CN105085916A - 一种低密度聚酰亚胺泡沫及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低密度聚酰亚胺泡沫及其生产工艺，包括下列重量份数的组分：芳香二酐30-35份、极性溶液40-50份、芳香二胺10-30份、催化剂1-2份、发泡剂1-10份。包括下列步骤：（1）将芳香二酐置于反应釜内，再加入极性溶液酯化；加入芳香二胺和催化剂生成酰胺酸溶液，再加入发泡剂得前驱体溶液；（2）加入干燥设备内制成粉末；（3）将粉末放入模具后于微波发泡装置中发泡；（4）放入固化设备进行熟化得聚酰亚胺泡沫。本发明提供的聚酰亚胺泡沫的生产工艺，生产工序简单、生产成本低；产品的voc残留量不超过10ppm，非常安全环保；生产中，将微波发泡过程和烘箱烘焙过程中产生的尾气经收集后引至焚烧炉中焚烧后，经引风机高空排放，不会对环境造成污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种低密度聚酰亚胺泡沫的生产工艺。属于聚合物制备和发泡技术领域。
背景技术
聚酰亚胺是一种耐热性很好的聚合物，具有良好的力学和电性能，以及耐辐射和耐腐蚀性能，广泛应用于航空航天、舰船等领域。聚酰亚胺泡沫材料不仅保持了其树脂优异的耐温、阻燃性能，还具有突出的透波特性以及质量轻、柔性及回弹性好，使用方便。
目前用于保温隔热的材料主要是聚氨酯和酚醛泡沫，但聚氨酯泡沫无阻燃性，且燃烧时会产生大量烟雾，烟密度大；酚醛泡沫虽具有阻燃性，但该泡沫没有强度，易粉化，而聚酰亚胺泡沫既具有泡沫的保温隔热性，且具有不燃烟密度极小的优点。
有些聚酰亚胺泡沫采用热塑性聚酰亚胺粉末加发泡剂在高温发泡而成，泡孔的均匀性和工艺的稳定性较差。
US5298531和5122546、5077318中，都是采用先生成预聚体，再于该溶液中加入二胺，待反应完全后去除溶液中的小分子成粉末，以后通过高温发泡，其主要缺点是泡沫密度太高。
US7541388和CN201010034119公开的聚酰亚胺泡沫制备方法，都是通过与异氰酸酯反应发泡制备密度较低的聚酰亚胺泡沫。其主要缺点是含有异氰酸酯反应，毒性较大，且产品机械强度较低。
现有聚酰亚胺泡沫生产技术大都停留在实验状态，很少有中试放大工艺。另外低密度聚酰亚胺泡沫制备方法较少，且制备出性能相对较差。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种生产工艺简单、对环境污染小、能源利用率高且生产得到低密度聚酰亚胺泡沫塑料的生产工艺。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明提供的低密度聚酰亚胺泡沫，包括下列重量份数的组分：芳香二酐30-35份、极性溶液40-50份、芳香二胺10-30份、催化剂1-2份、发泡剂1-10份。
进一步的，本发明提供三组低密度聚酰亚胺泡沫的优选配方，包括下列重量份数的组分：（1）芳香二酐30份、极性溶液40份、芳香二胺20份、催化剂1份、发泡剂9份。
（2）芳香二酐30份、极性溶液50份、芳香二胺15份、催化剂1份、发泡剂4份。
（3）芳香二酐35份、极性溶液40份、芳香二胺20份、催化剂1份、发泡剂4份。
本发明提供的配方中：所述芳香二酐为PMDA、BTDA、BPDA、BPADA中的一种或两种。所述芳香二胺为ODA、m-PDA、p-PDA、MDA中的一种或两种。
所述催化剂为咪唑、异喹啉，三乙胺，取代吡啶。
所述极性溶液为乙醇，丙醇，DMF，DMAC中的一种或两种。
所述发泡剂为正戊烷、己烷、乙醚、石油醚、甲醇、水中的一种或两种。
本发明还提供一种制备所述的低密度聚酰亚胺泡沫的生产工艺，包括下列步骤：
（1）将芳香二酐置于反应釜内，再加入极性溶液，加热反应釜直至反应釜内固体颗粒完全溶解，50-90℃使其酯化完全，1-5h；
（2）0-40℃下加入芳香二胺和一种或两种以上催化剂生成酰胺酸溶液，反应0.5-2h，再加入发泡剂反应1-2h，得前驱体溶液；
