[发明专利]利用超临界CO2制备聚醚酮-改性纳米二氧化硅发泡材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用超临界CO₂制备聚醚酮-改性纳米二氧化硅发泡材料的方法，属于材料领域。

背景技术

聚醚酮（PPEK）是一种含二氮杂萘酮联苯结构的新型高性能工程塑料，耐高温、综合性能优异，是目前国际上耐温等级高的可溶性树脂（Tg=263℃）。PPEK分子将刚性的苯环、杂萘联苯基团通过醚键、酮基连接起来，二氮杂萘酮结构的引入，一方面增大分子链间的空间位阻，另一方面，使分子主链发生扭曲，因此具有很好的耐热性及较高的玻璃化转变温度由于不含内酯基结构，克服了PEEK的缺点，目前已在高性能树脂基复合材料、耐高温涂料、绝缘漆和漆包线、耐高温分离膜及燃料电池等领域应用，显示出优异的综合性能，广泛应用于航天航空、电子电气、精密机械、快速轨道交通、石油化工、环境工程等领域中，形成了一个独具特色且具有广泛发展应用前景的高性能聚合物体系。但是纯PPEK尚无法满足应用中的一些苛刻要求，如轻质、高强、长时间耐高温等特点，由此制备耐高温发泡材料对于满足军事、能源、航天、工业等高端技术领域的迫切需求具有重大的意义。

在实际生产过程中，微孔塑料总是较难成型，所以有研究人员在基体树脂中加入成核剂来探究其对成核产生的影响。J.s.colton和N.P.suh在经典成核理论的基础上研究了加入成核剂的泡沫塑料的成核机理，提出成核剂的加入可在一定程度上增加气泡核的数量的结论。由于成核剂尺寸较小，表面积较大，成核剂的加入虽不能改变泡孔的微观形貌，但是会在聚合物中形成大量的成核点，诱导异相成核。但是，对于成核剂在聚合物中成核作用机理没有完全研究透彻，且部分成核剂在聚合物基体树脂中分散性不好，从而导致产生的泡孔分布严重不均匀，如何解决上述问题以改善微孔塑料加工工艺条件，实现微孔发泡塑料的工业化具有非常深远的意义。

国外在20世纪60年代就有关于耐高温材料的研究，美国ICI公司分别于70年代初和80年代初成功开发特种工程塑料聚醚砜（PES）和聚醚醚酮（PEEK），随后又出现一系列的高性能树脂如PPEK等，主要用于军事领域，但有关此类树脂的发泡研究未见报道。

国内对于耐高温发泡材料的研究近年来才开始，目前研究主要有酚醛泡沫、脲醛泡沫、聚酰亚胺泡沫塑料等，像酚醛泡沫和脲醛泡沫会存在自身结构不规整，吸水率较高，脆性大等缺陷，因此很难满足使用时一些特殊的要求，有关聚酰亚胺泡沫塑料的研究，目前比较好的是PMI泡沫塑料，国产的PMI的一些性能已达Rohacell的水平，但主要的耐高温结构材料和透波材料还是从德国进口，价格昂贵。国内现已研发出一系列含二氮杂萘酮结构的新型高性能工程树脂，既耐高温又可溶解。

纳米二氧化硅是一种尺寸粒径在纳米级的材料，具有很高的比表面积，是非常好的成核剂，利用其改善泡孔形态是一种很有效的方法，且技术相对成熟，改性纳米二氧化硅上的特殊基团可以与基体树脂发生作用，促进异相成核。但是目前国内关于聚醚酮发泡材料制备的专利技术研究中，还没有关于改性纳米二氧化硅充当成核剂制备PPEK发泡材料的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用超临界CO₂制备PPEK/改性纳米二氧化硅发泡材料的方法，其优点是发泡工艺简单，所得发泡材料泡孔具有较均一的泡孔尺寸，泡孔密度较大。

本发明基体树脂选用PPEK，采用超临界流体CO₂作为物理发泡剂，改性纳米二氧化硅作为成核剂，从而得到耐高温PPEK发泡材料。

超临界CO₂具有无毒、无污染、化学性质稳定、环境使用安全等优点，且在31.1℃，7.39MPa时，可达到临界状态。由于超临界CO₂有很强的渗透力和溶解力，因此可以作为发泡剂应用于发泡材料的制备，除此之外，超临界CO₂本身对聚合物有很好的增塑作用，而且可以通过调节超临界CO₂的压力的大小来调节泡孔的大小和表面性质，所以超临界CO₂是一种理想的物理发泡剂。

改性纳米二氧化硅在发泡过程中可以促进泡核的异相成核，有效提高泡孔密度，减小泡孔尺寸。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现：

一种利用超临界CO₂制备PPEK-改性纳米二氧化硅发泡材料的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：PPEK-改性纳米二氧化硅片材的制备