CN114380941A - 低吸湿率聚甲基丙烯酰亚胺泡沫及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高性能聚合物泡沫技术领域，具体的涉及一种低吸湿率聚甲基丙烯酰亚胺泡沫及其制备方法。以氨基化合物、甲基丙烯酸酐和甲基丙烯酸为单体，与阻燃剂、发泡剂、引发剂混合，获得均匀的混合溶液，经过聚合和发泡过程制得具有低吸湿率的PMI泡沫材料。该方法采用氨基化合物与甲基丙烯酸酐反应生成具有R基取代的甲基丙烯酰胺，之后具有R基取代的甲基丙烯酰胺与甲基丙烯酸发生自由基聚合形成聚合物板材，最后经高温发泡制得PMI泡沫，这种方法不仅可以避免丙烯腈类剧毒原料的使用，并且得到的PMI泡沫中不含有N‑H亲水基团，能够有效降低PMI泡沫材料的吸湿率。
Description
技术领域
本发明属于聚合物泡沫制备技术领域，具体的涉及一种低吸湿率聚甲基丙烯酰亚胺泡沫及其制备方法。
背景技术
聚甲基丙烯酰亚胺泡沫具有良好的吸声、隔热、耐高低温等性能，广泛应用于航空航天、高速列车等领域。但在现有技术中，PMI泡沫材料的制备需要使用丙烯腈或甲基丙烯腈类剧毒原料，这类物质不易获得，且在使用过程中存在极大安全隐患，另一方面，通过传统制备方法制得的PMI泡沫分子中含有大量N-H亲水基团，导致材料吸湿率较高，最终使泡沫材料的隔热性能大大降低甚至丧失，以上因素严重限制了PMI泡沫材料的生产和广泛应用。
发明内容
本发明的目的是：提供一种低吸湿率聚甲基丙烯酰亚胺泡沫。所述的聚甲基丙烯酰亚胺泡沫原料无毒且分子结构中不含亲水基团，降低了泡沫材料的吸湿率；本发明同时提供了其制备方法。
本发明所述的低吸湿率聚甲基丙烯酰亚胺泡沫，所述的聚甲基丙烯酰亚胺具有如下重复结构单元：
其中，R代表甲基、乙基或丙基中的一种，10000≤n≤30000。
本发明所述的低吸湿率聚甲基丙烯酰亚胺泡沫，以质量百分数计，原料组成如下：
其中：
所述的氨基化合物的结构式为：R-NH2，R为甲基、乙基或丙基中的一种。
所述的发泡剂为乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇或叔丁醇中的一种。
所述的阻燃剂为红磷、磷酸铵或磷酸酯中的一种。
所述的引发剂为偶氮二异丁腈或过氧化二苯甲酰中的一种。
本发明所述的低吸湿率聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的制备方法，由以下步骤组成：
(1)在室温、常压条件下称取氨基化合物、甲基丙烯酸酐、甲基丙烯酸、发泡剂、阻燃剂和引发剂，将其混合均匀，得到混合液体；
(2)将步骤(1)中得到的混合液体加热至70-80℃，反应3-10h得到有机玻璃板；
(3)将步骤(2)制备得到的有机玻璃板放入160-200℃的鼓风烘箱中发泡得到低吸湿率聚甲基丙烯酰亚胺泡沫。
其中：
将混合液体加热至70-80℃，原料中的氨基化合物与甲基丙烯酸酐反应，得到的产物进一步与甲基丙烯酸反应得到有机玻璃板，之后将有机玻璃板放入160-200℃的鼓风烘箱中发泡，且发生酰亚胺化交联反应，其中反应方程式如下所示：
本发明所述的低吸湿率聚甲基丙烯酰亚胺泡沫，以氨基化合物、甲基丙烯酸酐和甲基丙烯酸为单体，与阻燃剂、发泡剂、引发剂混合，获得均匀的混合溶液，经过聚合和发泡过程制得具有低吸湿率的PMI泡沫材料。该方法采用氨基化合物与甲基丙烯酸酐反应生成具有R基取代的甲基丙烯酰胺，之后具有R基取代的甲基丙烯酰胺与甲基丙烯酸发生自由基聚合形成聚合物板材，最后经高温发泡制得PMI泡沫，这种方法不仅可以避免丙烯腈类剧毒原料的使用，并且得到的PMI泡沫中不含有N-H亲水基团，能够有效降低PMI泡沫材料的吸湿率。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明所述的低吸湿率聚甲基丙烯酰亚胺泡沫，采用氨基化合物、甲基丙烯酸酐和甲基丙烯酸作为合成单体，一方面避免了丙烯腈类剧毒物质的使用，另一方面通过上述合成单体制得的PMI泡沫材料的分子结构中不再含有N-H亲水基团，大大降低了泡沫材料的吸湿率。
(2)本发明所述的低吸湿率聚甲基丙烯酰亚胺泡沫，制备所需原材料易得，并且避免了剧毒类物质的使用危险性。
(3)本发明所述的低吸湿率聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的制备方法，制备过程简便易行，制备得到的聚甲基丙烯酰亚胺泡沫吸湿率低。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
本实施例1所述的低吸湿率聚甲基丙烯酰亚胺泡沫，所述的聚甲基丙烯酰亚胺具有如下重复结构单元：
其中，R代表乙基，18000≤n≤22000。
本实施例1所述的低吸湿率聚甲基丙烯酰亚胺泡沫，以质量百分数计，原料组成如下：
本实施例1所述的低吸湿率聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的制备方法，由以下步骤组成：