（3）将上述步骤（2）中的釜内物料冷却至室温后，将溶液加入喷雾干燥设备内50-100℃进行干燥，0.5-3h，制成粉末，回收产生废液；
（4）将粉末放入模具后于置于微波发泡炉内进行微波发泡，0.5-3h，制备成泡沫体；
（5）将步骤（4）中泡沫放入固化设备进行熟化0.5-3h，得聚酰亚胺泡沫。
所述步骤（4）中的微波发泡炉为隧道式微波发泡炉，将粉末均匀地布在隧道式微波发泡炉的前端模具中，随发泡炉的输送装置连续经过微波炉微波加热炉腔，生成高度开孔的泡沫塑料。
所述步骤（4）中用于微波发泡的微波炉的微波频率1000MHz，微波发泡的生长时间为45分钟，微波炉发泡炉腔温度为60-75℃。
本发明的有益效果是：
与现有技术相比，本发明提供的聚酰亚胺泡沫的生产工艺，生产工序简单、生产成本低；产品的voc残留量不超过10ppm，非常安全环保；生产中，将微波发泡过程和烘箱烘焙过程中产生的尾气经收集后引至焚烧炉中焚烧后，经引风机高空排放，不会对环境的造成污染。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例提供的低密度聚酰亚胺泡沫的生产工艺，包括以下步骤：
（1）将定量的PMDA置于反应釜内，再加入一定量的乙醇溶液，加热反应釜直至反应釜内固体颗粒完全溶解，50℃使其酯化完全，3h。
(2)然后10℃下将定量的p-PDA和三乙胺加入1溶液生成酰胺酸溶液，反应1h，再加入发泡剂反应1h，得前驱体溶液。
(3)将上述步骤2中的釜内物料冷却至室温后，将溶液加入喷雾干燥设备内进行干燥，1.5h制成粉末，回收产生废液。
(4)将粉末放入模具后于置于微波加热炉腔内进行微波发泡，生成高度开孔的聚酰亚胺泡沫塑料；
(5)将4中泡沫放入固化设备中进行熟化2h，得聚酰亚胺泡沫。
所述的生产工艺中，原料PMDA、PDA及乙醇溶液的重量份数比为30∶15∶50。
所述的步骤2中，PDA与三乙胺的投料重量份数比为15∶1。
所述步骤2中发泡剂为正戊烷，PDA与正戊烷重量份数比为15∶4。
所述步骤3中喷雾干燥设备腔体温度为90℃。
所述步骤4中的微波发泡炉为隧道式微波发泡炉，将粉末均匀地布在隧道式微波发泡炉的前端模具中，随发泡炉的输送装置连续经过微波炉微波加热炉腔，生成高度开孔的泡沫塑料。
所述步骤4中用于微波发泡的微波炉的微波频率1000MHz，微波发泡的生长时间为45分钟，微波炉发泡炉腔温度为60℃。
所述步骤4的微波发泡过程和步骤5的烘箱烘焙过程中产生的尾气经收集后引至焚烧炉中焚烧后，经引风机高空排放；
所述的生产工艺制备得到的聚酰亚胺泡沫塑料，其产品中voc残留量不超过10ppm。
实施例2
本发明提供的低密度聚酰亚胺泡沫的生产工艺，包括以下步骤：
（1）将定量的BTDA置于反应釜内，再加入一定量的丙醇溶液，加热反应釜直至反应釜内固体颗粒完全溶解，60℃使其酯化完全，3h。
(2)然后0℃下将定量的ODA和咪唑加入1溶液生成酰胺酸溶液，反应0.5h，再加入发泡剂反应1h，得前驱体溶液。
(3)将上述步骤2中的釜内物料冷却至室温后，将溶液加入喷雾干燥设备内进行干燥，1.5h制成粉末，回收产生废液。
(4)将粉末放入模具后于置于微波加热炉腔内进行微波发泡，生成高度开孔的聚酰亚胺泡沫塑料；
(5)将4中泡沫放入固化设备中进行熟化0.5h，得聚酰亚胺泡沫。
所述的生产工艺中，原料BTDA、ODA及丙醇溶液的重量份数比为30∶20∶40。
所述的步骤2中，ODA与咪唑的投料重量份数比为20∶1。
所述步骤2中发泡剂为甲醇。ODA与甲醇的重量份数比为20∶9
所述步骤3中喷雾干燥设备腔体温度为90℃。
所述步骤4中的微波发泡炉为隧道式微波发泡炉，将粉末均匀地布在隧道式微波发泡炉的前端模具中，随发泡炉的输送装置连续经过微波炉微波加热炉腔，生成高度开孔的泡沫塑料。
所述步骤4中用于微波发泡的微波炉的微波频率1200MHz，微波发泡的生长时间为40分钟，微波炉发泡炉腔温度为60℃。
所述步骤4的微波发泡过程和步骤5的烘箱烘焙过程中产生的尾气经收集后引至焚烧炉中焚烧后，经引风机高空排放；
所述的生产工艺制备得到的聚酰亚胺泡沫塑料，其产品中voc残留量不超过10ppm。
