CN109593199B - 一种软质聚酰亚胺泡沫、其制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种软质聚酰亚胺泡沫、其制备方法及其应用。所述的软质聚酰亚胺泡沫是由含有发泡剂缓释组分的块/板状聚酰亚胺泡沫前驱体发泡得到的。所述的软质聚酰亚胺泡沫的平均密度为14.7~47.7kg/m3,孔径大小分布为130~530μm。本发明采用PI前驱体块/板的发泡形式,可有效克服聚酰亚胺前驱体粉末发泡法存在的厚度方向密度偏差大的问题,提高预聚粉体到泡沫体的产品收率;采用含有发泡剂缓释组份的PI前驱体组成,通过发泡剂缓释组份类型和用量的调控,可实现PI软质泡沫密度的调控,使得发泡工艺窗口更宽、泡沫的孔径更加均匀;同时,聚酰亚胺前驱体板在保存的过程中可有效减少吸水率,延长了材料的储存时间,提升了最终泡沫产品的质量稳定性。
Description
技术领域
本发明属于聚酰亚胺技术领域,具体地说,涉及一种软质聚酰亚胺泡沫、其制备方法及其应用。
背景技术
聚酰亚胺(PI)泡沫是一类含有大量气体微孔/介孔/纳孔的聚合物材料。与传统的泡沫塑料相比,聚酰亚胺泡沫不仅具有隔热、减震、降噪等特点,同时具有耐高温、耐低温、本征阻燃、耐辐射、低发烟率等特优点,在航天、航空、空间、船舶、核电等许多高技术领域获得了广泛而重要的应用。聚酰亚胺泡沫按照泡孔结构分为软质开孔泡沫和硬质闭孔泡沫两大类。前者通常由热塑性聚酰亚胺树脂制备,而后者则由热固性聚酰亚胺树脂制备。
1992年,Lee等人(US5096932;US5122546;US5077318)报道了一种制备聚酰亚胺泡沫塑料的糊发泡法。该方法将至少一种极性质子溶剂ROH通过机械混合或喷雾干燥的方法引入,制备成功聚酰亚胺泡沫。其中,R为H或含有1~12个碳原子的线性、支化烷烃或环烷烃。根据极性质子溶剂引入量的不同,可以调节所制备的聚酰亚胺泡沫的密度,该方法可制得密度为2~11kg/m3的聚酰亚胺泡沫材料。所制备聚酰亚胺泡沫柔弹性好,为第一款商业化的聚酰亚胺泡沫产品由于引入大量极性质子溶剂作为发泡剂,所制备的泡沫密度低,且为开孔泡沫,目前被广泛应用于绝缘以及吸声领域。
2000年,NASA与Unitika公司(Proc.43rd Int.SAMPE Symp.,May 31,1998,、P730-44;High Perform.Polym.,2000,12,1-12;US4241193,EP0437821B1)合作开发了一种新型的聚酰亚胺泡沫的制备方法—前驱体粉末发泡法。他们将二酐单体加入脂肪醇/醚类或脂肪醇/叔胺的溶液中,加热回流将二酐转化为脂肪醇的二酐二酯,并与醚类的氧原子形成氢键或与叔胺形成盐,而后加入二胺以及表面活性剂等添加剂形成前驱体溶液(PEAS)。在一定温度下除去多余的醇和醚类溶剂后粉碎得到聚酰亚胺前驱体粉末,最后放入模具中加热进行发泡和酰亚胺化,得到完全酰亚胺化的聚酰亚胺泡沫。NASA将其商品命名为TEEK。而根据所用二酐和二胺的不同,产生了一系列的TEEK聚酰亚胺泡沫。
CN101735457A公开了一种软质聚酰亚胺泡沫的生产方法,其包括如下步骤:在极性溶剂中加入一种或两种芳香型双酐使其完全溶解,然后加入芳香族二胺,生成酰胺酸;反应后加入两种或两种以上发泡剂,并加入一种或两种以上的催化剂,及表面活性剂;然后再在室温下与水和一种或两种以上芳香族异氰酸酯进行混合,然后发泡;最后将生成的泡沫于微波炉和高温炉中使其熟化。本发明获得聚酰亚胺泡沫柔软,有弹性,密度在4.0-8.0kg/m3,具有较好的吸声性能,阻燃性能。而且泡沫离火窒熄,散发的烟雾量极少,无滴落物。
CN107540839A公开了一种轻质吸声隔热聚酰亚胺泡沫及其制备方法,由芳香二酐、低分子醇、表面活性剂、助剂按比例混合在极性溶剂中反应形成泡沫前驱体溶液,前驱体溶液与异氰酸酯在模具内反应,半自由发泡形成泡沫中间体,经过微波辐射处理,再用老化箱加热固化后得到固体聚酰亚胺泡沫。
有鉴于此特提出本发明。
发明内容
鉴于上述分析,本发明旨在提供一种采用含有发泡剂缓释组份的PI前驱体板制备软质PI泡沫的方法和应用。可提高PI软质泡沫材料泡孔和密度的均匀性,同时,采用PI前驱体板发泡制备软质泡沫材料时,可以不需要发泡模具,直接由固体的前驱体板发泡得到软质PI泡沫体。
本发明主要是通过以下技术方案实现的:
一种软质聚酰亚胺泡沫,其中,所述的软质聚酰亚胺泡沫是由含有发泡剂缓释组分的块/板状聚酰亚胺泡沫前驱体发泡得到的。
传统的直接采用前驱体粉末法制备开孔软质聚酰亚胺泡沫的方法会遇到粉体厚度控制偏差大、容易伴随着孔洞、均匀性较差,泡沫密度不均匀等一系列问题。
本发明中,所述的聚酰亚胺泡沫前驱体为块状聚酰亚胺泡沫前驱体或板状聚酰亚胺泡沫前驱体。
本发明采用含有发泡剂缓释组分的块/板状聚酰亚胺泡沫前驱体发泡制得的软质聚酰亚胺泡沫可以有效解决直接采用前驱体粉末法制备软质聚酰亚胺泡沫会遇到粉体厚度控制偏差大等问题;同时由于含有发泡剂缓释组分,会在前驱体板表面形成一层膜,这层膜可以有效防护发泡前期发泡剂挥发过快的现象,通过对发泡剂缓释组份类型和用量的调控、以及对发泡过程中压制次数的控制,可实现PI软质泡沫密度大小和均匀性的调控,同时使得发泡工艺窗口更宽、泡沫的孔径更加均匀。
