CN116284958B - 利用软质泡沫废料制作聚酰亚胺隔热吸声板的方法及产品 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用软质泡沫废料制作聚酰亚胺隔热吸声板的方法及产品，制作过程主要包括：(1)切割软质聚酰亚胺泡沫废料；(2)合成发泡白料；(3)发泡白料与发泡黑料在喷涂机中搅拌均匀；(4)在模具中铺第一层废料，在废料表面喷涂混合后的发泡料浆，在发泡料浆上方迅速铺第二层泡沫废料，再次表面喷涂混合后的发泡料浆，重复此步操作至废料全部铺完；(5)将模具进行机械振荡使废料分布均匀；(6)模具闭模并移入烘箱中加热定型，使发泡料浆发泡实现废料间的进一步粘接并完成酰亚胺化，冷却脱模得到隔热吸声板材。本发明工艺简单、回收率高、成本低，产品具有优异吸声隔热性能。
Description
技术领域
本发明涉及特种高分子泡沫材料回收利用领域，特别是一种利用软质泡沫废料制作聚酰亚胺隔热吸声板的方法及产品。
背景技术
在聚氨酯、聚酰亚胺等软质泡沫塑料的生产过程中，泡沫自由发泡生长，泡沫成品的外观不够规整，无法避免地会产生大量的边角料，而对于这种废料的回收处理一直没有得到妥善的解决。目前，国内对聚氨酯、聚苯乙烯等泡沫的边角料的加工处理方法主要有：焚烧、填埋、边角料与原料混合发泡加热固化和制备得到其他材料。但填埋和焚烧这两种传统的处理方法会造成土地的浪费以及大气污染。聚酰亚胺泡沫由于具有耐酸碱、耐辐照、优异的耐高低温和本征阻燃等性能，普通的掩埋、焚烧手段根本无法处理。随着我国聚酰亚胺泡沫产能的逐渐提高即聚酰亚胺软质泡沫边角废料产量越来越高和国家对环境安全重视程度越来越高，软质聚酰亚胺泡沫废料的无害化处理以及回收利用成为了急需解决的重大问题。
我国在聚酰亚胺泡沫工业化方面虽然起步较晚，但距今也已有十余年时间，目前哈尔滨工程大学、中天胜、上海大洋、青岛海洋新材料等单位在聚酰亚胺软质泡沫废料处理方面的技术需求都已开始逐渐显露，但是国内外关于软质泡沫废料处理方式报道极少。CN115418020A率先公开了一种将聚酰亚胺泡沫废料粉碎成高密度粉末后直接与二酐、发泡剂、溶剂、助剂、胶黏剂混合形成新的发泡料浆，随后加入异氰酸酯搅拌得到聚酰亚胺泡沫前体，最后倒入模具中加热固化得到再生聚酰亚胺泡沫材料的方法，但是该方法粉碎过程较为复杂、耗能较高，同时发泡料浆中的粉碎料也极大影响了发泡成型过程，从而产生许多工艺、成本问题。
因此，亟需研发一种聚酰亚胺软质泡沫废料处理方法来改善目前泡沫废料回收利用难的现状。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种利用软质泡沫废料制作聚酰亚胺隔热吸声板的方法及产品。本发明具有能够很好改善软质聚酰亚胺泡沫废料回收利用难的特点，解决了以往将原料与边角料混合发泡导致的工艺难度大、成型不稳定、成本增加问题，并再度创造经济价值。
本发明的技术方案：利用软质泡沫废料制作聚酰亚胺隔热吸声板的方法，包括以下步骤：
1)向容器中加入极性溶剂和多元酸酐，加热至50--70℃，随后向容器中加入脂肪醇，反应1--3h后得到羧酸酯溶液，待羧酸酯溶液冷却至室温后向容器中加入表面活性剂、催化剂和泡沫稳定剂，搅拌均匀后得到发泡白料，将发泡白料与发泡黑料倒入喷涂机的料筒中，得到混合发泡料浆；