实施例3
本实施例提供的低密度聚酰亚胺泡沫的生产工艺，包括以下步骤：
（1）将定量的BPDA置于反应釜内，再加入一定量的丙醇-DMF溶液，加热反应釜直至反应釜内固体颗粒完全溶解，90℃使其酯化完全，5h。
(2)然后40℃下将定量的MDA和异喹啉加入1溶液生成酰胺酸溶液，反应2h，再加入发泡剂反应2h，得前驱体溶液。
(3)将上述步骤2中的釜内物料冷却至室温后，将溶液加入真空干燥设备内进行干燥，1.5h制成粉末，回收产生废液。
(4)将粉末放入模具后于置于微波加热炉腔内进行微波发泡，生成高度开孔的聚酰亚胺泡沫塑料；
(5)将4中泡沫放入固化设备中进行熟化3h，得聚酰亚胺泡沫。
所述的生产工艺中，原料BPDA、MDA及丙醇-DMF溶液的重量份数比为35∶20∶40。
所述的步骤2中，MDA与异喹啉的投料重量份数比为20∶1。
所述步骤2中发泡剂为乙醚，MDA与乙醚的重量份数比为20∶4
所述步骤3中真空干燥设备腔体温度为90℃。
所述步骤4中的微波发泡炉为隧道式微波发泡炉，将粉末均匀地布在隧道式微波发泡炉的前端模具中，随发泡炉的输送装置连续经过微波炉微波加热炉腔，生成高度开孔的泡沫塑料。
所述步骤4中用于微波发泡的微波炉的微波频率1500MHz，微波发泡的生长时间为30分钟，微波炉发泡炉腔温度为75℃。
所述步骤4的微波发泡过程和步骤5的烘箱烘焙过程中产生的尾气经收集后引至焚烧炉中焚烧后，经引风机高空排放；
所述的生产工艺制备得到的聚酰亚胺泡沫塑料，其产品中voc残留量不超过10ppm。
Claims (9)
1.一种低密度聚酰亚胺泡沫，其特征在于，包括下列重量份数的组分：芳香二酐30-35份、极性溶液40-50份、芳香二胺10-30份、催化剂1-2份、发泡剂1-10份。
2.根据权利要求1所述的低密度聚酰亚胺泡沫，其特征在于：所述芳香二酐为PMDA、BTDA、BPDA、BPADA中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的低密度聚酰亚胺泡沫，其特征在于：所述芳香二胺为ODA、m-PDA、p-PDA、MDA中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的低密度聚酰亚胺泡沫，其特征在于：所述催化剂为咪唑、异喹啉，三乙胺，取代吡啶。
5.根据权利要求1所述的低密度聚酰亚胺泡沫，其特征在于：所述极性溶液为乙醇，丙醇，DMF，DMAC中的一种或两种。
6.根据权利要求1所述的低密度聚酰亚胺泡沫，其特征在于：所述发泡剂为正戊烷、己烷、乙醚、石油醚、甲醇、水中的一种或两种。
7.制备权利要求1所述的低密度聚酰亚胺泡沫的生产工艺，其特征在于，包括下列步骤：
（1）将芳香二酐置于反应釜内，再加入极性溶液，加热反应釜直至反应釜内固体颗粒完全溶解，50-90℃使其酯化完全，1-5h；
（2）0-40℃下加入芳香二胺和一种或两种以上催化剂生成酰胺酸溶液，反应0.5-2h，再加入发泡剂反应1-2h，得前驱体溶液；
（3）将上述步骤（2）中的釜内物料冷却至室温后，将溶液加入喷雾干燥设备内50-100℃进行干燥，0.5-3h，制成粉末，回收产生废液；
（4）将粉末放入模具后于置于微波发泡炉内进行微波发泡，0.5-3h，制备成泡沫体；
（5）将步骤（4）中泡沫放入固化设备进行熟化0.5-3h，得聚酰亚胺泡沫。
8.根据权利要求7所述的制备低密度聚酰亚胺泡沫的生产工艺，其特征在于，包括下列步骤：所述步骤（4）中的微波发泡炉为隧道式微波发泡炉，将粉末均匀地布在隧道式微波发泡炉的前端模具中，随发泡炉的输送装置连续经过微波炉微波加热炉腔，生成高度开孔的泡沫塑料。
9.根据权利要求7所述的制备低密度聚酰亚胺泡沫的生产工艺，其特征在于，包括下列步骤：所述步骤（4）中用于微波发泡的微波炉的微波频率1000MHz，微波发泡的生长时间为45分钟，微波炉发泡炉腔温度为60-75℃。
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