一種聚甲基丙烯酸亞胺泡沫成核性能工藝控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了了一種聚甲基丙烯酰亞胺泡沫成核性能的工藝控制方法，根據(jù)經(jīng)典成核理論，氣泡成核的速率、氣泡核密度等與發(fā)泡過程中的溫度、攪拌速度、成核劑的添加量等工藝參數(shù)有著密切的關系，為了研究上述工藝參數(shù)對氣泡成核過程的具體影響，通過一系列設計和實驗結(jié)果，并結(jié)合經(jīng)典成核理論，初步探索出了一種聚甲基丙烯酰亞胺(PMI)泡沫成核性能的工藝控制方法。
【專利說明】一種聚甲基丙烯酸亞胺泡沬成核性能工藝控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明主要制備高性能硬質(zhì)泡沫的預聚過程成核性能的工藝參數(shù)優(yōu)化方法。
【背景技術】
[0002]PMI泡沫塑料是一種以甲基丙烯酸/甲基丙烯腈共聚物為基體樹脂的高性能泡沫塑料。在相同密度下，PMI泡沫塑料是目前強度、剛度最高的泡沫塑料，同時具有優(yōu)異的耐熱性能和抗蠕變性能。PMI泡沫塑料最早由德國德固薩(Degussa)公司于1972年開發(fā)出來，目前已經(jīng)發(fā)展出多個不同用途和不同性能的產(chǎn)品系列。以高性能PMI泡沫塑料為芯層材料制備的高性能夾層結(jié)構(gòu)復合材料已經(jīng)廣泛應用于火箭、飛機、船舶、汽車、火車、風力發(fā)電、醫(yī)療器械、體育用品等眾多領域。雖然國內(nèi)已經(jīng)開始了該領域的研究工作，研究尚在實驗階段，還未見有關PMI泡沫材料產(chǎn)品的報道。PMI泡沫相對于夾層結(jié)構(gòu)中常用的芯材，在結(jié)構(gòu)方面、工藝方面和長期使用過程中具有顯而易見的優(yōu)勢。隨著復合材料蜂窩夾層結(jié)構(gòu)在使用過程中出現(xiàn)的一系列問題，國內(nèi)外航天航空界研究人員將目光轉(zhuǎn)向了高性能的聚合物泡沫材料芯材，主要是PMI泡沫材料。
[0003]不同泡孔孔徑聚甲基丙酰亞胺泡沫可以分別應用于多種領域，但是實驗發(fā)現(xiàn)不同批次制備的共聚物泡沫塑料孔徑誤差較大，難以孔徑均一，孔徑尺寸分布范圍廣的聚甲基丙酰亞胺泡沫塑料，在保持發(fā)泡溫度和發(fā)泡劑用量不變的情況下，通過一系列設計和實驗結(jié)果，并結(jié)合經(jīng)典成核理論，探索出一種聚甲基丙烯酰亞胺(PMI)泡沫成核性能的工藝控制方法成為大勢所趨。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:針對上述現(xiàn)有存在的問題和不足，本發(fā)明的目的是提供了一種制備高性能硬質(zhì)泡沫的預聚過程成核性能的工藝參數(shù)優(yōu)化方法。以甲基丙烯酸、甲基丙烯腈和第三單體，引發(fā)劑、增稠劑、發(fā)泡劑、交聯(lián)劑、密度控制劑等原料首先進行混合攪拌，通過考察剪切力、溫度、成核劑對聚甲基丙烯酰亞胺(PMI)成核性能的影響，確定出成核性能的工藝參數(shù)優(yōu)化方案。
[0005]目前有研究者研究過聚氨酯泡沫、PF泡沫等硬質(zhì)泡沫的成核性能的工藝參數(shù)，但對于生產(chǎn)工藝較為復雜的PMI泡沫的成核性能的研究卻寥寥無幾。本發(fā)明通過研究上述工藝參數(shù)對氣泡成核過程的具體影響并經(jīng)過一系列設計和實驗結(jié)果并結(jié)合經(jīng)典成核理論，設計出了主要制備高性能硬質(zhì)泡沫的預聚過程成核性能的工藝參數(shù)優(yōu)化方法。