2)将软质聚酰亚胺泡沫废料剪裁成块体，将剪裁后的泡沫废料块体均匀单层铺满定型模具底部，作为第一层泡沫废料块体；
3)使用喷涂机向第一层泡沫废料块体表面喷涂1-2mm厚的混合发泡料浆，在混合发泡料浆的表面迅速叠加第二层泡沫废料块体，再向第二层泡沫废料块体表面喷涂混合发泡料浆，重复此操作步骤直至泡沫废料块体全部铺完，最后向顶部泡沫废料块体表面喷涂1-2mm厚的混合发泡料浆；
4)将定型模具进行机械振荡使泡沫废料块体进一步分布均匀，闭模并移入烘箱中加热定型，混合发泡料浆发泡，使泡沫废料块体进一步粘接并实现发泡料浆的酰亚胺化，泡沫废料块体总体积与定型模具的体积比为(0.8--0.9)：1，待定型模具室温冷却后脱模得到成品板材。
前述的利用软质泡沫废料制作聚酰亚胺隔热吸声板的方法中，步骤1)中多元酸酐、极性溶剂、脂肪醇、表面活性剂、催化剂和泡沫稳定剂之间的质量比为(15-50)：(25-80)：(1-4)：(2-6)：(1-4)：(2-6)。
前述的利用软质泡沫废料制作聚酰亚胺隔热吸声板的方法中，步骤1)中，所述多元酸酐为3,3',4,4'-二苯甲酮四羧基二酐、3,3',4,4'-联苯基四羧基二酐、3,3',4,4'-联苯基砜四羧基二酐、3,3',4,4'-二苯醚四酸酐、均苯四酸二酐、顺丁烯二酸酐、丁二酸酐、苯六甲酸三酐和三偏苯三酸酐-1,3,5-苯三酯中的一种或多种的混合物。
前述的利用软质泡沫废料制作聚酰亚胺隔热吸声板的方法中，步骤1)中，所述发泡黑料为多苯基多亚甲基多异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或多种的混合物。
前述的利用软质泡沫废料制作聚酰亚胺隔热吸声板的方法中，步骤1)中，所述喷涂机在喷涂前预先接通加热器电源并设定料筒温度为10-35℃。
前述的利用软质泡沫废料制作聚酰亚胺隔热吸声板的方法中，步骤1)中，所述发泡白料和发泡黑料之间的质量比为1：(0.2-0.6)。
前述的利用软质泡沫废料制作聚酰亚胺隔热吸声板的方法中，在步骤2)中，所述软质聚酰亚胺泡沫废料密度为4-100kg/m3。
前述的利用软质泡沫废料制作聚酰亚胺隔热吸声板的方法中，步骤2)中，将软质聚酰亚胺泡沫废料剪裁成边长为1--3cm的块体。
一种聚酰亚胺隔热吸声板，其是根据前述的利用软质泡沫废料制作聚酰亚胺隔热吸声板的方法制备而成的产品。
前述的一种聚酰亚胺隔热吸声板中，所述聚酰亚胺隔热吸声板产品的表观密度为10-200kg/m3，导热系数为0.026-0.050W/(m·K)，平均吸声系数为0.6-0.9，极限氧指数36-45％，最大烟气比光密度值3-15，耐燃性V-0级；长期应用温域为零下150℃至零上300℃。
与现有技术相比，本发明解决了制造成本较高、操作过程复杂、耗能高等问题，以直接切割的软质聚酰亚胺泡沫废料碎块为主体，同时在配制发泡白料时摒弃了发泡剂的引入，一方面避免了发泡料浆在混合过程中直接发泡无法进行多层铺设的问题；另一方面可以有效控制发泡料浆作用，使其在高温加热过程中同时发挥粘接软质废料和发泡成型填充空间的作用，使操作过程简单可控，并解决了工艺成本较高的问题。此外，本发明采用喷枪喷涂发泡料浆的方式，不仅能够控制喷涂到泡沫废料上发泡料浆的厚度，而且减少了原料的使用，降低了工艺成本与难度。本发明回收利用率高(软质聚酰亚胺泡沫废料回收利用率能够达到100％)、设备要求简单、回收成本低。而且，本发明制得的成品板材具有优异的隔热吸声性能，导热系数为0.026-0.050W/(m·K)，平均吸声系数为0.6-0.9，同时表现出优良的耐高低温、阻燃以及使用安全性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例。利用软质泡沫废料制作聚酰亚胺隔热吸声板的方法，包括以下步骤：
