[发明专利]聚合物泡沫材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于泡沫材料技术领域，具体涉及一种聚合物泡沫材料的制备方法。

背景技术

泡沫材料作为一种以气体为填料的复合材料，不仅质量轻，省材料，比强度高，而且具有优良的隔热、隔声、缓冲等性能。泡沫材料广泛的应用于工业、农业、交通运输、运动器材以及航空航天等领域。很多聚合物均可用以制造泡沫材料，其中聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、聚乙烯泡沫、聚氯乙烯泡沫和海绵橡胶泡沫是应用较广泛的泡沫材料品种。而一些结晶性的聚合物，如PP、尼龙、聚酯等，由于它们融化后熔体强度迅速下降，使它们的发泡过程往往难以控制，提高了它们的生产难度，限制了它们的应用。

塑料泡沫的生产方法多种多样，其中最为常用的泡沫材料的制备方法有：釜式发泡，模压发泡，挤出发泡和注塑发泡等。尽管这些发泡方法的设备和具体操作过程有所差异，但其泡沫生长的基本原理都是类似的：第一阶段、发泡剂分散进入树脂基体中；第二阶段、通过温度和压力的诱导，气泡成核并生长形成聚合物泡沫；第三阶段、聚合物泡沫冷却定型得到泡沫材料产品。很多泡沫生产方面的改善和研究都基于上面的原理。

人们在生产实践中发现，在制备较大的泡沫材料体，特别是使用模压发泡或挤出发泡工艺时，泡沫往往出现内外孔径差异大，芯部表现出并孔，熔融塌陷，变色等现象。这是由于当发泡第二阶段完成后，聚合物已经形成泡沫结构，导热系数下降，虽然接近表皮区域的泡沫较容易降温定型，但远离表皮的芯部区域热量难以被传递出去，不能实现迅速降温定型，而出现变色，泡孔合并、熔融塌陷等现象。对于很多聚合物的模压发泡、挤出发泡和注塑发泡工艺，由于难以解决第三阶段聚合物泡沫内部快速冷却定型的技术难题，所以往往只能生产较薄的泡沫产品。如需较厚的制品时，则需要通过对厚度小的产品进行多层粘接来实现，不仅提高成本，而且影响产品质量。

我们经过理论模拟和大量的实验验证发现，对于发泡温度高于100℃的聚合物发泡工艺，当发泡前，聚合物材料中含有一定量的水分，在发泡的过程中，这些水分将汽化并吸收大量的相变潜热，使泡沫内部的温度迅速降低，达到泡沫冷却定型的作用，防止发泡第三阶段冷却不及时造成的泡孔并孔、熔融塌陷甚至变色的现象。这对泡沫的生产具有非常重要的实际意义。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种聚合物泡沫材料的制备方法。

本发明的目的是解决现有泡沫技术工艺中，泡沫内部难以及时冷却定型的技术难题，即：聚合物发泡冷却定型阶段内部冷却困难的技术难题，提供一种借助水作为内部冷却剂的聚合物泡沫材料的制备方法。

本发明解决上述技术问题采取的技术方案如下：

聚合物泡沫材料的制备方法：

(1)在发泡加工前，将待发泡树脂与吸水性添加剂熔融混合造粒，得到待发泡复合树脂；

或，在发泡加工前，先将待发泡树脂与吸水性添加剂熔融混合造粒，然后加工成模压发泡模块，得到待发泡复合树脂；

或，在发泡加工前，先将待发泡树脂、吸水性添加剂与化学发泡剂熔融混合并加工成模压发泡模块，得到待发泡复合树脂；

(2)该待发泡复合树脂在发泡加工前先进行吸水处理，再发泡，得到聚合物泡沫材料，或者，该待发泡复合树脂在发泡加工的同时进行吸水处理，得到聚合物泡沫材料；

步骤(2)中，若待发泡复合树脂不含有化学发泡剂，需使用发泡剂进行发泡，发泡剂为物理发泡剂或化学发泡剂；

所述待发泡树脂在发泡温度以下，与水不发生化学反应，且能够使用挤出发泡、模压发泡、注塑发泡中一种或多种方法制备泡沫材料，待发泡树脂为聚合物树脂和/或复合材料；

吸水性添加剂为具有吸水性的物质，待发泡复合树脂中，吸水性添加剂的质量分数为0.2-10％；

待发泡复合树脂吸收的水的质量为吸水后待发泡复合树脂总质量的0.5-20％。

优选的，步骤(2)的过程如下：

(21)将待发泡复合树脂放入到密闭的容器中，并加入水浸没待发泡复合树脂，提高容器内压力至0.5MPa-10MPa，温度至80-350℃，保持该温度和压力下放置0.5-24h后，降低容器内温度至30℃，泄压，取出，得到预吸水的待发泡复合树脂；

(22)若待发泡复合树脂为颗粒状，将预吸水的待发泡复合树脂和发泡剂加入到挤出发泡设备或注塑发泡设备中熔融混合，得到的熔体在挤出发泡机模口或注塑发泡机模具型腔内发泡成型，得到聚合物泡沫材料；