RU2813748C1 - Способ получения термостойкого конструкционного полиимидного пенопласта на основе (мет)акриловых мономеров - Google Patents

Способ получения термостойкого конструкционного полиимидного пенопласта на основе (мет)акриловых мономеров Download PDF

Info

Publication number
RU2813748C1
RU2813748C1 RU2023108656A RU2023108656A RU2813748C1 RU 2813748 C1 RU2813748 C1 RU 2813748C1 RU 2023108656 A RU2023108656 A RU 2023108656A RU 2023108656 A RU2023108656 A RU 2023108656A RU 2813748 C1 RU2813748 C1 RU 2813748C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hours
foaming
methacrylic acid
foam
polyimide foam
Prior art date
Application number
RU2023108656A
Other languages
English (en)
Inventor
Надежда Юрьевна Ладилова
Антон Николаевич Сафонов
Павел Владимирович Корниенко
Константин Викторович Ширшин
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-исследовательский институт химии и технологии полимеров имени академика В.А. Каргина с опытным заводом" (АО "НИИ полимеров")
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-исследовательский институт химии и технологии полимеров имени академика В.А. Каргина с опытным заводом" (АО "НИИ полимеров") filed Critical Акционерное общество "Научно-исследовательский институт химии и технологии полимеров имени академика В.А. Каргина с опытным заводом" (АО "НИИ полимеров")
Application granted granted Critical
Publication of RU2813748C1 publication Critical patent/RU2813748C1/ru

Links

Abstract

Изобретение относится к получению полиимидных пенопластов. Предложен способ получения термостойкого конструкционного полиимидного пенопласта, обладающего кажущейся плотностью 35 - 200 кг/м3 и напряжением при 10%-ной деформации сжатия 0,3-3,0 МПа, путём блочной сополимеризации акрилонитрила с метакриловой кислотой в присутствии вспенивающих добавок, системы инициаторов и сшивающих агентов при 30°C в течение 25-150 часов, с последующей дополимеризацией полученного форполимера при 100°C в течение 6-12 часов и его вспениванием при температуре 185-195°C в течение 3-8 часов. Технический результат – высокие показатели физико-механических характеристик в широком интервале плотностей полиимидного пенопласта. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 8 пр.