1)向容器中加入极性溶剂和多元酸酐，加热至50--70℃，随后向容器中加入脂肪醇，反应1--3h后得到羧酸酯溶液，待羧酸酯溶液冷却至室温后向容器中加入表面活性剂、催化剂和泡沫稳定剂，搅拌均匀后得到发泡白料，将发泡白料与发泡黑料倒入喷涂机的料筒中，得到混合发泡料浆；
2)将软质聚酰亚胺泡沫废料剪裁成块体，将剪裁后的泡沫废料块体均匀单层铺满定型模具底部，作为第一层泡沫废料块体；
3)使用喷涂机向第一层泡沫废料块体表面喷涂1-2mm厚的混合发泡料浆，在混合发泡料浆的表面迅速叠加第二层泡沫废料块体，再向第二层泡沫废料块体表面喷涂混合发泡料浆，重复此操作步骤直至泡沫废料块体全部铺完，最后向顶部泡沫废料块体表面喷涂1-2mm厚的混合发泡料浆；
4)将定型模具进行机械振荡使泡沫废料块体进一步分布均匀，闭模并移入烘箱中加热定型，混合发泡料浆发泡，使泡沫废料块体进一步粘接并实现发泡料浆的酰亚胺化，泡沫废料块体总体积与定型模具的体积比为(0.8--0.9)：1，待定型模具室温冷却后脱模得到成品板材。
步骤1)中多元酸酐、极性溶剂、脂肪醇、表面活性剂、催化剂和泡沫稳定剂之间的质量比为(15-50)：(25-80)：(1-4)：(2-6)：(1-4)：(2-6)。
步骤1)中，所述多元酸酐为3,3',4,4'-二苯甲酮四羧基二酐、3,3',4,4'-联苯基四羧基二酐、3,3',4,4'-联苯基砜四羧基二酐、3,3',4,4'-二苯醚四酸酐、均苯四酸二酐、顺丁烯二酸酐、丁二酸酐、苯六甲酸三酐和三偏苯三酸酐-1,3,5-苯三酯中的一种或多种的混合物。
步骤1)中，所述发泡黑料为多苯基多亚甲基多异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或多种的混合物。
步骤1)中，所述喷涂机在喷涂前预先接通加热器电源并设定料筒温度为10-35℃。
步骤1)中，所述发泡白料和发泡黑料之间的质量比为1：(0.2-0.6)。
在步骤2)中，所述软质聚酰亚胺泡沫废料密度为4-100kg/m3。
步骤2)中，将软质聚酰亚胺泡沫废料剪裁成边长为1--3cm的块体。
一种聚酰亚胺隔热吸声板，其是前述的利用软质泡沫废料制作聚酰亚胺隔热吸声板的方法制备而成的产品。
所述聚酰亚胺隔热吸声板产品的表观密度为10-200kg/m3，导热系数为0.026-0.050W/(m·K)，平均吸声系数为0.6-0.9，极限氧指数36-45％，最大烟气比光密度值3-15，耐燃性V-0级；长期应用温域为零下150℃至零上300℃。
实施实例1
取密度6kg/m3的软质聚酰亚胺泡沫废料1200g(0.2立方米)，用切割机将泡沫废料裁成边长约为2.5cm的方块，在内腔体积为0.24立方米的模具底部铺上第一层切割好的泡沫废料；