优选所述的软质聚酰亚胺泡沫由含有发泡剂缓释组分的聚酰亚胺前驱体固体粉末经热压制得含有发泡剂缓释组分的块/板状聚酰亚胺泡沫前驱体,再将所得的含有发泡剂缓释组分的块/板状聚酰亚胺泡沫前驱体进行发泡得到的。
本发明中,所述的发泡剂缓释组分为聚乙二醇600、聚乙二醇1000、聚乙二醇2000、硅油、低分子量聚乙烯、有机亚磷酸酯或硬脂酸盐中的至少一种;优选聚乙二醇600、聚乙二醇1000或硅油中的一种或几种。
本发明中,所述的硬脂酸盐为硬脂酸镁、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸铝、硬脂酸钡等。
进一步的,所述的发泡剂缓释组分的用量以质量份计为0.01-20份。
更进一步的,所述的含有发泡剂缓释组分的聚酰亚胺前驱体固体粉末包括如下质量份的原料组分:
优选所述的含有发泡剂缓释组分的聚酰亚胺前驱体固体粉末包括如下质量份的原料组分:
本发明中,所述的含有发泡剂缓释组分的聚酰亚胺前驱体固体粉末还包括亚胺化促进剂,优选所述的亚胺化促进剂的用量以质量份计为0.1-3份。
所述的四酸二酐选自3,3’,4,4’-二苯甲酮四酸二酐(BTDA)、2,3,3’,4’-二苯甲酮四酸二酐(α-BTDA)、3,3’,4,4’-二苯醚四酸二酐(ODPA)、2,3,3’,4’-二苯醚四酸二酐(α-ODPA)、3,3’,4,4’-联苯基砜四羧酸二酐(DSDA)中的至少一种。它们的化学结构如下表1所示:
表1、选用四酸二酐的化学结构
所述的芳香族二胺选自3,4’-二氨基二苯醚(3,4’-ODA)、4,4’-二氨基二苯醚(4,4’-ODA)、间苯二胺(m-PDA)、对苯二胺(p-PDA)、4,4’-二氨基二苯基甲烷(MDA)、4,4’-二氨基二苯砜(DDS)、3,3’-二氨基二苯砜(3,3’-DDS)、4,4’-二氨基-2,2’-双三氟甲基联苯(TFDB)中的至少一种;优选3,4’-二氨基二苯醚(3,4’-ODA)、4,4’-二氨基二苯醚(4,4’-ODA)、间苯二胺(m-PDA)、3,3’-二氨基二苯砜(3,3’-DDS)或4,4’-二氨基-2,2’-双三氟甲基联苯(TFDB)中的一种或几种。它们的化学结构如下表2所示:
表2、选用芳香族二胺的化学结构
所述的溶剂均选自甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、戊醇、2-甲基-丁醇、3-甲基-丁醇、2,2-二甲基丙醇、四氢呋喃、聚乙二醇二甲醚、二甘醇二甲醚和二氧杂环乙烷中的至少一种。
所述的表面活性剂选自聚氧乙烯基醚类非离子型氟碳表面活性剂、聚甲基硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、有机硅乙二醇共聚物、乙烯基聚硅氧烷和阳离子氟碳表面活性剂中的至少一种;优选聚氧乙烯基醚类非离子型氟碳表面活性剂、聚甲基硅氧烷或有机硅乙二醇共聚物中的一种或几种;其中,所述的聚氧乙烯基醚类非离子型氟碳表面活性剂具体选用FSO-100。
本发明中,所述的亚胺化促进剂为异喹啉。
进一步的,本发明所述的软质聚酰亚胺泡沫的平均密度为14.7~47.7kg/m3,孔径大小分布为130~530μm。
传统的制备软质开孔聚酰亚胺泡沫的方法比较容易伴随着孔洞、均匀性较差,泡沫密度不均匀等一系列问题。本发明所提供的聚酰亚胺泡沫的密度和孔径更加均匀。
本发明还提供所述的软质聚酰亚胺泡沫的制备方法,其中,所述的制备方法为先将所述的轻质聚酰亚胺泡沫的原料组分制备成聚酰亚胺前驱体固体粉末,再将聚酰亚胺前驱体固体粉末经过热压制得前驱体板,然后再将前驱体板加热制得所述的软质聚酰亚胺泡沫。
具体地说,所述的制备方法包括如下步骤:
1)将四酸二酐和溶剂在回流状态下反应,得到芳香族二酸二酯;
2)将芳香族二胺、亚胺化促进剂以及发泡剂缓释组分加入到步骤1)所得的芳香族二酸二酯中,继续回流进行缩聚反应,得到溶液;
3)将步骤2)所得到的溶液冷却至室温,将表面活性剂逐滴加入,继续回流,得到聚酰亚胺前驱体树脂的溶液;
4)将步骤3)所得聚酰亚胺前驱体树脂的溶液,蒸发除去溶剂,干燥,得到聚酰亚胺前驱体固体粉末;
5)将步骤4)制得的聚酰亚胺前驱体固体粉末平铺在模具空腔中,压制,脱模,得到聚酰亚胺前驱体板;
6)将步骤5)所制得的聚酰亚胺前驱体板置于加热装置中,经加热、冷却,制得软质聚酰亚胺泡沫。
其中,步骤5)中,所述的压制为在温度60~150℃、压强0.5~3MPa的条件下压制5~60min。
进一步的,步骤6)中所述的加热为将加热装置的温度从室温升至80~160℃,恒温30~120min,然后再将加热装置升温至220~350℃,恒温30~180min;所述的冷却为加热结束后,将加热装置冷却至室温。
