CN102850486A - 一种大孔径聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大孔径聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料及其制备方法。该大孔径聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料包括以下原料：甲基丙烯酸40-60份，丙烯腈40-60份，第三单体5-20份，增稠剂1-30份，引发剂0.05-0.6份，发泡剂 1-18份，交联剂1-12份，密度控制剂0.1-3份，成核剂0.3-18份；通过一步法直接共聚得到甲基丙烯酸/丙烯腈的共聚板，再经过高温发泡和热处理制得聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料。本发明制备的PMI泡沫孔径相对较大，可与蒙皮形成相对牢固的结合，可应用于一些对于复合材料的剥离强度要求高的场合。
Description
技术领域
本发明涉及一种大孔径聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料及其制备方法。
背景技术
聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）泡沫塑料是一种泡孔为100%闭孔结构，质轻的硬质泡沫塑料，其均匀交联的孔壁结以及孔壁上理想的物料分布使其具有突出的结构稳定性和优异的力学性能，热变形温度高达180-250℃,是目前耐热性最好的刚性结构泡沫塑料。
由于PMI 泡沫属于闭孔结构泡沫，作为树脂基复合材料的夹芯材料，十分适用树脂传递模塑（RTM）或真空辅助 RTM 成型（VARTM）等树脂注射工艺来制备夹层结构复合材料（DE-C2726260，DE-C2822885，DE-A3304882，US Pat.4316934）。对于一般的应用场合，如风电，船舶，高速列车等的应用场合对泡沫的孔径要求不高；对于一些对于复合材料的剥离强度要求高的场合，需要相对大孔径的泡沫与蒙皮形成相对牢固的结合。
发明内容
本发明的目的是为了满足对复合材料的剥离强度的要求，提供了一种大孔径聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明公开了一种大孔径聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料，由以下重量配比的原料制备而成：
甲基丙烯酸 40-60份，
丙烯腈 40-60份，
第三单体 5-20份，
增稠剂 1-30份，
引发剂 0.05-0.6份，
发泡剂 1-18份，
交联剂 1-12份，
密度控制剂 0.1-3份，
成核剂 0.3-18份；
其中引发剂包括过氧类自由基引发剂和偶氮类自由基引发剂，优选过氧化辛酸叔丁酯、偶氮二异丁腈和过苯甲酸叔丁酯的复配，且三者的最佳复配比例为5:1:2。发泡剂为尿素、异丙醇或异丁醇中的一种或多种，优选尿素和异丙醇的复配，且两者的最佳复配比例为1：1。
增稠剂为气相SiO2、有机膨润土、硅藻土、甲基纤维素、明胶中一种或几种，优选气相SiO2比表面积为50-250m2/g。且气相SiO2或其他增稠剂的用量为甲基丙烯酸与丙烯腈总重量的1-30wt%。
第三单体为含有双键的丙烯酰胺类或丙烯酸烷基酯类，如丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯中的一种或几种。
交联剂为丙烯酸烯丙酯、甲基丙烯酸烯丙酯、氧化镁或二甲基丙烯酸乙二醇酯。
成核剂为甲基丙烯酸叔丁酯、N-甲基甲酰胺或甲基丙烯酸异丁酯。
密度控制剂优选马来酰亚胺。
本发明还提供了上述大孔径聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料的制备方法，该方法以甲基丙烯酸、丙烯腈和第三单体为原料，通过加入气相SiO2或各种增稠剂，同时加入引发剂、发泡剂、交联剂、密度控制剂以及成核剂一步法直接共聚得到甲基丙烯酸/丙烯腈的共聚板，再经过高温发泡和热处理制得聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料，具体包括以下步骤：
（1）混合溶液制备：将原料甲基丙烯酸、丙烯腈、第三单体、增稠剂混合，然后加入引发剂、发泡剂、交联剂、密度控制剂、成核剂混合均匀，备用；
（2）共聚板制备：将步骤（1）制备的混合溶液注入由橡胶条密封好的两块平行玻璃内，在30℃-70℃下聚合反应10-70小时，形成甲基丙烯酸/丙烯腈共聚板；
（3）发泡：将步骤（2）制备的共聚板在80℃-180℃下预热2-10小时，然后在180℃-230℃下发泡10min-200min；
（4）热处理：将步骤（3）经发泡后的共聚板在100℃-200℃条件下热处理1-5小时，即得到所述大孔径聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料。
