[发明专利]一种乳液冰模板法制备泡沫塑料的方法及产品

说明书

本发明涉及一种乳液冰模板法制备泡沫塑料的方法：1)将待聚合乳液进行冷冻；所述待聚合乳液包括树脂单体、聚合引发剂、乳化剂，或所述待聚合乳液包括预聚体、聚合引发剂、乳化剂，或所述待聚合乳液包括自乳化预聚体、聚合引发剂；2)冷冻后的待聚合乳液在低温环境中进行聚合反应；3)聚合后的冷冻乳液除冰或除水，得到泡沫塑料。本发明提供的乳液冰模板法制备泡沫塑料的方法通过将待聚合乳液冷冻后再低温聚合，制备得到的泡沫塑料可以具备丰富的孔结构，同时制备过程中可以避免真空冷冻干燥，缩短了制备过程并降低了能耗。

技术领域

本发明涉及泡沫塑料的制备领域，具体涉及一种通过乳液冰模板法制备的具有特殊孔结构的泡沫塑料的制备方法及产品。

背景技术

泡沫塑料，具有质轻、隔热、吸音、缓冲等特性，应用领域非常广泛；而多孔塑料中的孔道结构对塑料有着重要的影响。制备泡沫塑料最常用的方法是发泡。但发泡的方法很难对泡沫塑料的孔结构进行丰富的调控；随着泡沫塑料领域的进一步发展，对其孔结构调节手段的提升显得十分必要。

冰模板法利用冰晶在不同温度梯度场下的定向生长，被研究者广泛用于制备各种各样的孔道结构，如仿木取向结构(S.-H.Yu et al.,Science Advance.2018,4.)、仿贝壳片层结构(G.-L.Du,A.-R.Mao,H.Bai et al.,Nature Communications.2019,10.)、发散结构(H.Bai et al.,Acta Biomaterialia.2015,20.)、双曲结构(X.Xu et al.,Science.2019,363.)等，同时由于其采用水为模板剂，具有制备工艺简单，环境友好等优点。将泡沫塑料与具有丰富孔结构调控手段的冰模板法相结合，必将为泡沫塑料带来新的发展空间。

传统冰模板法，由于以水为模板溶剂，原材料应易溶于水或易分散于水中。对于不溶于水的合成树脂及其单体，其多孔材料的制备，并未见报道；另外，在传统的冰模板法中，由于材料亲水性高、强度低的原因，冰冻结束后，为避免水的表面张力使孔道结构坍缩，需要对冰冻产物进行真空冷冻干燥，该过程也增加了冰模板法的制备成本。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种乳液冰模板法制备泡沫塑料的方法，通过将待聚合乳液冷冻后再低温聚合，制备得到的泡沫塑料可以具备丰富的孔结构，同时制备过程中可以避免真空冷冻干燥，缩短了制备过程并降低了能耗。

本发明所提供的技术方案为：

一种乳液冰模板法制备泡沫塑料的方法，所述方法包括如下步骤：

1)将待聚合乳液进行冷冻：所述待聚合乳液包括树脂单体、聚合引发剂、乳化剂，或者所述待聚合乳液包括预聚体、聚合引发剂、乳化剂，或者所述待聚合乳液包括自乳化预聚体、聚合引发剂；

2)冷冻后的待聚合乳液在低温环境中进行聚合反应；

3)聚合后的冷冻乳液除冰或除水，得到泡沫塑料。

本发明中的待聚合乳液的配制方法：将所有组分混合均匀，例如树脂单体；或预聚体中加入聚合引发剂、反应型乳化剂，混合均匀配制待聚合乳液；或自乳化预聚体中加入聚合引发剂，混合均匀配制待聚合乳液。如果还有优选别的组分，也可以将其加入其中进行混合均匀，例如交联剂等。

本发明提供的制备方法的原理为：当对待聚合乳液施加具有特定温度梯度的温度场时，冰晶将沿着温度梯度的方向进行生长。同时，乳液中的单体颗粒被冰晶所排挤、压缩在冰晶之间的空隙之中，并发生聚并。待冷冻完全后，聚并的单体发生聚合，形成固态整体。而后再通过解冻、干燥除去冰晶，就得到了以冰晶为模板的，具有特定孔结构的泡沫塑料。

作为优选，按重量份数计，所述待聚合乳液包括：10～30份树脂单体或预聚体、1～5份聚合引发剂、1～10份乳化剂。作为优选，按重量份数计，所述待聚合乳液包括：5～40份自乳化预聚体、1～5份聚合引发剂。