进一步的,步骤4)中,蒸发除去溶剂在60~65℃下采用旋转蒸发仪除去溶剂,所述的干燥为先在60℃真空烘箱干燥1~4小时,再在90~120℃下鼓风干燥0.5~4小时。
上述制备方法中,步骤1)中,回流的时间为30分钟至4小时。
步骤2)中,继续回流的时间为20分钟至2小时。
步骤3)中,继续回流的时间为20分钟至2小时。
步骤5)中,将步骤4)制得的聚酰亚胺前驱体固体粉末平铺在模具空腔中时以1-100mm的厚度均匀平铺在模具空腔中。
其中,模具的内腔形状可选三角形、四边形、六边形、多边形、圆形中的至少一种。
模具的规格为本领域常见的规格,如5cm×5cm×4cm。
本发明还提供所述的软质聚酰亚胺泡沫在制备下述任意一种材料中的应用:
1)耐高温隔热材料;
2)耐高温隔音材料;
3)耐高温抗冲击材料。
其中,所述的耐高温隔热材料系指航天、航空、船舶等高温环境中的隔热材料;
所述的耐高温隔音材料系指航天、航空、船舶等高温环境中的隔音材料;
所述的耐高温冲抗击材料系指航天、航空、船舶等高温环境中的抗冲击材料。
采用上述技术方案后,本发明与现有技术相比具有以下有益效果:
1)所述制备软质聚酰亚胺泡沫的方法,可以有效解决直接采用前驱体粉末法制备软质聚酰亚胺泡沫所遇到的粉体厚度控制偏差大的问题;
2)所述制备软质聚酰亚胺泡沫的方法,在压制前驱体板的过程中,发泡剂缓释组份会在前驱体板表面形成一层膜,这层膜可以有效防护发泡前期发泡剂挥发过快的现象,通过对发泡剂缓释组份类型和用量的调控、以及对发泡过程中压制次数的控制,可实现PI软质泡沫密度大小和均匀性的调控,同时使得发泡工艺窗口更宽、泡沫的孔径更加均匀。
3)所述制备软质聚酰亚胺泡沫的方法制备的前驱体板吸水率相较前驱体粉末要显著降低,挥发份逸出量也显著降低,故在相同储存条件下,预聚板的存放时间比预聚体粉末更长。
综上所述,本发明提供的软质聚酰亚胺泡沫的制备方法有改善厚度均匀性、密度可控、孔径均匀、中间产品储存期等诸多效果,使得其为软质聚酰亚胺泡沫的制备提供了新的思路,具有重要的应用价值。
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明作进一步阐述,但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。另外,下文实施例、对比例中,份为质量份;同一泡沫板的密度差异性,通过采用Cv=σ/μ(σ为标准差,μ为平均数)来表示,数值Cv越大,说明均匀性越差。
实施例1
1)在装有机械搅拌器、球形冷凝管和温度计的三口瓶中加入40份BTDA,50份低沸点溶剂无水乙醇,45份低沸点溶剂四氢呋喃,在搅拌的条件下加热回流3小时,得到芳香族二酸二酯的均相溶液。
2)将40份4,4’-ODA加入到步骤1)所得的均相溶液,并加入0.1份亚胺化促进剂异喹啉,以及1.5份的聚乙二醇600,在氮气保护的条件下搅拌回流20min进行缩聚反应,得到均相溶液。
4)将步骤3)中的聚酰亚胺前驱体树脂溶液在60℃旋转蒸发至粘稠状后倒入塘瓷盘中,而后盖上盖子,放入真空烘箱中保持60℃,干燥3h,再移至鼓风烘箱中保持100℃,干燥2h。将前驱体粉末粉碎,过筛得到聚酰亚胺前驱体树脂固体粉末。
5)取步骤4)得到的聚酰亚胺前驱体固体粉末20g置于5cm×5cm×4cm的模具中,在110℃,0.8MPa的条件下压制10min,脱模制得聚酰亚胺前驱体板。
6)将制得的聚酰亚胺前驱体板置于上下限高40mm的模具中,并将模具转移至加热装置中,将温度从室温随加热装置升温至150℃,并恒温发泡1h,制得脆性聚酰亚胺泡沫。再将温度升至260℃,恒温1.5h,使得脆性泡沫完全酰亚胺化,制得最终的软质聚酰亚胺泡沫。
该软质聚酰亚胺泡沫的平均密度为15.7kg/m3,将所得泡沫平均三等分,(沿着水平方向分成三份)密度分别为14.9kg/m3,16.2kg/m3,14.5kg/m3。计算得到Cv为4.8%。测量聚酰亚胺泡沫的孔径大小分布在180-350μm之间。
7)将步骤5)得到的前驱体板,在湿度为50%RH,温度为25℃的环境下,存放7天,再按步骤6)发泡,泡沫的平均密度为16.8kg/m3。
对比例1-1
1)在装有机械搅拌器、球形冷凝管和温度计的三口瓶中加入40份BTDA,50份低沸点溶剂无水乙醇,45份低沸点溶剂四氢呋喃,在搅拌的条件下加热回流3小时,得到芳香族二酸二酯的均相溶液。
2)将40份4,4’-ODA加入到步骤1)所得的均相溶液,并加入0.1份亚胺化促进剂异喹啉,以及1.5份的聚乙二醇600,在氮气保护的条件下搅拌回流20min进行缩聚反应,得到均相溶液。
4)将步骤3)中的聚酰亚胺前驱体树脂溶液在60℃旋转蒸发至粘稠状后倒入塘瓷盘中,而后盖上盖子,放入真空烘箱中保持60℃,干燥3h,再移至鼓风烘箱中保持100℃,干燥2h,粉碎,过筛得到聚酰亚胺前驱体树脂固体粉末。
5)取步骤4)得到的聚酰亚胺前驱体固体粉末4g置于5cm×5cm×4cm的模具中,将温度从室温随加热装置升温至150℃,并恒温发泡1h,再将温度升至260℃,恒温1.5h,制得最终的软质聚酰亚胺泡沫。