向容器中加入25kgN,N-二甲基甲酰胺和20kg3,3',4,4'-二苯甲酮四羧基二酐，待加热温度达到60℃时向其中缓慢加入4kg甲醇，反应1.5h后得到羧酸酯溶液，停止加热搅拌，待羧酸酯溶液冷却至室温后再向其中加入3kg三乙醇胺催化剂、5kgAK8805硅油表面活性剂和5kg聚乙二醇600泡沫稳定剂搅拌均匀后得到发泡白料，将发泡白料与17kg多苯基多亚甲基多异氰酸酯倒入喷涂机的料桶中混合均匀得到发泡料浆，用于后续混合喷涂；
设定喷涂机料桶温度为25℃，使用喷涂机向步骤(1)中泡沫废料表面喷涂2mm厚的发泡料浆，在发泡料浆的表面迅速叠加第二层泡沫废料，再向泡沫废料表面喷涂发泡料浆，重复该步骤直至泡沫废料全部铺完，最后在泡沫废料顶部喷涂2mm厚的发泡料浆；
将模具进行机械振荡使泡沫废料分布均匀，闭模并移入烘箱中加热定型，于280℃条件下加热固化2h，待固化结束后室温冷却取出脱模，得到隔热吸声板材。
结果显示：回收率为100％，密度11kg/m3，导热系数为0.038W/(m·K)，平均吸声系数为0.76，极限氧指数38％，最大烟气比光密度值5，耐燃性V-0级，长期应用温域为零下150℃至零上300℃。
实施实例2
(1)取密度30kg/m3的软质聚酰亚胺泡沫废料6000g(0.2立方米)，用切割机将泡沫废料裁成边长约为2.5cm的方块，在内腔体积为0.24立方米的模具底部铺上第一层切割好的泡沫废料；
(2)向容器中加入25kgN,N-二甲基甲酰胺和20kg均苯四酸二酐，待加热温度达到60℃时向其中缓慢加入4kg甲醇，反应1.5h后得到羧酸酯溶液，停止加热搅拌，待羧酸酯溶液冷却至室温后再向其中加入2.8kg三乙醇胺催化剂、4.5kgAK8805硅油表面活性剂和4.5kg聚乙二醇600泡沫稳定剂搅拌均匀后得到发泡白料，将发泡白料与25kg多苯基多亚甲基多异氰酸酯倒入喷涂机的料桶中混合均匀得到发泡料浆，用于后续混合喷涂；
(3)设定喷涂机料桶温度为35℃，使用喷涂机向步骤(1)中泡沫废料表面喷涂2mm厚的发泡料浆，在发泡料浆的表面迅速叠加第二层泡沫废料，再向泡沫废料表面喷涂发泡料浆，重复该步骤直至泡沫废料全部铺完，最后在泡沫废料顶部喷涂2mm厚的发泡料浆；
(4)将模具进行机械振荡使泡沫废料分布均匀，闭模并移入烘箱中加热定型，于280℃条件下加热固化2h，待固化结束后室温冷却取出脱模，得到隔热吸声板材。
结果显示：回收率为100％，密度为26kg/m3，导热系数为0.030W/(m·K)，平均吸声系数为0.81，极限氧指数41％，最大烟气比光密度值11，耐燃性V-0级，长期应用温域为零下150℃至零上300℃。
实施实例3
本实施例与实施例2的区别在于，在完成(4)所述的将模具进行机械振荡使泡沫废料分布均匀，将模具整体置于压机上，以与模具等上口面积压机从顶部直接将废料体积压缩至原先的一半，即总高度压缩至原先的一半，以压机上压面同时起到闭模作用。随后，开启压机加热按钮，设定压机上下热板加热温度为260℃，加热3.5h，待固化结束后室温冷却取出脱模，得到隔热吸声板材。
结果显示：回收率为100％，密度为54kg/m3，导热系数为0.042W/(m·K)，平均吸声系数为0.62，极限氧指数44％，最大烟气比光密度值13，耐燃性V-0级，长期应用温域为零下150℃至零上300℃。
Claims (10)
1.利用软质泡沫废料制作聚酰亚胺隔热吸声板的方法，其特征在于,包括以下步骤：
