本發(fā)明涉及一種發(fā)泡材料的制備方法，尤其是涉及一種制備硬質(zhì)夾芯交聯(lián)PVC發(fā)泡材料的方法。
背景技術(shù)：
硬質(zhì)PVC發(fā)泡制品具有很多優(yōu)點(diǎn),其泡孔細(xì)微均勻，機(jī)械力學(xué)性能優(yōu)良。交聯(lián)硬質(zhì)PVC泡沫，被廣泛應(yīng)用于風(fēng)能、游艇、運(yùn)動器材、鐵路和航天等夾芯復(fù)合材料應(yīng)用中。但是，生產(chǎn)PVC發(fā)泡材料的工藝還存在著一些問題，如因生產(chǎn)工藝的不同，PVC發(fā)泡過程可能會導(dǎo)致降解，發(fā)泡后期固化時(shí)間較長以及PVC發(fā)泡產(chǎn)品韌性不足和機(jī)械力學(xué)性能差以及產(chǎn)品的顏色問題等。關(guān)于交聯(lián)硬質(zhì)PVC發(fā)泡材料的加工過程的穩(wěn)定性問題。專利公開報(bào)道，在配方中添加3％-15％的環(huán)氧組分作為穩(wěn)定劑和增韌劑，能緩解PVC加工過程中的分解問題，但是在后期加工延長固化時(shí)間，此外，通過添加鈣鋅復(fù)合劑也能進(jìn)一步起到穩(wěn)定PVC發(fā)泡的效果。
另外也有報(bào)道使用K值為70的堿性PVC和六氫苯酐，能提高生產(chǎn)效率，但因?yàn)閴A性PVC影響了反應(yīng)環(huán)境的酸性，增加了工藝控制難度，限制了工藝參數(shù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種綜合性能得到極大提高的制備硬質(zhì)夾芯交聯(lián)PVC發(fā)泡材料的方法。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
一種制備硬質(zhì)夾芯交聯(lián)PVC發(fā)泡材料的方法，采用以下步驟：
(1)備料：稱取聚氯乙烯樹脂、氯化聚乙稀、異氰酸酯、離子液體表面活性劑、發(fā)泡劑、酸酐、穩(wěn)定劑為原料，并且以偶氮二異丁腈作為引發(fā)劑；
(2)預(yù)攪拌和加熱：將配方中各組分投入捏合機(jī)中均勻混合，控制溫度20-40℃，攪拌速度500-1000r/min，使原料混合均勻，同時(shí)避免發(fā)泡劑分解，低沸點(diǎn)溶劑揮發(fā)或各組分不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；
(3)塑化成型：將得到的混合物料倒入模具中，模具閉合加壓和加熱，加熱溫度100-110℃，此時(shí)混合料發(fā)生聚合反應(yīng)放熱，使模具溫度升高至170-190℃，混合物料在該溫度下塑化成型；為防止升溫過高而發(fā)生分解反應(yīng)，模具設(shè)置冷卻系統(tǒng)。
(4)將模具溫度降至130-150℃，然后進(jìn)行坯料脫模；
(5)水蒸氣發(fā)泡和交聯(lián)：將脫模后的預(yù)發(fā)泡坯料放入溫度在95℃以上的熱水中水煮4-6h，然后在烘箱干燥，即制備得到硬質(zhì)夾芯交聯(lián)PVC發(fā)泡材料。
步驟(1)中聚氯乙烯樹脂、氯化聚乙稀、異氰酸酯、離子液體表面活性劑、發(fā)泡劑、酸酐、穩(wěn)定劑的重量比為100：1-10：30-120：0.05-2.5：3-12：1-30：3。
所述的異氰酸酯為具有兩個(gè)或以上多個(gè)異氰酸酯官能團(tuán)的異氰酸酯化合物。
優(yōu)選地，異氰酸酯包括但不局限于2,2′-二甲基-3,3′,5,5′-三苯基甲烷四異氰酸酯、2,4-甲苯二異氰酸酯、2,6-甲苯二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯、4,4'-亞甲基雙(異氰酸苯酯)或異佛爾酮二異氰酸酯。
所述的離子液體表面活性劑為以下分子結(jié)構(gòu)：
其中，R1、R2、R3、R4為H、OH、SH或Me，