该软质聚酰亚胺泡沫的平均密度为25.1kg/m3,将所得泡沫沿着水平方向分成三份,密度分别为21.4kg/m3,28.9kg/m3,22.2kg/m3。计算得到Cv为13.9%。测量聚酰亚胺泡沫的孔径大小分布在140-530μm之间。
6)将步骤4)得到的预聚体粉末和前驱体粉末暴露在湿度为50%RH,温度为25℃的环境下,七天后进行发泡,泡沫的平均密度为37.2kg/m3。
与实施例1对比可以发现,由前驱体板制得的泡沫,泡沫的密度和孔径更加均匀。而且相对于前驱体粉末来说,在相同环境下放置一段时间后,其发泡所得的泡沫密度与未放置直接发泡所得的泡沫密度相差更小。
对比例1-2
1)在装有机械搅拌器、球形冷凝管和温度计的三口瓶中加入40份BTDA,50份低沸点溶剂无水乙醇,45份低沸点溶剂四氢呋喃,在搅拌的条件下加热回流3小时,得到芳香族二酸二酯的均相溶液。
2)将40份4,4’-ODA加入到步骤1)所得的均相溶液,并加入0.1份亚胺化促进剂异喹啉,在氮气保护的条件下搅拌回流20min进行缩聚反应,得到均相溶液。
4)将步骤3)中的聚酰亚胺前驱体树脂溶液在60℃旋转蒸发至粘稠状后倒入塘瓷盘中,而后盖上盖子,放入真空烘箱中保持60℃,干燥3h,再移至鼓风烘箱中保持100℃,干燥2h,粉碎,过筛得到聚酰亚胺前驱体树脂固体粉末。
5)取步骤4)得到的聚酰亚胺前驱体固体粉末20g置于5cm×5cm×4cm的模具中,在110℃,0.8MPa的条件下压制10min,脱模制得聚酰亚胺前驱体板。
6)将制得的聚酰亚胺前驱体板置于上下限高40mm的模具中,并将模具转移至加热装置中,将温度从室温随加热装置升温至150℃,并恒温发泡1h,制得脆性聚酰亚胺泡沫。再将温度升至260℃,恒温1.5h,使得脆性泡沫完全酰亚胺化。
由于未加入发泡剂缓释组分,无法得到均匀的软质泡沫。
实施例2
1)在装有机械搅拌器、球形冷凝管和温度计的三口瓶中加入80份BTDA,60份低沸点溶剂无水乙醇,50份低沸点溶剂四氢呋喃,在搅拌的条件下加热回流3小时,得到芳香族二酸二酯的均相溶液。
2)将80份4,4’-ODA加入到步骤1)所得的均相溶液,并加入0.5份亚胺化促进剂异喹啉,以及3份的聚乙二醇600,在氮气保护的条件下搅拌回流20min进行缩聚反应,得到均相溶液。
4)将步骤3)中的聚酰亚胺前驱体树脂溶液在60℃旋转蒸发至粘稠状后倒入塘瓷盘中,而后盖上盖子,放入真空烘箱中保持60℃,干燥3h,再移至鼓风烘箱中保持100℃,干燥2h。将前驱体粉末粉碎,过筛得到聚酰亚胺前驱体树脂固体粉末。
5)取步骤4)得到的聚酰亚胺前驱体固体粉末20g置于5cm×5cm×4cm的模具中,在110℃,0.8MPa的条件下压制10min,脱模制得聚酰亚胺前驱体板。
6)将制得的聚酰亚胺前驱体板置于上下限高40mm的模具中,并将模具转移至加热装置中,将温度从室温随加热装置升温至150℃,并恒温发泡1h,制得脆性聚酰亚胺泡沫。再将温度升至260℃,恒温1.5h,使得脆性泡沫完全酰亚胺化,制得最终的软质聚酰亚胺泡沫。
该软质聚酰亚胺泡沫的平均密度为18.3kg/m3,将所得泡沫平均三等分,(沿着水平方向分成三份)密度分别为17.5kg/m3,19.0kg/m3,17.4kg/m3。计算得到Cv为4.1%。测量聚酰亚胺泡沫的孔径大小分布在160-330μm之间。
7)将步骤5)得到的前驱体板,在湿度为50%RH,温度为25℃的环境下,存放7天,再按步骤6)发泡,泡沫的平均密度为19.9kg/m3。
实施例3
1)在装有机械搅拌器、球形冷凝管和温度计的三口瓶中加入40份ODPA,60份低沸点溶剂无水乙醇,30份低沸点溶剂四氢呋喃,在搅拌的条件下加热回流4小时,得到芳香族二酸二酯的均相溶液。
2)将40份3,4’-ODA加入到步骤1)所得的均相溶液,并0.1份亚胺化促进剂异喹啉,以及1份的硅油,在氮气保护的条件下搅拌回流40min进行缩聚反应,得到均相溶液。
4)将步骤3)中的聚酰亚胺前驱体树脂溶液在60℃旋转蒸发至粘稠状后倒入塘瓷盘中,而后盖上盖子,放入真空烘箱50℃下干燥3h,再移至鼓风烘箱中保持90℃下干燥2h,粉碎,过筛得到聚酰亚胺前驱体树脂固体粉末。
5)取步骤4)得到的聚酰亚胺前驱体固体粉末20g置于5cm×5cm×4cm的模具中,在90℃,0.6MPa的条件下压制10min,脱模制得聚酰亚胺前驱体板。
6)将制得的聚酰亚胺前驱体板置于上下限高40mm的模具中,并将模具转移至加热装置中,将温度从室温随加热装置升温至130℃,并恒温发泡50min,制得脆性聚酰亚胺泡沫。再将温度升至260℃,恒温1.5h,使得脆性泡沫完全酰亚胺化,制得最终的软质聚酰亚胺泡沫。
该软质聚酰亚胺泡沫的平均密度为17.4kg/m3,将所得泡沫平均三等分,(沿着水平方向分成三份)密度分别为16.7kg/m3,17.8kg/m3,16.9kg/m3。计算得到Cv为3.5%。测量聚酰亚胺泡沫的孔径大小分布在160-320μm之间。
