丙烯腈共聚板。
（3）将共聚板放置100-150℃条件下预热5小时，再经200℃条件下发泡50min，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170℃条件下热处理2小时，得到聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料。
本实施例制得的聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料，密度100Kg/m3、压缩强度2.5Mpa、拉伸强度2.4Mpa、弯曲弹性模量123Mpa。
通过实施例1到实施例3可看出随着纳米级的SiO2的用量增加，得到的聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料的密度也逐渐增加，相关的力学性能也随之显著提高。

Claims (8)

1.一种纳米级二氧化硅改性聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的制备方法，其特征在于：该方法以甲基丙烯酸、丙烯腈和第三单体，加入纳米级的SiO2、引发剂、增稠剂、发泡剂、交联剂、密度控制剂等先共聚得到可发泡的聚合板，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；具体制备步骤如下：
（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
增稠剂                      1-30
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
纳米级SiO2                  0.3-18
       按照上述配方将甲基丙烯酸、丙烯腈、第三单体、增稠剂混合，加入引发剂、发泡剂、交联剂、密度控制剂、纳米级SiO2，混合均匀得到均匀溶液；
（2）将得到的溶液注入由橡胶条密封好的两块平行玻璃内，在30℃-70℃水浴温度条件下聚合反应10-70小时，得到可发泡的聚合板；
（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℃条件下保持1-5小时，并自然冷却至室温，得到聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料。
2. 根据权利要求1所述的纳米级二氧化硅改性聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的制备方法，其特征在于：增稠剂为有机膨润土、硅藻土、甲基纤维素、明胶中一种或几种。
3.根据权利要求1所述的纳米级二氧化硅改性聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的制备方法，其特征在于：纳米级SiO2的粒径≤30nm,比表面积为50-250m2/g。
4.根据权利要求1所述的纳米级二氧化硅改性聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的制备方法，其特征在于：第三单体为含有双键的丙烯酰胺类或丙烯酸烷基酯类。
5.根据权利要求4所述的纳米级二氧化硅改性聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的制备方法，其特征在于：第三单体是丙烯酰胺、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。
6.根据权利要求1所述的纳米级二氧化硅改性聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的制备方法，其特征在于：发泡剂为N,N-二甲基脲，异丙醇或异丁醇中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的纳米级二氧化硅改性聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的制备方法，其特征在于：交联剂为丙烯酸烯丙酯、甲基丙烯酸烯丙酯、氧化镁或二甲基丙烯酸乙二醇酯。
8.根据权利要求1所述的纳米级二氧化硅改性聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的制备方法，其特征在于：得到的泡沫材料应用于航天航空、高速列车、风电、船舶、医疗器材设备的复合材料泡沫夹层结构件中。
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