[发明专利]一种异氰酸酯基聚酰亚胺硬质泡沫的制备方法

说明书

本发明公开了一种异氰酸酯基聚酰亚胺硬质泡沫材料的制备方法，以芳香二酐和异氰酸酯为主要原料合成。其制备工艺主要包括：预聚体的制备、发泡过程及高温后处理的控制工艺。通过调节有机锡类催化剂和胺类催化剂的配比得到不同结构与性能的泡沫材料。与其它聚酰亚胺泡沫相比，本发明所得泡沫制造成本低廉，制备工艺简单，设备要求宽松，不但具有良好的力学性能，并且表现出优异的热稳定性和阻燃性能，极限氧指数高达49.2％。本发明采用去离子水为发泡剂，通过机械搅拌发泡制得聚酰亚胺泡沫，制备过程不产生有害气体，适合于工业化连续生产，得到的终端产品有望在耐高温隔热材料及阻燃材料等方面大规模应用，具有广阔的应用前景和巨大的商业价值。

技术领域

本发明涉及一种异氰酸酯基聚酰亚胺硬质泡沫的制备方法，属于高分子泡沫材料领域，也属于高性能材料领域。

背景技术

聚酰亚胺(PI)泡沫材料是聚合物泡沫塑料中热稳定性最好的材料之一，具有优异的自阻燃性能和良好的力学性能，可作为结构材料使用。但其生产工艺较难控制，不易加工制造，生产成本高，主要应用于航空航天、电子工业等高科技领域，大大限制了其广泛应用。异氰酸酯基聚酰亚胺泡沫材料制备工艺简单，设备要求宽松，制造成本低，近年来受到关注。然而，聚酰亚胺的生成反应是一个复杂的化学反应体系，伴随着多种反应的发生，制备工艺的控制无疑是最为关键和重要的。合适的制备工艺不但可以得到具有优异性能的PI泡沫，而且可以节约成本，实现生产最大化。催化剂的类型和配比在PI泡沫的制备过程中起着重要的作用，它不仅控制着链增长反应(二酐与异氰酸酯)与发泡反应(异氰酸酯与水)之间的平衡，而且影响着体系的发泡时间与固化时间，进而影响制品的性能。

在现有的聚酰亚胺合成技术中，制备聚酰亚胺泡沫的方法主要是一步法和粉末法。一步法是将所需原料依次加入，反应直接得到最终产品；粉末法是首先将所需原料合成前驱体粉末，后将粉末填入模具中加热发泡得到最终产品。存在如下缺陷：不同类型的催化剂同时加入，链增长反应与发泡反应同时发生，泡沫结构不易控制。因而，聚酰亚胺泡沫制备工艺的优化以及对其结构与性能的调控成为重要的研究方向。

为解决现有技术中存在的问题，本发明需要提供一种异氰酸酯基聚酰亚胺硬质泡沫的制备方法，通过对现有制备工艺的优化与调控，能够得到不同结构与性能的PI泡沫，并实现拓宽其应用领域的技术效果。

发明内容

本发明公开了一种异氰酸酯基聚酰亚胺硬质泡沫的制备方法，能够得到具有优异结构和性能的PI泡沫。

一种异氰酸酯基聚酰亚胺硬质泡沫的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将芳香二酐与醇类按照官能团摩尔比1∶1加入极性溶剂中反应至澄清，后逐渐升温，在升温过程中加入与芳香二酐官能团摩尔比为1∶1的异氰酸酯，并加入有机锡类催化剂，在80℃～95℃条件下反应4～6小时，得到预聚体溶液并降温至室温，依次加入异氰酸酯和胺类催化剂搅拌2～4分钟，后加入泡沫稳定剂和去离子水高速搅拌10～30秒自由发泡，制得泡沫中间体，最后将泡沫中间体置于真空干燥箱内于160～220℃阶梯升温处理4～6小时，得到聚酰亚胺硬质泡沫。

优选的，所述芳香二酐包括均苯四酸二酐、3，3’，4，4’-二苯甲酮四酸二酐、3，3’，4，4’-二苯甲醚四酸二酐、2，2-双(3，4-苯二甲酸酐)六氟丙烷或1，3-双(3，4-苯二甲酸酐)六氟丙烷中的一种或多种。

优选的，所述异氰酸酯包括多苯基多亚甲基多异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、二苯基甲烷-4，4’-二异氰酸酯、1，5-二异氰酸萘或二甲基联苯二异氰酸酯中的一种或多种。

优选的，所述醇类包括甲醇、乙醇或乙二醇中的一种或多种。

优选的，所述极性溶剂包括四氢呋喃、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。

优选的，所述的有机锡类催化剂包括二乙酸二丁基锡、二丁基二月桂酸锡或辛酸亚锡中的一种或多种。