本发明通过改变发泡剂和引发剂的种类，从而控制制得的聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料的孔径大小；利用多种引发剂复配，以及物理和化学两种发泡剂复配，通过物理发泡剂形成小孔径，结合化学发泡剂如尿素在高温下分解进一步扩大泡沫孔径，能够更好的控制形成的孔径大小，最终制得的PMI泡沫平均孔径在1600μm左右。本发明制备的泡沫孔径相对较大，可与蒙皮形成相对牢固的结合，可应用于一些对于复合材料的剥离强度要求高的场合。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明大孔径聚甲基丙烯酰亚胺进行详细说明。
实施例1
一种大孔径聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料的配方如下：
| 甲基丙烯酸 | 50 |
| 丙烯腈 | 50 |
| 甲基丙烯酰胺 | 8 |
| 气相SiO2 | 10 |
| 过氧化辛酸叔丁酯 | 0.25 |
| 偶氮二异丁腈 | 0.05 |
| 过苯甲酸叔丁酯 | 0.1 |
| 异丙醇 | 8 |
| 尿素 | 8 |
| 甲基丙烯酸烯丙酯 | 5 |
| 马来酰亚胺 | 2.2 |
| 甲基丙烯酸叔丁酯 | 4 |
制备方法步骤如下：
（1）混合溶液制备：将甲基丙烯酸、丙烯腈、甲基丙烯酰胺和气相SiO2混合，然后加入过氧化辛酸叔丁酯、偶氮二异丁腈、过苯甲酸叔丁酯、异丙醇、尿素、甲基丙烯酸烯丙酯、马来酰亚胺和甲基丙烯酸叔丁酯按照如上配方混合均匀。
（2）共聚板制备：将步骤（1）所得混合溶液注入由橡胶条密封好的两块平行玻璃内，在45℃水浴温度条件下聚合反应50小时形成甲基丙烯酸/丙烯腈共聚板。
（3）发泡：将共聚板放置140-150℃条件下预热5小时，再经200℃条件下发泡50min。
（4）热处理：将发泡后的共聚板在170℃条件下热处理2小时，即得到聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料。
本实施例制得的聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料的平均孔径为1600μm，为大孔型的PMI泡沫，可应用于对表面剥离强度要求高的场合。
实施例2
一种大孔径聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料的配方如下：
| 甲基丙烯酸 | 40 |
| 丙烯腈 | 40 |
| 丙烯酸甲酯 | 5 |
| 硅藻土 | 2 |
| 过氧化辛酸叔丁酯 | 0.05 |
| 偶氮二异丁腈 | 0.05 |
| 尿素 | 2 |
| 氧化镁 | 1 |
| 马来酰亚胺 | 0.2 |
| 甲基丙烯酸异丁酯 | 0.4 |
制备方法步骤如下：
（1）混合溶液制备：将甲基丙烯酸、丙烯腈、丙烯酸甲酯和硅藻土混合，然后加入过氧化辛酸叔丁酯、偶氮二异丁腈、尿素、氧化镁、马来酰亚胺和甲基丙烯酸异丁酯按照如上配方混合均匀。
（2）共聚板制备：将步骤（1）所得混合溶液注入由橡胶条密封好的两块平行玻璃内，在30℃水浴温度条件下聚合反应10小时形成甲基丙烯酸/丙烯腈共聚板。
（3）发泡：将共聚板放置80-90℃条件下预热8小时，再经180℃条件下发泡10min。
（4）热处理：将发泡后的共聚板在100℃条件下热处理5小时，即得到聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料。
本实施例制得的聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料的平均孔径为1540μm，为大孔型的PMI泡沫，可应用于对表面剥离强度要求高的场合。
实施例3
一种大孔径聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料的配方如下：
| 甲基丙烯酸 | 60 |
| 丙烯腈 | 60 |
| 丙烯酰胺 | 20 |
| 气相SiO2 | 30 |
| 过氧化辛酸叔丁酯 | 0.35 |
| 偶氮二异丁腈 | 0.05 |
| 过苯甲酸叔丁酯 | 0.2 |
| 异丁醇 | 9 |
| 尿素 | 8 |
| 甲基丙烯酸烯丙酯 | 12 |
| 马来酰亚胺 | 3 |
| 甲基丙烯酸叔丁酯 | 16 |
制备方法步骤如下：
（1）混合溶液制备：将甲基丙烯酸、丙烯腈、丙烯酰胺和气相SiO2混合，然后加入过氧化辛酸叔丁酯、偶氮二异丁腈、过苯甲酸叔丁酯、异丁醇、尿素、甲基丙烯酸烯丙酯、马来酰亚胺和甲基丙烯酸叔丁酯按照如上配方混合均匀。
（2）共聚板制备：将步骤（1）所得混合溶液注入由橡胶条密封好的两块平行玻璃内，在70℃水浴温度条件下聚合反应10小时形成甲基丙烯酸/丙烯腈共聚板。
（3）发泡：将共聚板放置170-180℃条件下预热2小时，再经230℃条件下发泡10min。
（4）热处理：将发泡后的共聚板在200℃条件下热处理1小时，即得到聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料。
本实施例制得的聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料的平均孔径为1560μm，为大孔型的PMI泡沫，可应用于对表面剥离强度要求高的场合。
对比实施例1
一种常规孔聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料的制备，配方如下：
| 甲基丙烯酸 | 50 |
| 丙烯腈 | 50 |
| 甲基丙烯酰胺 | 8 |
| 气相SiO2 | 10 |