X＝I，Br，Cl，PF6，BF4，SbF6，
使用的離子液體表面活性劑是一種長鏈狀的離子液體，兩端同時(shí)具有親水 和親油的化合物，通過預(yù)混合攪拌來制備性能優(yōu)異的硬質(zhì)交聯(lián)PVC結(jié)構(gòu)泡沫。親水部分能有效地增加微泡的韌性，同時(shí)，兼有離子液體的部分能更有效溶解低沸點(diǎn)發(fā)泡劑，提高成核效率。
另外，通過添加氯化聚乙稀來增加PVC發(fā)泡的韌性。
所述的發(fā)泡劑為低沸點(diǎn)物理發(fā)泡劑或化學(xué)發(fā)泡劑。
優(yōu)選地，低沸點(diǎn)物理發(fā)泡劑為環(huán)己烷，化學(xué)發(fā)泡劑為2,2’-偶氮雙異丁腈或偶氮二碳酰胺中的一種或兩種。
所述的酸酐所述的酸酐為馬來酸桿，聚癸二酸酐，六氫苯酐中的一種。
所述的穩(wěn)定劑為環(huán)氧化油脂如豆油，亞麻油，氧化鎂，鈣鋅復(fù)合劑等金屬穩(wěn)定劑中的一種。
原料中還添加顏料、紫外線吸收劑、填充材料或磷系阻燃材料中的一種或幾種。
原料中聚氯乙烯樹脂的重量占總重量的40-60％。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用的的離子液體表面活性劑對于調(diào)節(jié)體系多孔結(jié)構(gòu)，剪切引力，改進(jìn)機(jī)械性能的發(fā)泡聚合物有直接影響。
通過添加離子液體表面活性劑改善微泡的韌性,發(fā)泡率,機(jī)械強(qiáng)度,通過添加氯化PVC來改善PVC復(fù)合材料的力學(xué)性能，由于分散在PVC樹脂上的離子液體表面活性，發(fā)泡劑的發(fā)泡效率大大提高，從而PVC復(fù)合材料泡沫顯示出優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度，即使用少量的發(fā)泡劑，仍可容易地獲得較高的發(fā)泡效率。通過引入氯化聚乙稀本身具有的高韌性和優(yōu)良的力學(xué)性能,最終使得PVC發(fā)泡材料的綜合性能得到極大提高。
本發(fā)明除了使用交聯(lián)發(fā)泡技術(shù)，最鮮明的特色是使用了離子液體配方，不僅有助于改良泡孔密度，同時(shí)具有穩(wěn)定泡孔的作用。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
一種制備硬質(zhì)夾芯交聯(lián)PVC發(fā)泡材料的方法，采用以下步驟：
(1)備料：稱取聚氯乙烯樹脂、氯化聚乙稀、異氰酸酯、離子液體表面活性劑、發(fā)泡劑、酸酐、穩(wěn)定劑為原料，其重量比為重量比為100：1-10：30-120： 0.05-2.5：3-12：1-30：3，并且以偶氮二異丁腈作為引發(fā)劑，其中，異氰酸酯為具有兩個(gè)或以上多個(gè)異氰酸酯官能團(tuán)的異氰酸酯化合物，例如，可以采用2,2′-二甲基-3,3′,5,5′-三苯基甲烷四異氰酸酯、2,4-甲苯二異氰酸酯、2,6-甲苯二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯、4,4'-亞甲基雙(異氰酸苯酯)或異佛爾酮二異氰酸酯。
離子液體表面活性劑為以下分子結(jié)構(gòu)：
其中，R1、R2、R3、R4為H、OH、SH或Me，
X＝I，Br，Cl，PF6，BF4，SbF6，
使用的離子液體表面活性劑是一種長鏈狀的離子液體，這是本發(fā)明具有創(chuàng)造性的一個(gè)地方，兩端同時(shí)具有親水和親油的化合物，通過預(yù)混合攪拌來制備性能優(yōu)異的硬質(zhì)交聯(lián)PVC結(jié)構(gòu)泡沫。親水部分能有效地增加微泡的韌性，同時(shí)，兼有離子液體的部分能更有效溶解低沸點(diǎn)發(fā)泡劑，提高成核效率。