7)将步骤5)得到的前驱体板,在湿度为50%RH,温度为25℃的环境下,存放7天,再按步骤6)发泡,泡沫的平均密度为18.5kg/m3。
实施例4
1)在装有机械搅拌器、球形冷凝管和温度计的三口瓶中加入20份α-BTDA,30份低沸点溶剂无水乙醇,30份低沸点溶剂四氢呋喃,在搅拌的条件下加热回流3小时,得到芳香族二酸二酯的均相溶液。
2)将20份4,4’-ODA加入到步骤1)所得的均相溶液,并加入0.1份亚胺化促进剂异喹啉,以及2份的聚乙二醇600,在氮气保护的条件下搅拌回流40min进行缩聚反应,得到均相溶液。
3)将1份聚甲基硅氧烷,在氮气保护的条件下搅拌回流40min,得到聚酰亚胺前驱体树脂溶液。
4)将步骤3)中的聚酰亚胺前驱体树脂溶液在60℃旋转蒸发至粘稠状后倒入塘瓷盘中,而后盖上盖子,放入真空烘箱60℃下干燥4h,再移至鼓风烘箱110℃下干燥2h,粉碎,过筛得到聚酰亚胺前驱体树脂固体粉末。
5)取步骤4)得到的聚酰亚胺前驱体固体粉末20g置于5cm×5cm×4cm的模具中,在110℃,0.8MPa的条件下压制10min,脱模制得聚酰亚胺前驱体板。
6)将制得的聚酰亚胺前驱体板置于上下限高40mm的模具中,并将模具转移至加热装置中,将温度从室温随加热装置升温至150℃,并恒温发泡50min,制得脆性聚酰亚胺泡沫。再将温度升至260℃,恒温1.5h,使得脆性泡沫完全酰亚胺化,制得最终的软质聚酰亚胺泡沫。
该软质聚酰亚胺泡沫的平均密度为16.1kg/m3,将所得泡沫平均三等分,(沿着水平方向分成三份)密度分别为15.7kg/m3,16.8kg/m3,15.3kg/m3。计算得到Cv为3.6%。测量聚酰亚胺泡沫的孔径大小分布在170-300μm之间。
7)将步骤5)得到的前驱体板,在湿度为50%RH,温度为25℃的环境下,存放7天,再按步骤6)发泡,泡沫的平均密度为17.3kg/m3。
实施例5
1)在装有机械搅拌器、球形冷凝管和温度计的三口瓶中加入40份BTDA,30份低沸点溶剂无水甲醇,30份低沸点溶剂四氢呋喃,在搅拌的条件下加热回流4小时,得到芳香族二酸二酯的均相溶液。
2)将40份m-PDA加入到步骤1)所得的均相溶液,并加入1份亚胺化促进剂异喹啉,以及3份的聚乙二醇1000,在氮气保护的条件下搅拌回流20min进行缩聚反应,得到均相溶液。
3)将2聚甲基硅氧烷,在氮气保护的条件下搅拌回流20min,得到聚酰亚胺前驱体树脂溶液。
4)将步骤3)中的聚酰亚胺前驱体树脂溶液在60℃旋转蒸发至粘稠状后倒入塘瓷盘中,而后盖上盖子,放入真空烘箱60℃下干燥3h,再移至鼓风烘箱110℃下干燥2h,粉碎,过筛得到聚酰亚胺前驱体树脂固体粉末。
5)取步骤4)得到的聚酰亚胺前驱体固体粉末20g置于5cm×5cm×4cm的模具中,在120℃,1MPa的条件下压制15min,脱模制得聚酰亚胺前驱体板。
6)将制得的聚酰亚胺前驱体板置于上下限高40mm的模具中,并将模具转移至加热装置中,将温度从室温随加热装置升温至160℃,并恒温发泡50min,制得脆性聚酰亚胺泡沫。再将温度升至260℃,恒温1.5h,使得脆性泡沫完全酰亚胺化,制得最终的软质聚酰亚胺泡沫。
该软质聚酰亚胺泡沫的平均密度为15.9kg/m3,将所得泡沫平均三等分,(沿着水平方向分成三份)密度分别为15.1kg/m3,16.8kg/m3,14.9kg/m3。计算得到Cv为5.4%。测量聚酰亚胺泡沫的孔径大小分布在180-310μm之间。
7)将步骤5)得到的前驱体板,在湿度为50%RH,温度为25℃的环境下,存放7天,再按步骤6)发泡,泡沫的平均密度为17.0kg/m3。
实施例6
1)在装有机械搅拌器、球形冷凝管和温度计的三口瓶中加入20份DSDA,40份低沸点溶剂无水乙醇,30份低沸点溶剂二甘醇二甲醚,在搅拌的条件下加热回流3小时,得到芳香族二酸二酯的均相溶液。
2)将20份m-PDA加入到步骤1)所得的均相溶液,并加入1份亚胺化促进剂异喹啉,以及3份的聚乙二醇1000,在氮气保护的条件下搅拌回流40min进行缩聚反应,得到均相溶液。
3)将3份有机硅乙二醇共聚物,在氮气保护的条件下搅拌回流40min,得到聚酰亚胺前驱体树脂溶液。
4)将步骤3)中的聚酰亚胺前驱体树脂溶液在60℃旋转蒸发至粘稠状后倒入塘瓷盘中,而后盖上盖子,放入真空烘箱65℃下干燥4h,再移至鼓风烘箱110℃下干燥4h,粉碎,过筛得到聚酰亚胺前驱体树脂固体粉末。
5)取步骤4)得到的聚酰亚胺前驱体固体粉末20g置于5cm×5cm×4cm的模具中,在90℃,0.5MPa的条件下压制15min,脱模制得聚酰亚胺前驱体板。
6)将制得的聚酰亚胺前驱体板置于上下限高40mm的模具中,并将模具转移至加热装置中,将温度从室温随加热装置升温至130℃,并恒温发泡40min,制得脆性聚酰亚胺泡沫。再将温度升至240℃,恒温1.5h,使得脆性泡沫完全酰亚胺化,制得最终的软质聚酰亚胺泡沫。
该软质聚酰亚胺泡沫的平均密度为14.7kg/m3,将所得泡沫平均三等分,(沿着水平方向分成三份)密度分别为13.7kg/m3,14.9kg/m3,14.5kg/m3。计算得到Cv为3.5%。测量聚酰亚胺泡沫的孔径大小分布在180-290μm之间。