[0006]技術方案:為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術方案:一種聚甲基丙烯酸亞胺PMI泡沫成核性能工藝控制方法，以甲基丙烯酸、甲基丙烯腈、第三單體、引發(fā)劑、增稠劑、發(fā)泡劑、交聯(lián)劑、密度控制劑為原料并進行混合攪拌得到均勻的混合液體，然后在密閉容器中進行預聚合得到透明塊體，最后經(jīng)過熱處理得到聚甲基丙烯酸亞胺泡沫材料，設計以原料攪拌速度、預聚合溫度、成核劑的選用作為評價參數(shù)，最終確定實際工藝參數(shù)。
[0007]具體評價方法如下:(I)攪拌速度的工藝參數(shù)篩選
以甲基丙烯酸、甲基丙烯腈和第三單體，引發(fā)劑、增稠劑、發(fā)泡劑、交聯(lián)劑、密度控制劑等原料首先進行混合攪拌，通過改變原料液的攪拌速度，考察剪切力對氣泡成核的影響。
[0008](2)預聚合溫度范圍的工藝參數(shù)確定
對于均相成核過程，按照經(jīng)典成核理論，對原料液的預聚過程中考察水浴溫度使用范圍對氣泡成核速率的影響。
[0009](3)成核劑的使用對于成核性能的影響
為了驗證固體成核劑的加入對氣泡成核的影響程度，分別對未添加成核劑體系和添加成核劑體系進行發(fā)泡試驗。
[0010]通過分別設定攪拌速度為250 r/min、500r/min、750 r/min、1000 r/min,攪拌固定時間后，通過顯微觀察攪拌后混合液體的氣泡核數(shù)量來確定攪拌速度。
[0011]通過分別設定預聚合的溫度為20°c、30°c、40°c、5(rc，并觀察不同溫度下氣泡核出現(xiàn)的時間。
[0012]分別對未添加成核劑體系和添加占甲基丙烯酸和加急丙烯腈總量的質(zhì)量分數(shù)為10%納米級SiO2粒子成核劑體系進行發(fā)泡試驗，通過觀察氣泡核數(shù)量確定是否添加成核劑。
[0013]有益效果:與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:以甲基丙烯酸、甲基丙烯腈和第三單體，引發(fā)劑、增稠劑、發(fā)泡劑、交聯(lián)劑、密度控制劑等原料首先進行混合攪拌，通過考察剪切力、溫度、成核劑對聚甲基丙烯酰亞胺(PMI)成核性能的影響，確定出成核性能的工藝參數(shù)優(yōu)化方案。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領域技術人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。
[0015]以甲基丙烯酸、甲基丙烯腈和第三單體，引發(fā)劑、增稠劑、發(fā)泡劑、交聯(lián)劑、密度控制劑等原料首先進行混合攪拌，其配方重量比分如下:
甲基丙烯酸45
甲基丙烯腈45
過氧化苯甲酰0.5
偶氮二異庚腈0.05
N，N-二甲基脲6
甲基丙烯酸鎂6
N.N’ - 二胺基二苯甲烷型雙馬來酰亞胺0.2
N-甲基甲酰胺3
利用本發(fā)明所述的成核性能的工藝參數(shù)優(yōu)化方法確定出控制聚甲基丙烯酰亞胺(PMI)泡沫氣泡核數(shù)量以及泡孔尺寸的工藝參數(shù)。具體步驟如下:
(I)剪切力即攪拌速度的工藝參數(shù)篩選
將甲基丙烯酸、甲基丙烯腈和第三單體，引發(fā)劑、增稠劑、發(fā)泡劑、交聯(lián)劑、密度控制劑等原料首先進行混合攪拌，通過分別設定攪拌速度為250 r/min、500r/min、750 r/min、1000r/min，研究了剪切力對氣泡成核的影響。攪拌反應一定時間后吸管取少量混合液放置于載玻片上進行顯微觀察，同時啟動錄像功能對發(fā)泡全過程進行監(jiān)控。