Description

Изобретение относится к химии и технологии полимеров, а именно к способу получения полиимидных пенопластов с комплексом термомеханических и прочностных характеристик, таких как, высокая прочность, жесткость, сопротивление ползучести, теплостойкость, высокая температура тепловой деформации и низкая теплопроводность. Закрыто ячеистые полиимидные пено-пласты выдерживают постоянное или циклическое воздействие отрицательного или положительного избыточного давления. Вспененные полиимидные материалы нашли широкое применение в производстве высококачественных облегченных сэндвич-конструкций, лопастей и других деталей для авиационной, морской и ветроэнергетической промышленности.
Технология получения полиметакрилимидных пенопластов осуществляют по двухстадийной схеме. На первой стадии реакционную смесь, состоящую из мономеров и функциональных добавок, таких как инициаторы, вспенивающие и сшивающие агенты, и других добавок, заливают в формы из силикатного стекла и проводят синтез пенообразующей заготовки методом блочной сополимеризации метакрилонитрила с метакриловой кислотой. На второй стадии полученную заготовку подвергают термической обработке. При этом в полимерной матрице за счет реакции циклизации между карбоксильными и нитрильными группами сополимера происходит образование имидных фрагментов и формирование ячеистой структуры материала за счет действия вспенивающих агентов.
Выбор в пользу применения мономерной пары метакрилонитрил - метакриловая кислота в промышленном производстве полиимидных пенопластов объясняется близкими значениями коэффициентов активностей двух мономеров в реакции блочной сополимеризации, что позволяет получать сополимеры со статистическим распределением звеньев в сополимере. Дальнейшее вспенивание таких сополимеров приводит к формированию вспененного материала с необходимым набором физико-механических показателей.
Известен двухступенчатый способ получения полиметакрилимидных вспененных материалов (патент WO 03/020804, опубл. 13.03.2003 г) сополимеризацией в массе при 40°С в течение 68 часов мономерной смеси, состоящей из мономеров (метакриловая кислота, метакрилонитрил), системы пенообразователей, инициаторов и других функциональных добавок. Полученный полимер подвергался дополнительной термической обработке с нагревом от 32°С до 115°С в течение 32 часов для окончательной полимеризации. Последующий процесс получения пенопласта из полимерной заготовки осуществлялся с использованием стадии предварительного нагрева заготовки при температуре 140-180°С в течение 1,25-2 ч и ее вспенивания при нагреве до 205-220°С в течение 2 ч 25 мин. Заявленный способ получения полиметакрилимидных пенопластов обеспечивает получение материалов с кажущейся плотностью 168-238 кг/м3 и относительной деформацией сжатия 1,3-12,7% (при температуре 180°С и нагрузке 0,35 МПа, время проведения испытания 2 часа).
Известно, что метакрилонитрил является продуктом малотоннажной химии. Поэтому с экономической точки зрения в качестве нитрильного компонента для промышленного производства целесообразнее применение акрило-нитрила - продукта крупнотоннажной химии. Однако получение пенопластов на основе «блочного» сополимера акрилонитрила с метакриловой кислотой не нашло широкого применения, так как при замене метакрилонитрила на акрило-нитрил процесс сополимеризации часто протекает неуправляемо, с большим тепловыделением, что приводит к образованию неоднородностей полимерной матрицы. Это связано с большой разницей в значениях коэффициентов активностей мономеров и образованием, из-за этого, сополимеров с ярко выраженной микроблочностью. При вспенивании сополимеров такой структуры не удается получить пенопласты с равномерным распределением физико-механических характеристик по всему листу полимера. Подбор условий сополимеризации акрилонитрила и метакриловой кислоты остается актуальной задачей, решение которой позволит регулировать процесс их сополимеризации и сведет к минимуму нежелательную неоднородность (микроблочность) пенопласта.
Перед авторами изобретения стояла задача в разработке способа получения полиметакрилимидного пенопласта на основе сополимера акрилонитрила и метакриловой кислоты по физико-механическим свойствам не уступающий вспененному материалу на основе метакрилонитрила и метакриловой кислоты.
Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому изобретению является патент Китая 1903899, опубликованный 31.01.2007 г. Полимерную заготовку получают сополимеризацией в массе в течение 24-72 часов 58-38 частей акрилонитрила, 42-62 частей метакриловой кислоты, 2-8 частей газообразователя (формамид, пропиленгликоль, пентанол или гексанол), 0,18-0,4 частей азобисизобутиронитрила, 1,3-3,5 частей сшивающего агента, 0,3-1,3 частей нуклеатора, 0,02-0,35 частей компонента контроля плотности и 0,01-0,1 частей регулятора молекулярной массы при 40-60°С.Полученный лист сополимера вспенивают в потоке горячего воздуха при температуре 180-200°С. Полученный пенополимер подвергают термообработке при температуре от 140 до 180°С в течение 6-12 часов.
Основным недостатком данного изобретения является использование в качестве вспенивающего агента индивидуальных веществ, что приводит к риску возникновения анизотропной ячеистой структуры, дефектов полимерной матрицы и тем самым получению пенопласта с низкими физико-механическим показателями. Также по заявленному способу возможно получение пенопластов только в узком интервале плотностей от 32 до 75 кг/м3.