7)将步骤5)得到的前驱体板,在湿度为50%RH,温度为25℃的环境下,存放7天,再按步骤6)发泡,泡沫的平均密度为16.2kg/m3。
实施例7
1)在装有机械搅拌器、球形冷凝管和温度计的三口瓶中加入40份ODPA,50份低沸点溶剂无水丁醇,40份低沸点溶剂四氢呋喃,在搅拌的条件下加热回流3小时,得到芳香族二酸二酯的均相溶液。
2)将40份TFDB加入到步骤1)所得的均相溶液,并加入2份亚胺化促进剂异喹啉,以及5份的聚乙二醇1000,在氮气保护的条件下搅拌回流40min进行缩聚反应,得到均相溶液。
3)将3份有机硅乙二醇共聚物,在氮气保护的条件下搅拌回流40min,得到聚酰亚胺前驱体树脂溶液。
4)将步骤3)中的聚酰亚胺前驱体树脂溶液在60℃旋转蒸发至粘稠状后倒入塘瓷盘中,而后盖上盖子,放入真空烘箱55℃下干燥3h,再移至鼓风烘箱90℃下干燥2h,粉碎,过筛得到聚酰亚胺前驱体树脂固体粉末。
5)取步骤4)得到的聚酰亚胺前驱体固体粉末20g置于5cm×5cm×4cm的模具中,在80℃,0.5MPa的条件下压制10min,脱模制得聚酰亚胺前驱体板。
6)将制得的聚酰亚胺前驱体板置于上下限高40mm的模具中,并将模具转移至加热装置中,将温度从室温随加热装置升温至110℃,并恒温发泡40min,制得脆性聚酰亚胺泡沫。再将温度升至240℃,恒温1.5h,使得脆性泡沫完全酰亚胺化,制得最终的软质聚酰亚胺泡沫。
该软质聚酰亚胺泡沫的平均密度为24.8kg/m3,将所得泡沫平均三等分,(沿着水平方向分成三份)密度分别为23.2kg/m3,25.7kg/m3,23.4kg/m3。计算得到Cv为3.3%。测量聚酰亚胺泡沫的孔径大小分布在140-260μm之间。
7)将步骤5)得到的前驱体板,在湿度为50%RH,温度为25℃的环境下,存放7天,再按步骤6)发泡,泡沫的平均密度为26.6kg/m3。
实施例8
1)在装有机械搅拌器、球形冷凝管和温度计的三口瓶中加入40份α-ODPA,50份低沸点溶剂无水丁醇,40份低沸点溶剂四氢呋喃,在搅拌的条件下加热回流3小时,得到芳香族二酸二酯的均相溶液。
2)将40份3,3’-DDS加入到步骤1)所得的均相溶液,并加入3份亚胺化促进剂异喹啉,以及3份的硅油,在氮气保护的条件下搅拌回流40min进行缩聚反应,得到均相溶液。
4)将步骤3)中的聚酰亚胺前驱体树脂溶液在60℃旋转蒸发至粘稠状后倒入塘瓷盘中,而后盖上盖子,放入真空烘箱55℃下干燥4h,再移至鼓风烘箱90℃下干燥3h,粉碎,过筛得到聚酰亚胺前驱体树脂固体粉末。
5)取步骤4)得到的聚酰亚胺前驱体固体粉末20g置于5cm×5cm×4cm的模具中,在110℃,1MPa的条件下压制10min,脱模制得聚酰亚胺前驱体板。
6)将制得的聚酰亚胺前驱体板置于上下限高40mm的模具中,并将模具转移至加热装置中,将温度从室温随加热装置升温至140℃,并恒温发泡5min,制得脆性聚酰亚胺泡沫。
7)将上述脆性泡沫压扁至5mm厚度,在140℃继续恒温45min,制得脆性聚酰亚胺泡沫。再将温度升至260℃,恒温1.5h,使得脆性泡沫完全酰亚胺化,制得最终的软质聚酰亚胺泡沫。
该软质聚酰亚胺泡沫的平均密度为32.7kg/m3,将所得泡沫平均三等分,(沿着水平方向分成三份)密度分别为30.8kg/m3,33.9kg/m3,32.0kg/m3。计算得到Cv为4.0%。测量聚酰亚胺泡沫的孔径大小分布在130-290μm之间。
8)将步骤5)得到的前驱体板,在湿度为50%RH,温度为25℃的环境下,存放7天,再按步骤6)发泡,泡沫的平均密度为35.4kg/m3。
实施例9
1)在装有机械搅拌器、球形冷凝管和温度计的三口瓶中加入40份BTDA,50份低沸点溶剂无水乙醇,以及45份低沸点溶剂四氢呋喃,在搅拌的条件下加热回流3小时,得到芳香族二酸二酯的均相溶液。
2)将40份3,4’-ODA加入到步骤1)所得的均相溶液,并加入1份亚胺化促进剂异喹啉,以及3份的聚乙二醇600,在氮气保护的条件下搅拌回流20min进行缩聚反应,得到均相溶液。
4)将步骤3)中的聚酰亚胺前驱体树脂溶液在60℃旋转蒸发至粘稠状后倒入塘瓷盘中,而后盖上盖子,放入真空烘箱60℃下干燥3h,再移至鼓风烘箱110℃下干燥2h,粉碎,过筛得到聚酰亚胺前驱体树脂固体粉末。
5)取步骤4)得到的聚酰亚胺前驱体固体粉末20g置于5cm×5cm×4cm的模具中,在110℃,1MPa的条件下压制10min,脱模制得聚酰亚胺前驱体板。
6)将制得的聚酰亚胺前驱体板置于上下限高40mm的模具中,并将模具转移至加热装置中,将温度从室温随加热装置升温至150℃,并恒温发泡5min,制得脆性聚酰亚胺泡沫。
7)将上述脆性泡沫压扁至5mm厚度,在150℃继续恒温45min,制得脆性聚酰亚胺泡沫。再将温度升至260℃,恒温1.5h,使得脆性泡沫完全酰亚胺化,制得最终的软质聚酰亚胺泡沫。