在室温、常压条件下称取90g乙胺、154g甲基丙烯酸酐、172g甲基丙烯酸、0.2g异丙醇、0.5g磷酸铵、0.3g偶氮二异丁腈，并将其混合均匀，得到混合液体；将上述混合液体加热至80℃，反应5h得到有机玻璃板；之后将上述有机玻璃板放入180℃的鼓风烘箱中发泡得到低吸湿率的PMI泡沫板。
测试泡沫相关性能如下：吸湿率：0.35％；拉伸强度：2.51MPa。
实施例2
本实施例2所述的低吸湿率聚甲基丙烯酰亚胺泡沫，所述的聚甲基丙烯酰亚胺具有如下重复结构单元：
其中，R代表丙基，18000≤n≤22000。
本实施例2所述的低吸湿率聚甲基丙烯酰亚胺泡沫，以质量百分数计，原料组成如下：
本实施例2所述的低吸湿率聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的制备方法，由以下步骤组成：
在室温、常压条件下称取104g丙胺、154g甲基丙烯酸酐、172g甲基丙烯酸、0.15g丙醇、0.5g磷酸酯、0.3g过氧化二苯甲酰，并将其混合均匀，得到混合液体；将上述混合液体加热至75℃，反应5h得到有机玻璃板；之后将上述有机玻璃板放入185℃的鼓风烘箱中发泡得到低吸湿率的PMI泡沫板。
测试泡沫相关性能如下：吸湿率：0.29％；拉伸强度：2.55MPa。
实施例3
本实施例3所述的低吸湿率聚甲基丙烯酰亚胺泡沫，所述的聚甲基丙烯酰亚胺具有如下重复结构单元：
其中，R代表乙基，18000≤n≤22000。
本实施例3所述的低吸湿率聚甲基丙烯酰亚胺泡沫，以质量百分数计，原料组成如下：
本实施例3所述的低吸湿率聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的制备方法，由以下步骤组成：
在室温、常压条件下称取90g乙胺、154g甲基丙烯酸酐、172g甲基丙烯酸、0.2g丁醇、0.4g磷酸酯、0.25g过氧化二苯甲酰，并将其混合均匀，得到混合液体；将上述混合液体加热至75℃，反应5h得到有机玻璃板；之后将上述有机玻璃板放入180℃的鼓风烘箱中发泡得到低吸湿率的PMI泡沫板。
测试泡沫相关性能如下：吸湿率：0.33％；拉伸强度：2.45MPa。
对比例1
本对比例1所述的聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的制备方法，由以下步骤组成：
在室温、常压条件下称取90g丙烯腈、154g甲基丙烯酸酐、172g甲基丙烯酸、0.2g异丙醇、0.5g磷酸铵、0.3g偶氮二异丁腈，并将其混合均匀，得到混合液体；将上述混合液体加热至80℃，反应5h得到有机玻璃板；之后将上述有机玻璃板放入180℃的鼓风烘箱中发泡得到低吸湿率的PMI泡沫板。
测试泡沫相关性能如下：吸湿率：1.68％；拉伸强度：2.44MPa。
对比例2
本对比例2所述的聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的制备方法，由以下步骤组成：
在室温、常压条件下称取104g甲基丙烯腈、154g甲基丙烯酸酐、172g甲基丙烯酸、0.15g丙醇、0.5g磷酸酯、0.3g过氧化二苯甲酰，并将其混合均匀，得到混合液体；将上述混合液体加热至75℃，反应5h得到有机玻璃板；之后将上述有机玻璃板放入185℃的鼓风烘箱中发泡得到低吸湿率的PMI泡沫板。
测试泡沫相关性能如下：吸湿率：1.66％；拉伸强度：2.38MPa。
Claims (8)
1.一种低吸湿率聚甲基丙烯酰亚胺泡沫，其特征在于：所述的聚甲基丙烯酰亚胺具有如下重复结构单元：
其中，R代表甲基、乙基或丙基中的一种，10000≤n≤30000。
2.根据权利要求1所述的低吸湿率聚甲基丙烯酰亚胺泡沫，其特征在于：以质量百分数计，原料组成如下：
3.根据权利要求2所述的低吸湿率聚甲基丙烯酰亚胺泡沫，其特征在于：所述的氨基化合物的结构式为：R-NH2，R为甲基、乙基或丙基中的一种。
4.根据权利要求2所述的低吸湿率聚甲基丙烯酰亚胺泡沫，其特征在于：所述的发泡剂为乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇或叔丁醇中的一种。
5.根据权利要求2所述的低吸湿率聚甲基丙烯酰亚胺泡沫，其特征在于：所述的阻燃剂为红磷、磷酸铵或磷酸酯中的一种。
6.根据权利要求2所述的低吸湿率聚甲基丙烯酰亚胺泡沫，其特征在于：所述的引发剂为偶氮二异丁腈或过氧化二苯甲酰中的一种。
7.一种权利要求1所述的低吸湿率聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的制备方法，其特征在于：由以下步骤组成：
(1)在室温、常压条件下称取氨基化合物、甲基丙烯酸酐、甲基丙烯酸、发泡剂、阻燃剂和引发剂，将其混合均匀，得到混合液体；
(2)将步骤(1)中得到的混合液体加热至70-80℃，反应3-10h得到有机玻璃板；
(3)将步骤(2)制备得到的有机玻璃板放入160-200℃的鼓风烘箱中发泡得到低吸湿率聚甲基丙烯酰亚胺泡沫。
8.根据权利要求7所述的低吸湿率聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的制备方法，其特征在于：反应方程式如下所示：
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