[0016]實驗結(jié)果是隨著剪切力的增加，氣泡核數(shù)量明顯增多，泡孔尺寸明顯減少，泡孔密度明顯增加。剪切力越高，這種效果越明顯。按照經(jīng)典成核理論，氣泡成核的關鍵是克服Gibbs自由能壘，當剪切力轉(zhuǎn)化成能量、并將其作用體現(xiàn)在氣泡成核的自由能中時，必將大大促進氣泡核的形成。
[0017](2)預聚合所使用溫度范圍的工藝參數(shù)確定
預聚合所使用溫度范圍的工藝參數(shù)確定是通過分別設定預聚合所使用的水浴溫度為20 V、30°C、40 V、50°C，觀察不同溫度下氣泡核出現(xiàn)的時間。
[0018]隨著溫度的升高，氣泡核的密度略有增加。另外，試驗過程中還發(fā)現(xiàn):隨著原料溫度的升高，氣泡核的出現(xiàn)時間呈明顯的下降趨勢。即溫度越高，氣泡核越早出現(xiàn)，具體結(jié)果見表1。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是隨著溫度的升高，反應液的反應活性增加，反應生成的氣相更早出現(xiàn)并達到飽和。另外，隨著溫度的升高，高聚物粘度降低，氣一液表面張力降低，使得氣泡核生成變得容易。
[0019]表1不同溫度下氣泡核出現(xiàn)時間
【權利要求】
1.一種聚甲基丙烯酸亞胺PMI泡沫成核性能工藝控制方法，以甲基丙烯酸、甲基丙烯腈、第三單體、引發(fā)劑、增稠劑、發(fā)泡劑、交聯(lián)劑、密度控制劑為原料并進行混合攪拌得到均勻的混合液體，然后在密閉容器中進行預聚合得到透明塊體，最后經(jīng)過熱處理得到聚甲基丙烯酸亞胺泡沫材料，其特征在于:設計以原料攪拌速度、預聚合溫度、成核劑的選用作為評價參數(shù)，最終確定實際工藝參數(shù)。
2.根據(jù)權利要求1所述聚甲基丙烯酸亞胺泡沫成核性能工藝控制方法，其特征在于:具體評價方法如下: (1)攪拌速度的工藝參數(shù)篩選 以甲基丙烯酸、甲基丙烯腈和第三單體，引發(fā)劑、增稠劑、發(fā)泡劑、交聯(lián)劑、密度控制劑等原料首先進行混合攪拌，通過改變原料液的攪拌速度，考察剪切力對氣泡成核的影響； (2)預聚合溫度范圍的工藝參數(shù)確定 對于均相成核過程，按照經(jīng)典成核理論，對原料液的預聚過程中考察水浴溫度使用范圍對氣泡成核速率的影響； (3)成核劑的使用對于成核性能的影響 為了驗證固體成核劑的加入對氣泡成核的影響程度，分別對未添加成核劑體系和添加成核劑體系進行發(fā)泡試驗。
3.根據(jù)權利要求2所述聚甲基丙烯酸亞胺泡沫成核性能工藝控制方法，其特征在于:通過分別設定攪拌速度為 250 r/min、500r/min、750 r/min> 1000 r/min,攪拌固定時間后，通過顯微觀察攪拌后混合液體的氣泡核數(shù)量來確定攪拌速度。
4.根據(jù)權利要求2所述聚甲基丙烯酸亞胺泡沫成核性能工藝控制方法，其特征在于:通過分別設定預聚合的溫度為20°c、3(rc、4(rc、5(rc，并觀察不同溫度下氣泡核出現(xiàn)的時間。
5.根據(jù)權利要求2所述聚甲基丙烯酸亞胺泡沫成核性能工藝控制方法，其特征在于:分別對未添加成核劑體系和添加占甲基丙烯酸和加急丙烯腈總量的質(zhì)量分數(shù)為10%納米級SiO2粒子成核劑體系進行發(fā)泡試驗，通過觀察氣泡核數(shù)量確定是否添加成核劑。
【文檔編號】C08F8/48GK104004129SQ201410278101
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月20日 優(yōu)先權日:2014年6月20日
【發(fā)明者】魯平才, 魏濤 申請人:江蘇兆鋆新材料股份有限公司