[发明专利]一种填充功能填料的聚酰亚胺复合泡沫材料制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型轻质复合泡沫材料，具体涉及一种填充功能填料的聚酰亚胺复合泡沫材料制备方法。

背景技术

美国DuPont公司1966年申请了聚酰亚胺泡沫专利USP3,249,561，该专利是在聚酰胺酸溶液中加入脱水剂及可产生气体的酸，以产生一氧化碳或二氧化碳作为发泡剂制备泡沫中间体，经固化制得聚酰亚胺泡沫材料，该方法制得的泡沫体泡孔不均匀，性能较差。美国专利USP 7,541,388是美国NASA公司早先申请的一步法制备聚酰亚胺泡沫专利。该专利是将芳香二酐溶解于二甲基甲酰胺极性溶剂中，加入甲醇进行酯化反应制备二酸二酯溶液，再与多异氰酸酯反应自由发泡，经微波及电加热固化，制备聚酰亚胺泡沫。该方法制得的聚酰亚胺泡沫机械强度低，性能单一。CN101130632A报导了一种聚酰亚胺泡沫原位填充蜂窝结构复合泡沫材料，该方法是将功能填料均匀分散在前驱体溶液中，蒸出溶剂后制备可发泡前驱体粉末，将可发泡前驱体粉末充填在蜂窝孔洞中发泡，制备聚酰亚胺泡沫原位填充蜂窝结构复合泡沫材料。美国专利USP5011551报道了一种通过填加功能粒子提高阻燃性能的方法，该方法是将开孔聚酰亚胺软泡浸渍在无机粒子悬浮液中，泡孔吸满悬浮液后，烘干泡沫体，使无机粒子残留在泡沫孔隙中，从而提高泡沫阻燃性能，但该方法仅适用于开孔软质泡沫。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出一种填充功能填料的聚酰亚胺复合泡沫材料制备方法，所述方法通过填充不同功能填料粒子的前驱体溶液，采用液相法发泡工艺，制备聚酰亚胺复合泡沫材料，不仅赋予聚酰亚胺泡沫力学性能、阻燃性、隔热、吸声、减震、降噪等功能，且制备工艺简单，制造成本低廉，易于工业化生产。

本发明的技术方案为：一种填充功能填料的聚酰亚胺复合泡沫材料制备方法，所述制备方法利用芳香二酐和芳香二胺进行酯化反应，在有机硅泡沫稳定剂、功能填料、发泡剂、催化剂及硅烷偶联剂的配制下，与多异氰酸酯固化剂发生反应，具体步骤为：

1)将芳香二酐和芳香二胺在溶剂中与脂肪醇进行酯化反应至澄清溶液，并加入有机硅泡沫稳定剂，制得可发泡聚酰亚胺前驱体溶液；

2)前驱体溶液与功能填料、发泡剂、催化剂、硅烷偶联剂配制泡沫组合溶液；

3)泡沫组合溶液与多异氰酸酯固化剂反应发泡，形成泡沫中间体；

4)泡沫中间体加热固化制备聚酰亚胺复合泡沫材料；

所述的芳香二酐包括：3，3’，4，4’-二苯醚四羧酸二酐(ODPA)、3，3’，4，4’-二苯甲酮四羧酸二酐(BTDA)、3，3’，4，4’-联苯四羧酸二酐(BPDA)或1，2，4，5-均苯四羧酸二酐(PMDA)；

所述的芳香二胺包括：4，4’二氨基二苯醚、对苯二胺、4，4’二氨基二苯基甲烷或2，6’二氨基吡啶。

聚酰亚胺复合泡沫材料化学组成按100质量份芳香二酐进行计算，具体配比为：芳香二酐为100，溶剂为100-250，芳香二胺为5-60，脂肪醇为15-110，泡沫稳定剂为5-25，催化剂为1--5，发泡剂为45-60，硅烷偶联剂为3-6，功能填料为100-300，多异氰酸酯固化剂与泡沫组合溶液反应的质量比为1.0-1.5。

所述的脂肪醇包括：甲醇、乙醇或低分子聚乙二醇。

所述的溶剂包括：二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮或四氢呋喃。

所述的泡沫稳定剂包括：非水解型水溶性聚醚硅氧烷、聚氧化乙烯非离子表面活性剂、阳离子含氟表面活性剂或聚氧乙烯基醚氟碳表面活性剂。

所述的发泡剂包括：水、甲醇、乙二醇乙醚或乙二醇丁醚。

所述的催化剂包括：三乙醇胺、三乙烯二胺、双(2-二甲氨基乙基)醚、辛酸亚锡或二月桂酸二丁基锡。

所述的硅烷偶联剂包括：3-(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷(KH560)、3-氨丙基三甲氧基硅烷(KH550)或r-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)。

所述的功能填料包括：氢氧化铝、三氧化二锑、可膨胀石墨、聚磷酸铵、三聚氰胺磷酸酯、中空玻璃微珠、中空陶瓷微珠、膨胀蛭石、玻璃纤维、碳纤维，粉末发泡法制备的聚酰亚胺泡沫粉或微球、多孔矿石粉、片状云母粉、蒙脱土或高岭土。

所述的多异氰酸酯固化剂包括：多苯基多亚甲基多异氰酸酯(PAPI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)或甲苯二异氰酸酯(TDI-80/20)。

制备工艺为：