一种无机填料填充耐高温泡沫材料及其制备方法与流程

本发明涉及耐热、阻燃高分子泡沫材料领域，具体涉及以无机粒子作为填料提高聚氨酯酰亚胺泡沫材料耐热和阻燃性能及其制备方法。

二、

背景技术：

聚氨酯酰亚胺是一种用化学方法将聚氨酯和聚酰亚胺连接在同一条主链上，使分子主链上同时拥有聚氨酯和聚酰亚胺部分，其中软段为聚氨酯部分，硬段为聚酰亚胺部分。聚氨酯是一种相对质量轻，导热系数低，强度高，吸声效果好，但是耐热性能低、易燃烧的一种聚合物。而聚酰亚胺是具有酰亚胺环的半梯形芳杂环聚合物，从结构阻燃角度出发，其分子结构本身具有优良的自阻燃性质但大多数聚酰亚胺不熔或熔体流动性较差，难以加工成型且价格昂贵，只能用于一些特殊场合。所以聚氨酯酰亚胺结合两者优点，不仅具有高强度、自阻燃、耐高低温、耐氧化等优良性能，还具有质轻、导热系数低、吸声等特性广泛应用于航空、航天及船舶等高科技领域，此外在保温、吸声等领域也拥有广泛的应用前景。

无机粒子大多是一种天然材料，例如碳化硅，可膨胀石墨。碳化硅(sic)是si-c键力较强的共价键化合物，具有金刚石结构，75种晶型。碳化硅具有高导热率，高熔点，低热膨胀系数，强度等优点，是一种陶瓷耐火材料，结构材料和热沉材料。在市场中具有产量大，价格低等优点。可膨胀石墨(eg)是一种由天然鳞片石墨经过化学氧化法或者电化学氧化法处理后得到的一种石墨层间化合物。eg的优点是无毒，防腐性，烟少，耐候性，广泛的应用于各种材料中来充当无卤环保阻燃剂。应用市场主要有建筑保温板，防火防静电涂料防火密封条等等。将此类无机填料加入到泡沫材料中可提高材料的力学及热学性能。然而，关于聚氨酯酰亚胺杂化复合材料及其制备方法未见相关报道。

三、

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是公开了一种聚氨酯酰亚胺泡沫材料，由二酐、极性溶剂、多元醇、异氰酸酯制备而成，涉及高分子泡沫材料领域。本发明聚氨酯酰亚胺泡沫材料以去离子水作为发泡剂，以克服现有的含氟发泡剂破坏大气臭氧层的缺点，满足中国对于环保和可持续发展的需求，环境友好，无毒不燃，发泡工艺简单，发泡倍率可控。在此基础上，采用无机粒子作为耐高温阻燃相来提高聚氨酯酰亚胺的阻燃耐高温性能。

本发明具体的技术方案如下：

一种无机填料填充聚氨酯酰亚胺泡沫材料，是由二酐、多元醇、异氰酸酯、极性溶剂、发泡剂、匀泡剂、催化剂制备而成。

所述的无机填料填充的耐高温泡沫材料的主要发泡剂是去离子水。

所述的无机填料填充的耐高温泡沫材料的主要二酐为均苯四甲酸二酐、3，3’，4，4’-二苯甲酮四甲酸二酐中的一种或多种。

所述的无机填料填充的耐高温泡沫材料，主要多元醇为聚醚多元醇，聚酯多元醇，生物基多元醇(蓖麻油，菜籽油等)等中的一种或多种。

所述的无机填料填充的耐高温泡沫材料，主要催化剂为三乙醇胺，三乙烯二胺、二月桂二丁基锡，辛酸亚锡的一种或多种。

所述的无机填料填充的耐高温泡沫材料，主要极性溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、四氢呋喃/甲醇混合溶液、n-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。

所述的无机填料填充的耐高温泡沫材料，主要表面活性剂为高效硅酮乙二醇共聚物，硅酮稳定剂，硅酮聚醚共聚物，有机硅中的一种或多种。

所述的无机粒子是为碳化硅、可膨胀石墨、蛭石、氧化石墨烯中的一种或多种，优选为：碳化硅、可膨胀石墨中的一种或多种。

所述的无机填料填充的耐高温泡沫材料的发泡工艺如下：将二酐、极性溶剂、异氰酸酯、催化剂制成聚酰亚胺预聚体，之后将多元醇、发泡剂、表面活性剂、无机粒子混合均匀并与聚酰亚胺预聚体高速搅拌自由发泡，后经热处理后制得无机粒子填充耐高温泡沫。

四、附图说明：

图1为实施例1和实施例2制备的sic填充耐高温泡沫材料热失重图

图2为实施例5和实施例8制备的eg填充耐高温泡沫材料热失重图

图3为对比例和实施例1、2、5、8制备的sic和eg填充耐高温泡沫材料极限氧指数表

五、具体实施方式：

下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要再指出的是本实施例只用于对本发明进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例1

首先将均苯四甲酸酐30份、二甲基甲酰胺30份、催化剂1份、异氰酸酯90份，混合均匀，得到溶液a。将聚醚多元醇17份、水3份、有机硅表面活性剂3份、碳化硅5份(约占整体2.4％)放入反应容器中高速搅拌得到溶液b，搅拌速度为2000r/min；搅拌时间为2分钟。将溶液a和溶液b混合并高速搅拌均匀并自由发泡。搅拌速度为2000r/min。搅拌时间为30秒。将所得材料放入烘箱中进行热处理。热处理温度为250℃，热处理时间为2小时，得到无机粒子填充耐高温复合泡沫。