添加的氯化聚乙稀可以增加PVC發(fā)泡的韌性，氯化PVC來改善PVC復(fù)合材料的力學(xué)性能，由于分散在PVC樹脂上的離子液體表面活性，發(fā)泡劑的發(fā)泡效率大大提高，從而PVC復(fù)合材料泡沫顯示出優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度，即使用少量的發(fā)泡劑，仍可容易地獲得較高的發(fā)泡效率，另外，氯化聚乙稀本身具有的高韌性和優(yōu)良的力學(xué)性能,最終使得PVC發(fā)泡材料的綜合性能得到極大提高，這是本發(fā)明的第二個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)。
發(fā)泡劑為低沸點(diǎn)物理發(fā)泡劑或化學(xué)發(fā)泡劑。例如低沸點(diǎn)物理發(fā)泡劑為環(huán)己烷，化學(xué)發(fā)泡劑為2,2’-偶氮雙異丁腈或偶氮二碳酰胺中的一種或兩種。
酸酐為馬來酸桿，聚癸二酸酐，六氫苯酐中的一種。穩(wěn)定劑為環(huán)氧化油脂如豆油，亞麻油，氧化鎂，鈣鋅復(fù)合劑等金屬穩(wěn)定劑中的一種。
除此之外，原料中還可以添加顏料、紫外線吸收劑、填充材料或磷系阻燃材料中的一種或幾種，在上述原料中聚氯乙烯樹脂的重量占總重量的40-60％；
(2)預(yù)攪拌和加熱：將配方中各組分投入捏合機(jī)中均勻混合，控制溫度20-40℃，攪拌速度500-1000r/min，使原料混合均勻，同時(shí)避免發(fā)泡劑分解，低沸點(diǎn)溶劑揮發(fā)或各組分不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；
(3)塑化成型：將得到的混合物料倒入模具中，模具閉合加壓和加熱，加熱溫度100-110℃，此時(shí)混合料發(fā)生聚合反應(yīng)放熱，使模具溫度升高至170-190℃，混合物料在該溫度下塑化成型；為防止升溫過高而發(fā)生分解反應(yīng)，模具設(shè)置冷卻系統(tǒng)。
(4)將模具溫度降至130-150℃，然后進(jìn)行坯料脫模；
(5)水蒸氣發(fā)泡和交聯(lián)：將脫模后的預(yù)發(fā)泡坯料放入溫度在95℃以上的熱水中水煮4-6h，然后在烘箱干燥，即制備得到硬質(zhì)夾芯交聯(lián)PVC發(fā)泡材料。
實(shí)施例1
一種制備硬質(zhì)夾芯交聯(lián)PVC發(fā)泡材料的方法，采用以下步驟：
(1)按重量份稱取原料：聚氯乙烯樹脂100份，氯化聚乙稀5份，異氰酸酯(MDI)80份，本離子液體表面活性劑2份，發(fā)泡劑10份，酸酐10份，穩(wěn)定劑3份，并且以AIBN作為引發(fā)劑，其中，使用的異氰酸酯為2,2′-二甲基-3,3′,5,5′-三苯基甲烷四異氰酸酯，離子液體表面活性劑為以下分子結(jié)構(gòu)：
其中，R1、R2、R3、R4分別為H、OH、SH、Me，X為Br，發(fā)泡劑為環(huán)己烷，酸酐為馬來酸桿，聚癸二酸酐，六氫苯酐中的一種，本實(shí)施例中采用的是馬來酸酐。穩(wěn)定劑為環(huán)氧化油脂如豆油，亞麻油，氧化鎂，鈣鋅復(fù)合劑等金屬穩(wěn)定劑中的一種，本實(shí)施例中采用的是亞麻油。
(2)預(yù)攪拌和加熱：將各組分投入捏合機(jī)中均勻混合，控制20℃，攪拌速度1000r/min，混合均勻，同時(shí)避免發(fā)泡劑分解，低沸點(diǎn)溶劑揮發(fā)或各組分不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
(3)塑化成型：混合料倒入模具中，模具閉合加壓和加熱，加熱溫度100℃，此時(shí)混合料發(fā)生聚合反應(yīng)放熱，使模具溫度升高至180℃左右，混合物料在此溫度下塑化成型。為防止升溫過高而發(fā)生分解反應(yīng)，模具設(shè)置冷卻系統(tǒng)。
(4)模具溫度控制在130℃，坯料脫模。
(5)水蒸氣發(fā)泡和交聯(lián)。將脫模后的預(yù)發(fā)泡坯料放入溫度在95℃以上的熱水中，水煮4小時(shí)。