| 过氧化辛酸叔丁酯 | 0.3 |
| 偶氮二异丁腈 | 0.05 |
| 异丙醇 | 10 |
| 甲基丙烯酸烯丙酯 | 5 |
| 马来酰亚胺 | 2.2 |
| 甲基丙烯酸叔丁酯 | 4 |
上述聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料制备方法步骤如下：
（1）将甲基丙烯酸、丙烯腈、甲基丙烯酰胺、气相SiO2混合，加入过氧化辛酸叔丁酯、偶氮二异丁腈、异丙醇、甲基丙烯酸烯丙酯、马来酰亚胺、甲基丙烯酸叔丁酯按照如上配方混合均匀。
（2）将步骤（1）所得溶液注入由橡胶条密封好的两块平行玻璃内，在45℃水浴温度条件下聚合反应50小时形成甲基丙烯酸/丙烯腈共聚板。
（3）将共聚板放置100-150℃条件下预热5小时，再经200℃条件下发泡50min，得到聚甲基丙烯酰亚胺泡沫。
（4）将制得的聚甲基丙烯酰亚胺泡沫在170℃条件下热处理2小时，得到聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料。
本对比实施例制得的聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料的平均孔径为500μm，为常规型的PMI泡沫，可应用于一般对孔径要求不高的应用场合。
与对比实施例1制备的聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料相对比，实施例1至3通过本发明方法制备的聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料，孔径相对较大，可与蒙皮形成相对牢固的结合，应用于一些对于复合材料的剥离强度要求高的场合。
Claims (9)
1.一种大孔径聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料，其特征在于，由以下重量配比的原料制备而成：
甲基丙烯酸 40-60份，
丙烯腈 40-60份，
第三单体 5-20份，
增稠剂 1-30份，
引发剂 0.05-0.6份，
发泡剂 1-18份，
交联剂 1-12份，
密度控制剂 0.1-3份，
成核剂 0.3-18份；
所述引发剂包括过氧类自由基引发剂和偶氮类自由基引发剂；所述发泡剂为尿素、异丙醇或异丁醇中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的大孔径聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料，其特征在于，所述引发剂为过氧化辛酸叔丁酯、偶氮二异丁腈和过苯甲酸叔丁酯。
3.根据权利要求2所述的大孔径聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料，其特征在于，所述过氧化辛酸叔丁酯、偶氮二异丁腈和过苯甲酸叔丁酯的重量配比为5:1:2。
4.根据权利要求1所述的大孔径聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料，其特征在于，所述发泡剂为尿素和异丙醇。
5.根据权利要求4所述的大孔径聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料，其特征在于，所述尿素和异丙醇的重量配比为1:1。
6.根据权利要求1所述的大孔径聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料，其特征在于，所述第三单体为含有双键的丙烯酰胺类或丙烯酸烷基酯类化合物；所述增稠剂为气相SiO2、有机膨润土、硅藻土、甲基纤维素、明胶中一种或多种；所述交联剂为丙烯酸烯丙酯、甲基丙烯酸烯丙酯、氧化镁或二甲基丙烯酸乙二醇酯；所述成核剂为甲基丙烯酸叔丁酯、N-甲基甲酰胺或甲基丙烯酸异丁酯。
7.根据权利要求6所述的大孔径聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料，其特征在于，所述增稠剂为气相SiO2，所述气相SiO2的比表面积为50-250m2/g。
8.根据权利要求1所述的大孔径聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料，其特征在于，所述密度控制剂为马来酰亚胺。
9.一种权利要求1至8任一所述大孔径聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）混合溶液制备：将原料甲基丙烯酸、丙烯腈、第三单体、增稠剂混合，然后加入引发剂、发泡剂、交联剂、密度控制剂、成核剂混合均匀，备用；
（2）共聚板制备：将步骤（1）制备的混合溶液注入由橡胶条密封好的两块平行玻璃内，在30℃-70℃下聚合反应10-70小时，形成甲基丙烯酸/丙烯腈共聚板；
（3）发泡：将步骤（2）制备的共聚板在80℃-180℃下预热2-10小时，然后在180℃-230℃下发泡10min-200min；
（4）热处理：将步骤（3）经发泡后的共聚板在100℃-200℃条件下热处理1-5小时，即得到所述大孔径聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料。
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