Целью предлагаемого изобретения является получение термостойких конструкционных полиимидных пенопластов с кажущейся плотностью 35 - 200 кг/м3 и напряжением при 10%-ной деформации сжатия 0,3 - 3,0 МПа на основе сополимеров акрилонитрила с метакриловой кислотой.
Для достижения поставленной цели в заявляемом нами способе получения полиимидного пенопласта, включающем сополимеризацию мономеров с функциональными добавками и вспенивание полимерной заготовки, синтез проводят в две стадии. На первой стадии получают форполимер методом блочной сополимеризации (38-42) масс, ч акрилонитрила с (61-65) масс, ч метакриловой кислотой в присутствии вспенивающих добавок (7-9 масс, ч метилформамида и 5-7 масс, ч третбутилового спирта), системы инициаторов и сшивающих агентов при 30°С в течение 25-150 часов до конверсии мономеров 70-90% масс, после чего термообработкой форполимера при 100°С за 6-12 часов дополимеризовывают остаточные мономеры. На второй стадии полученный полиакрилимидный лист постепенно нагревают до температуры 185-195°С в течение 2 часов, после чего вспенивают заготовку в течение 3-8 часов. Заявленный способ обеспечивает получение вспененных материалов с кажущейся плотностью 35 - 200 кг/м и напряжением при 10%-ной деформации сжатия 0,3 - 3,0 МПа (см. примеры №1-8). Данные условия получения пенопласта обеспечивают достижение высоких показателей его физико-механических характеристик в широком интервале плотностей.
Заявленный результат изобретения достигается за счет использования смеси вспенивающих агентов на основе N-замещенного амида и алифатического спирта в соотношении 1,3-1,4 в количестве 11-13% от общей массы мономеров при сополимеризации акрилонитрила с метакриловой кислотой. Введение метилформамида и трет-бутилового спирта в мономерную смесь приводит к изменению относительной активности метакриловой кислоты и, как следствие, к заметному изменению микроструктуры полимерной заготовки, способной к формированию вспененных материалов без дефектов (см. примеры №1-8). Увеличение содержания спирта по отношению к амиду, а также использование только спирта приводит к получению пенопласта низкой плотности с анизотропной ячеистой структурой и дефектами полимерной матрицы (внутренние разрывы, трещины), что делает невозможным оценку его физико-механических характеристик (см. пример №13, 14). Использование в качестве вспенивающего агента только амида позволяет получить вспененный материал с анизотропной ячеистой структурой, но с низкими физико-механическими характеристиками (см. пример №12). Проведение синтеза за пределами заявленных концентрационных соотношений исходных мономеров и несоблюдение температурных режимов на стадии вспенивания не обеспечивает получение вспененных материалов с заданными физико-механическими характеристиками (см. примеры №9-11, 15, 16).
Заявленный способ получения полиимидных пенопластов на основе метакриловой кислоты и акрилонитрила, по сравнению со способом, заявленном в прототипе, обеспечивает получение термостойких конструкционных полиимидных пенопластов с высокими физико-механическими характеристиками в широком интервале плотностей от 35 до 200 кг/м3, что позволяет внедрить данную технологию в сегмент производства отечественных вспененных материалов.
Термостойкие конструкционные полиимидные пенопласты на основе сополимеров акрилонитрила с метакриловой кислотой, разработанные по заявленному способу их получения, зарегистрированы под торговой маркой «Ак-римид» (АО «НИИ полимеров»).
Сущность изобретения иллюстрируется нижеприведенными примерами.
Пример №1
Полимеризационную смесь, содержащую 38 масс.ч акрилонитрила, 61,0 масс.ч метакриловой кислоты, 7,0 масс.ч метилформамида, 5,0 масс.ч третбути-лового спирта, 0,06 масс.ч ди(4-трет-бутил-циклогексил)пероксидикарбоната, 0,06 масс.ч пероксида бензоила перемешивают до полного растворения твердых компонентов при температуре 20±2°С. Затем готовую смесь через фильтрующий материал заливают в форму, собранную из двух листов силикатного стекла с зазором из прокладочного материала. Залитую форму опускают в термостат (теплоноситель - вода) и проводят полимеризацию при 30°С в течение 30 ч. Полученный полимер подвергают дополнительной термической обработке с нагревом от 30°С до 100°С в течение 8 часов для окончательной полимеризации. По окончании режима дополимеризации производят разъемку формы, извлеченный форполимер помещают в термокамеру. Процесс получения вспененного полиимидного материала осуществляют при ступенчатом температурном режиме, при котором заготовку постепенно нагревают до температуры вспенивания (195°С) в течение 2 часов с последующей выдержкой в течение 3 часов. Получают светло-желтый пенопласт без видимых дефектов. Физико-механические характеристики вспененного полиакрилимидного пенопласта: кажущаяся плотность - 35 кг/м, напряжение при 10% деформации сжатия - 0,3 МПа.
Примеры №2-8
Способ получения вспененного полиимидного пенопласта на основе сополимеров акрилонитрила с метакриловой кислотой проводят по примеру №1. Концентрационные и температурно-временные параметры стадий синтеза и свойства вспененного материала представлены в таблице 1.
Примеры №9-16
Способ получения вспененного полиимидного пенопласта на основе сополимеров акрилонитрила с метакриловой кислотой проводят по примеру №1, только меняются условия осуществления реакции синтеза за пределами заявляемых. Концентрационные и температурно-временные параметры стадий синтеза и свойства вспененного материала представлены в таблице 1.