(6)烘箱干燥，加工制成品，產(chǎn)品力學(xué)性能見附表。
實(shí)施例2
一種制備硬質(zhì)夾芯交聯(lián)PVC發(fā)泡材料的方法，采用以下步驟：
(1)備料：按重量比為100：1：30：0.05：3：1：3稱取聚氯乙烯樹脂、氯化聚乙稀、異氰酸酯、離子液體表面活性劑、發(fā)泡劑、酸酐、穩(wěn)定劑為原料，并且以偶氮二異丁腈作為引發(fā)劑，其中，使用的異氰酸酯為2,4-甲苯二異氰酸酯，離子液體表面活性劑為以下分子結(jié)構(gòu)：
其中，R1、R2、R3、R4均為H，X為I，發(fā)泡劑為2,2’-偶氮雙異丁腈，酸酐為聚癸二酸酐，穩(wěn)定劑為氧化鎂；
(2)預(yù)攪拌和加熱：將配方中各組分投入捏合機(jī)中均勻混合，控制溫度30℃，攪拌速度800r/min，使原料混合均勻，同時(shí)避免發(fā)泡劑分解，低沸點(diǎn)溶劑揮發(fā)或各組分不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；
(3)塑化成型：將得到的混合物料倒入模具中，模具閉合加壓和加熱，加熱溫度100℃，此時(shí)混合料發(fā)生聚合反應(yīng)放熱，使模具溫度升高至170℃，混合物料在該溫度下塑化成型；為防止升溫過高而發(fā)生分解反應(yīng)，模具設(shè)置冷卻系統(tǒng)。
(4)將模具溫度降至130℃，然后進(jìn)行坯料脫模；
(5)水蒸氣發(fā)泡和交聯(lián)：將脫模后的預(yù)發(fā)泡坯料放入溫度在95℃以上的熱水中水煮4h，然后在烘箱干燥，即制備得到硬質(zhì)夾芯交聯(lián)PVC發(fā)泡材料， 產(chǎn)品力學(xué)性能見附表。
實(shí)施例3
一種制備硬質(zhì)夾芯交聯(lián)PVC發(fā)泡材料的方法，采用以下步驟：
(1)備料：按重量比為100：10：120：2.5：12：30：3稱取聚氯乙烯樹脂、氯化聚乙稀、異氰酸酯、離子液體表面活性劑、發(fā)泡劑、酸酐、穩(wěn)定劑為原料，并且以偶氮二異丁腈作為引發(fā)劑，其中，使用的異氰酸酯為4,4'-亞甲基雙(異氰酸苯酯)，離子液體表面活性劑為以下分子結(jié)構(gòu)：
其中，R1、R2、R3、R4均為H，X為PF6，發(fā)泡劑為2,2’-偶氮雙異丁腈，酸酐為六氫苯酐，穩(wěn)定劑為鈣鋅復(fù)合劑；
(2)預(yù)攪拌和加熱：將配方中各組分投入捏合機(jī)中均勻混合，控制溫度40℃，攪拌速度500r/min，使原料混合均勻，同時(shí)避免發(fā)泡劑分解，低沸點(diǎn)溶劑揮發(fā)或各組分不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；
(3)塑化成型：將得到的混合物料倒入模具中，模具閉合加壓和加熱，加熱溫度110℃，此時(shí)混合料發(fā)生聚合反應(yīng)放熱，使模具溫度升高至190℃，混合物料在該溫度下塑化成型；為防止升溫過高而發(fā)生分解反應(yīng)，模具設(shè)置冷卻系統(tǒng)。
(4)將模具溫度降至150℃，然后進(jìn)行坯料脫模；
(5)水蒸氣發(fā)泡和交聯(lián)：將脫模后的預(yù)發(fā)泡坯料放入溫度在95℃以上的熱水中水煮6h，然后在烘箱干燥，即制備得到硬質(zhì)夾芯交聯(lián)PVC發(fā)泡材料。
實(shí)施例4
一種制備硬質(zhì)夾芯交聯(lián)PVC發(fā)泡材料的方法，與實(shí)施例1基本相同，不同之處在于，本實(shí)施例中原料中還包括有顏料、紫外線吸收劑，聚氯乙烯樹脂的重量占總重量的40％。
實(shí)施例5
一種制備硬質(zhì)夾芯交聯(lián)PVC發(fā)泡材料的方法，與實(shí)施例1基本相同，不同 之處在于，本實(shí)施例中原料中還包括有填充材料、磷系阻燃材料，聚氯乙烯樹脂的重量占總重量的60％。
表1：兩種不同密度產(chǎn)品(60，80kg/m3)力學(xué)性能參數(shù)