该软质聚酰亚胺泡沫的平均密度为32.3kg/m3,将所得泡沫平均三等分,(沿着水平方向分成三份)密度分别为30.8kg/m3,34.2kg/m3,31.1kg/m3。计算得到Cv为4.6%。测量聚酰亚胺泡沫的孔径大小分布在140-300μm之间。
8)将步骤5)得到的前驱体板,在湿度为50%RH,温度为25℃的环境下,存放7天,再按步骤6)发泡,泡沫的平均密度为32.9kg/m3。
实施例10
1)在装有机械搅拌器、球形冷凝管和温度计的三口瓶中加入40份BTDA,40份低沸点溶剂无水乙醇,以及45份低沸点溶剂四氢呋喃,在搅拌的条件下加热回流3小时,得到芳香族二酸二酯的均相溶液。
2)将40份m-PDA加入到步骤1)所得的均相溶液,并加入1份亚胺化促进剂异喹啉,以及3份的硅油,在氮气保护的条件下搅拌回流20min进行缩聚反应,得到均相溶液。
4)将步骤3)中的聚酰亚胺前驱体树脂溶液在60℃旋转蒸发至粘稠状后倒入塘瓷盘中,而后盖上盖子,放入真空烘箱60℃下干燥3h,再移至鼓风烘箱120℃下干燥3h,粉碎,过筛得到聚酰亚胺前驱体树脂固体粉末。
5)取步骤4)得到的聚酰亚胺前驱体固体粉末20g置于5cm×5cm×4cm的模具中,在110℃,1.2MPa的条件下压制10min,脱模制得聚酰亚胺前驱体板。
6)将制得的聚酰亚胺前驱体板置于上下限高40mm的模具中,并将模具转移至加热装置中,将温度从室温随加热装置升温至160℃,并恒温发泡5min,制得脆性聚酰亚胺泡沫。
7)将上述脆性泡沫压扁至5mm厚度,在160℃继续恒温5min,制得脆性聚酰亚胺泡沫。再将上述泡沫压扁至5mm厚度,并160℃恒温发泡40min,再次制得脆性泡沫。将温度升至260℃,恒温1.5h,使得脆性泡沫完全酰亚胺化,制得最终的软质聚酰亚胺泡沫。
该软质聚酰亚胺泡沫的平均密度为47.7kg/m3,将所得泡沫平均三等分,(沿着水平方向分成三份)密度分别为45.2kg/m3,48.1kg/m3,47.4kg/m3。计算得到Cv为2.6%。测量聚酰亚胺泡沫的孔径大小分布在140-310μm之间。
8)将步骤5)得到的前驱体板,在湿度为50%RH,温度为25℃的环境下,存放7天,再按步骤6)发泡,泡沫的平均密度为49.8kg/m3。
实施例11
1)在装有机械搅拌器、球形冷凝管和温度计的三口瓶中加入20份BTDA,20份ODPA,60份低沸点溶剂无水甲醇,60份低沸点溶剂四氢呋喃,在搅拌的条件下加热回流3小时,得到芳香族二酸二酯的均相溶液。
2)将40份4,4’-ODA加入到步骤1)所得的均相溶液,并加入1份亚胺化促进剂异喹啉,以及3份的聚乙二醇1000,在氮气保护的条件下搅拌回流20min进行缩聚反应,得到均相溶液。
4)将步骤3)中的聚酰亚胺前驱体树脂溶液在60℃旋转蒸发至粘稠状后倒入塘瓷盘中,而后盖上盖子,放入真空烘箱60℃下干燥3h,再移至鼓风烘箱100℃下干燥2h,粉碎,过筛得到聚酰亚胺前驱体树脂固体粉末。
5)取步骤4)得到的聚酰亚胺前驱体固体粉末20g置于5cm×5cm×4cm的模具中,在110℃,0.8MPa的条件下压制10min,脱模制得聚酰亚胺前驱体板。
6)将制得的聚酰亚胺前驱体板置于上下限高40mm的模具中,并将模具转移至加热装置中,将温度从室温随加热装置升温至150℃,并恒温发泡50min,制得脆性聚酰亚胺泡沫。再将温度升至260℃,恒温1.5h,使得脆性泡沫完全酰亚胺化,制得最终的软质聚酰亚胺泡沫。
该软质聚酰亚胺泡沫的平均密度为17.7kg/m3,将所得泡沫平均三等分,(沿着水平方向分成三份,)密度分别为17.2kg/m3,18.0kg/m3,16.8kg/m3。计算得到Cv为2.8%。测量聚酰亚胺泡沫的孔径大小分布在160-350μm之间。
7)将步骤5)得到的前驱体板,在湿度为50%RH,温度为25℃的环境下,存放7天,再按步骤6)发泡,泡沫的平均密度为19.4kg/m3。
实施例12
1)在装有机械搅拌器、球形冷凝管和温度计的三口瓶中加入40份BTDA,60份低沸点溶剂无水甲醇,60份低沸点溶剂四氢呋喃,在搅拌的条件下加热回流3小时,得到芳香族二酸二酯的均相溶液。
2)将20份3,4’-ODA,20份MDA加入到步骤1)所得的均相溶液,并加入1份亚胺化促进剂异喹啉,以及3份的聚乙二醇1000,在氮气保护的条件下搅拌回流20min进行缩聚反应,得到均相溶液。
4)将步骤3)中的聚酰亚胺前驱体树脂溶液在60℃旋转蒸发至粘稠状后倒入塘瓷盘中,而后盖上盖子,放入真空烘箱60℃下干燥3h,再移至鼓风烘箱120℃下干燥3h,粉碎,过筛得到聚酰亚胺前驱体树脂固体粉末。
5)取步骤4)得到的聚酰亚胺前驱体固体粉末20g置于5cm×5cm×4cm的模具中,在110℃,0.8MPa的条件下压制10min,脱模制得聚酰亚胺前驱体板。
6)将制得的聚酰亚胺前驱体板置于上下限高40mm的模具中,并将模具转移至加热装置中,将温度从室温随加热装置升温至140℃,并恒温发泡40min,制得脆性聚酰亚胺泡沫。再将温度升至250℃,恒温1.5h,使得脆性泡沫完全酰亚胺化,制得最终的软质聚酰亚胺泡沫。