1)向容器中加入极性溶剂和多元酸酐，加热至50--70℃，随后向容器中加入脂肪醇，反应1--3h后得到羧酸酯溶液，待羧酸酯溶液冷却至室温后向容器中加入表面活性剂、催化剂和泡沫稳定剂，搅拌均匀后得到发泡白料，将发泡白料与发泡黑料倒入喷涂机的料筒中，得到混合发泡料浆；
2)将软质聚酰亚胺泡沫废料剪裁成块体，将剪裁后的泡沫废料块体均匀单层铺满定型模具底部，作为第一层泡沫废料块体；
3)使用喷涂机向第一层泡沫废料块体表面喷涂1-2mm厚的混合发泡料浆，在混合发泡料浆的表面迅速叠加第二层泡沫废料块体，再向第二层泡沫废料块体表面喷涂混合发泡料浆，重复此操作步骤直至泡沫废料块体全部铺完，最后向顶部泡沫废料块体表面喷涂1-2mm厚的混合发泡料浆；
4)将定型模具进行机械振荡使泡沫废料块体进一步分布均匀，闭模并移入烘箱中加热定型，混合发泡料浆发泡，使泡沫废料块体进一步粘接并实现发泡料浆的酰亚胺化，泡沫废料块体总体积与定型模具的体积比为(0.8--0.9)：1，待定型模具室温冷却后脱模得到成品板材。
2.根据权利要求1所述的利用软质泡沫废料制作聚酰亚胺隔热吸声板的方法，其特征在于：步骤1)中多元酸酐、极性溶剂、脂肪醇、表面活性剂、催化剂和泡沫稳定剂之间的质量比为(15-50)：(25-80)：(1-4)：(2-6)：(1-4)：(2-6)。
3.根据权利要求1所述的利用软质泡沫废料制作聚酰亚胺隔热吸声板的方法，其特征在于：步骤1)中，所述多元酸酐为3,3',4,4'-二苯甲酮四羧基二酐、3,3',4,4'-联苯基四羧基二酐、3,3',4,4'-联苯基砜四羧基二酐、3,3',4,4'-二苯醚四酸酐、均苯四酸二酐、顺丁烯二酸酐、丁二酸酐、苯六甲酸三酐和三偏苯三酸酐-1,3,5-苯三酯中的一种或多种的混合物。
4.根据权利要求1所述的利用软质泡沫废料制作聚酰亚胺隔热吸声板的方法，其特征在于：步骤1)中，所述发泡黑料为多苯基多亚甲基多异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或多种的混合物。
5.根据权利要求1所述的利用软质泡沫废料制作聚酰亚胺隔热吸声板的方法，其特征在于：步骤1)中，所述喷涂机在喷涂前预先接通加热器电源并设定料筒温度为10-35℃。
6.根据权利要求1所述的利用软质泡沫废料制作聚酰亚胺隔热吸声板的方法，其特征在于：步骤1)中，所述发泡白料和发泡黑料之间的质量比为1：(0.2-0.6)。
7.根据权利要求1所述的利用软质泡沫废料制作聚酰亚胺隔热吸声板的方法，其特征在于：在步骤2)中，所述软质聚酰亚胺泡沫废料密度为4-100kg/m3。
8.根据权利要求1所述的利用软质泡沫废料制作聚酰亚胺隔热吸声板的方法，其特征在于：步骤2)中，将软质聚酰亚胺泡沫废料剪裁成边长为1--3cm的块体。
9.一种聚酰亚胺隔热吸声板，其特征在于：其是根据权利要求1-8中任一项所述的利用软质泡沫废料制作聚酰亚胺隔热吸声板的方法制备而成的产品。
10.根据权利要求9所述的一种聚酰亚胺隔热吸声板，其特征在于：所述聚酰亚胺隔热吸声板产品的表观密度为10-200kg/m3，导热系数为0.026-0.050W/(m·K)，平均吸声系数为0.6-0.9，极限氧指数36-45％，最大烟气比光密度值3-15，耐燃性V-0级；长期应用温域为零下150℃至零上300℃。
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