Claims (3)

1. Способ получения термостойкого конструкционного полиимидного пенопласта на основе (мет)акриловых мономеров с кажущейся плотностью 35 - 200 кг/м3 и напряжением при 10%-ной деформации сжатия 0,3-3,0 МПа отличающийся тем, что включает блочную сополимеризацию акрилонитрила с метакриловой кислотой в присутствии вспенивающих добавок, системы инициаторов и сшивающих агентов при 30°C в течение 25-150 часов, последующую дополимеризацию полученного форполимера при 100°C в течение 6-12 часов и его вспенивание при температуре 185-195°C в течение 3-8 часов.
2. Способ получения по п. 1, отличающийся тем, что форполимер получают в присутствии смеси метилформамида и третбутилового спирта в качестве вспенивающих добавок.
3. Способ получения по п. 1, отличающийся тем, что смесь вспенивающих агентов используется в количестве 11-13% от общей массы мономеров.
RU2023108656A 2023-04-05 Способ получения термостойкого конструкционного полиимидного пенопласта на основе (мет)акриловых мономеров RU2813748C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2813748C1 true RU2813748C1 (ru) 2024-02-16

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10350971A1 (de) * 2003-10-30 2005-06-02 Röhm GmbH & Co. KG Wärmeformbeständige Polymethacrylimid-Schaumstoffe mit feinen Poren
CN1903899A (zh) * 2005-07-28 2007-01-31 西北工业大学 一种maa/an共聚物泡沫塑料及其制备方法
DE102011002905A1 (de) * 2011-01-20 2012-07-26 Evonik Röhm Gmbh Polyacrylimid-Schaumstoffe mit reduziertem Gehalt an Restmonomeren, sowie Verfahren zur Herstellung
RU2591963C2 (ru) * 2010-08-31 2016-07-20 Эвоник Рем ГмбХ Полиметакрилимидные (pmi) пенопласты с улучшенными механическими свойствами, в частности с повышенным удлинением при разрыве

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10350971A1 (de) * 2003-10-30 2005-06-02 Röhm GmbH & Co. KG Wärmeformbeständige Polymethacrylimid-Schaumstoffe mit feinen Poren
CN1903899A (zh) * 2005-07-28 2007-01-31 西北工业大学 一种maa/an共聚物泡沫塑料及其制备方法
RU2591963C2 (ru) * 2010-08-31 2016-07-20 Эвоник Рем ГмбХ Полиметакрилимидные (pmi) пенопласты с улучшенными механическими свойствами, в частности с повышенным удлинением при разрыве
DE102011002905A1 (de) * 2011-01-20 2012-07-26 Evonik Röhm Gmbh Polyacrylimid-Schaumstoffe mit reduziertem Gehalt an Restmonomeren, sowie Verfahren zur Herstellung

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Ширшин К. В. и др. Особенности получения наполненных вспененных композитов на основе поли (мет) акрилимидов. Пластические массы. 2020, No 3-4, 15-18 с. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2471281C (en) Method for producing polymethacrylimide foams
CN101812232A (zh) 一种聚酰亚胺泡沫塑料及其制备方法
JP7428716B2 (ja) 発泡材料を製造するための新規の発泡法
RU2813748C1 (ru) Способ получения термостойкого конструкционного полиимидного пенопласта на основе (мет)акриловых мономеров
CA3126410A1 (en) Foaming of blowing agent containing polymers through the use of microwaves
CN105085767A (zh) 一种聚丙烯酰亚胺类泡沫材料及其制备方法和应用
CN115746485A (zh) 一种聚丙烯酰亚胺类泡沫材料及其制备方法
CN110317288A (zh) 一种聚甲基丙烯酰亚胺泡沫及其制备方法
EP0433391B1 (en) Compositions and process for producing foam plastics
Cui et al. Hydrophobic association hydrogels based on N-acryloyl-alanine and stearyl acrylate using gelatin as emulsifier
CN114874483A (zh) 一种pmi泡沫材料及其制备方法和应用
US20090200711A1 (en) Core/Shell Polymer and Fluoropolymer Blending Blow Molding and Blown Film Process
CN112708258B (zh) 一种聚甲基丙烯酰亚胺泡沫、其制备方法及应用
CN114854009B (zh) 一种聚酰亚胺泡沫及其制备方法
CN116425919B (zh) 聚(甲基)丙烯酰亚胺泡沫材料及其制备方法
RU2707601C1 (ru) Способ получения газонаполненных полиакрилимидов
CN109467637B (zh) 一种耐热型模内发泡的丙烯酸酯泡沫
Kornienko et al. The production of polyimide foam materials based on acrylonitrile and (meth) acrylic acid
RU2809086C2 (ru) Вспенивание содержащих вспенивающий агент полимеров путем применения микроволнового излучения
CN115651339A (zh) 一种利用二元醇的pmi发泡方法
Shandilya et al. Effect of sintering on processability vis‐a‐vis microcellular foaming of ultrahigh molecular weight polyethylene
You et al. Fabrication of Emulsion-Templated Open-Cell Polymethacrylimide Foam
Jinyan et al. Flame retardant polymethacrylimide foam materials
CN111440403A (zh) 一种适用于复杂结构件热成型的聚甲基酰亚胺泡沫
US4939019A (en) Compositions and process for producing foam plastics