该软质聚酰亚胺泡沫的平均密度为18.4kg/m3,将所得泡沫平均三等分,(沿着水平方向分成三份,)密度分别为17.9kg/m3,19.0kg/m3,18.1kg/m3。计算得到Cv为2.6%。测量聚酰亚胺泡沫的孔径大小分布在150-320μm之间。
7)将步骤5)得到的前驱体板,在湿度为50%RH,温度为25℃的环境下,存放7天,再按步骤6)发泡,泡沫的平均密度为20.0kg/m3。
下表3示出了本发明实施例1至实施例12和对比例1-1以及对比例1-2制得的软质聚酰亚胺泡沫的性能:
表3、软质聚酰亚胺泡沫的性能
由表3实施例和对比例的数据可知,预聚板制得的泡沫泡孔密度以及泡孔的孔径更加均匀。预聚板和预聚体粉末随着储存时间的延长,不断有挥发分跑出,从而导致相较于及时发泡来说,储存一段时间后再发泡的泡沫密度会增大。同时由于预聚板储藏时受时间影响较小,其密度相对于及时发泡来说,要相差更少一些。综上所述,由预聚板制备软质聚酰亚胺泡沫是一个较为优秀的方法。
以下为实施例13至实施例18,制备方法参照实施例1,含有发泡剂缓释组分的聚酰亚胺前驱体固体粉末的原料组分见表4,各步骤工艺参数见表5:
表4
表5
对实施例13至实施例18制得的软质聚酰亚胺泡沫也进行了性能检测,其结果与前述结果相似。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本发明的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述提示的技术内容作出些许变动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明方案的范围内。
Claims (9)
1.一种软质聚酰亚胺泡沫,其特征在于,所述的软质聚酰亚胺泡沫由含有发泡剂缓释组分的聚酰亚胺前驱体固体粉末经热压制得含有发泡剂缓释组分的块/板状聚酰亚胺泡沫前驱体,再将所得的含有发泡剂缓释组分的块/板状聚酰亚胺泡沫前驱体进行发泡得到的;
所述的含有发泡剂缓释组分的聚酰亚胺前驱体固体粉末包括如下质量份的原料组分:
四酸二酐单体 1-100份
芳香族二胺单体 1-100份
溶剂 20-100份
表面活性剂 0.01-50份
发泡剂缓释组分 0.01-20份。
2.根据权利要求1所述的软质聚酰亚胺泡沫,其特征在于,所述的发泡剂缓释组分为聚乙二醇600、聚乙二醇1000、聚乙二醇2000、硅油、低分子量聚乙烯、有机亚磷酸酯或硬脂酸盐中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的软质聚酰亚胺泡沫,其特征在于,所述的含有发泡剂缓释组分的聚酰亚胺前驱体固体粉末包括如下质量份的原料组分:
四酸二酐单体 10-80份
芳香族二胺单体 10-80份
溶剂 30-80份
表面活性剂 0.1-5份
发泡剂缓释组分 0.1-5份。
4.根据权利要求3所述的软质聚酰亚胺泡沫,其特征在于,所述的含有发泡剂缓释组分的聚酰亚胺固体粉末还包括亚胺化促进剂。
5.根据权利要求4所述的软质聚酰亚胺泡沫,其特征在于,所述的亚胺化促进剂的用量以质量份计为0.1-3份。
6.一种权利要求1~5任意一项所述的软质聚酰亚胺泡沫的制备方法,其特征在于,所述的制备方法为先将所述的软质聚酰亚胺泡沫的原料组分制备成聚酰亚胺前驱体固体粉末,再将聚酰亚胺前驱体固体粉末经过热压制得前驱体板,然后再将前驱体板加热制得所述的软质聚酰亚胺泡沫;
所述的压制为在温度60~150℃、压强0.5~3MPa的条件下压制5~60min。
7.根据权利要求6所述的软质聚酰亚胺泡沫的制备方法,其特征在于,所述的制备方法包括如下步骤:
1)将四酸二酐和溶剂在回流状态下反应,得到芳香族二酸二酯;
2)将芳香族二胺、亚胺化促进剂以及发泡剂缓释组分加入到步骤1)所得的芳香族二酸二酯中,继续回流进行缩聚反应,得到溶液;
3)将步骤2)所得到的溶液冷却至室温,将表面活性剂逐滴加入,继续回流,得到聚酰亚胺前驱体树脂的溶液;
4)将步骤3)所得聚酰亚胺前驱体树脂的溶液,蒸发除去溶剂,干燥,得到聚酰亚胺前驱体固体粉末;
5)将步骤4)制得的聚酰亚胺前驱体固体粉末平铺在模具空腔中,压制,脱模,得到聚酰亚胺前驱体板;
6)将步骤5)所制得的聚酰亚胺前驱体板置于加热装置中,经加热、冷却,制得软质聚酰亚胺泡沫。
8.根据权利要求7所述的软质聚酰亚胺泡沫的制备方法,其特征在于,步骤6)中所述的加热为将加热装置的温度从室温升至80~160℃,恒温30~120min,然后再将加热装置升温至220~350℃,恒温30~180min;所述的冷却为加热结束后,将加热装置冷却至室温。
9.一种权利要求1~5任意一项所述的软质聚酰亚胺泡沫在制备下述任意一种材料中的应用:
1)耐高温隔热材料;
2)耐高温隔音材料;
3)耐高温抗冲击材料。
Priority Applications (1)
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