实施例2

首先将均苯四甲酸酐30份、二甲基甲酰胺30份、催化剂1份、异氰酸酯90份，混合均匀，得到溶液a。将聚醚多元醇17份、水3份、有机硅表面活性剂3份、碳化硅10(约占整体4.8％)份放入反应容器中高速搅拌得到溶液b，搅拌速度为2000r/min搅拌时间为2分钟。将溶液a和溶液b混合并高速搅拌均匀并自由发泡。搅拌速度为2000r/min。搅拌时间为30秒。将所得材料放入烘箱中进行热处理。热处理温度为250℃，热处理时间为2小时，得到无机粒子填充耐高温复合泡沫。

实施例3

首先将均苯四甲酸酐30份、二甲基甲酰胺30份、催化剂1份、异氰酸酯90份，混合均匀，得到溶液a。将聚醚多元醇17份、水3份、有机硅表面活性剂3份、碳化硅15份(约占整体7.2％)放入反应容器中高速搅拌得到溶液b，搅拌速度为2000r/min；搅拌时间为2分钟。将溶液a和溶液b混合并高速搅拌均匀并自由发泡。搅拌速度为2000r/min。搅拌时间为30秒。将所得材料放入烘箱中进行热处理。热处理温度为250℃，热处理时间为2小时，得到无机粒子填充耐高温复合泡沫。

实施例4

首先将均苯四甲酸酐30份、二甲基甲酰胺30份、催化剂1份、异氰酸酯90份，混合均匀，得到溶液a。将聚醚多元醇17份、水3份、有机硅表面活性剂3份、碳化硅20份(约占整体9.6％)放入反应容器中高速搅拌得到溶液b，搅拌速度为2000r/min；搅拌时间为2分钟。将溶液a和溶液b混合并高速搅拌均匀并自由发泡。搅拌速度为2000r/min。搅拌时间为30秒。将所得材料放入烘箱中进行热处理。热处理温度为250℃，热处理时间为2小时，得到无机粒子填充耐高温复合泡沫。本发明制备的sic填充耐高温泡沫材料的热失重和极限氧指数图见附图1和附图3。

实施例5

首先将均苯四甲酸酐30份、二甲基甲酰胺30份、催化剂1份、异氰酸酯90份，混合均匀，得到溶液a。将聚醚多元醇17份、水3份、有机硅表面活性剂3份、可膨胀石墨5份(约占整体2.4％)放入反应容器中高速搅拌得到溶液b，搅拌速度为2000r/min；搅拌时间为2分钟。将溶液a和溶液b混合并高速搅拌均匀并自由发泡。搅拌速度为2000r/min。搅拌时间为30秒。将所得材料放入烘箱中进行热处理。热处理温度为250℃，热处理时间为2小时，得到无机粒子填充耐高温复合泡沫。

实施例6

首先将均苯四甲酸酐30份、二甲基甲酰胺30份、催化剂1份、异氰酸酯90份，混合均匀，得到溶液a。将聚醚多元醇17份、水3份、有机硅表面活性剂3份、可膨胀石墨10份(约占整体4.8％)放入反应容器中高速搅拌得到溶液b，搅拌速度为2000r/min；搅拌时间为2分钟。将溶液a和溶液b混合并高速搅拌均匀并自由发泡。搅拌速度为2000r/min。搅拌时间为30秒。将所得材料放入烘箱中进行热处理。热处理温度为250℃，热处理时间为2小时，得到无机粒子填充耐高温复合泡沫。

实施例7

首先将均苯四甲酸酐30份、二甲基甲酰胺30份、催化剂1份、异氰酸酯90份，混合均匀，得到溶液a。将聚醚多元醇17份、水3份、有机硅表面活性剂3份、可膨胀石墨15份(约占整体7.2％)放入反应容器中高速搅拌得到溶液b，搅拌速度为2000r/min搅拌时间为2分钟。将溶液a和溶液b混合并高速搅拌均匀并自由发泡。搅拌速度为2000r/min。搅拌时间为30秒。将所得材料放入烘箱中进行热处理。热处理温度为250℃，热处理时间为2小时，得到无机粒子填充耐高温复合泡沫。

实施例8

首先将均苯四甲酸酐30份、二甲基甲酰胺30份、催化剂1份、异氰酸酯90份，混合均匀，得到溶液a。将聚醚多元醇17份、水3份、有机硅表面活性剂3份、可膨胀石墨20份(约占整体9.6％)放入反应容器中高速搅拌得到溶液b，搅拌速度为2000r/min；搅拌时间为2分钟。将溶液a和溶液b混合并高速搅拌均匀并自由发泡。搅拌速度为2000r/min。搅拌时间为30秒。将所得材料放入烘箱中进行热处理。热处理温度为250℃，热处理时间为2小时，得到无机粒子填充耐高温复合泡沫。

本发明制备的eg填充耐高温泡沫材料的热失重和极限氧指数见附图2和附图3。

对比例1

首先将均苯四甲酸酐30份、二甲基甲酰胺30份、催化剂1份、异氰酸酯90份，混合均匀，得到溶液a。将聚醚多元醇17份、水3份、有机硅表面活性剂3份放入反应容器中高速搅拌得到溶液b，搅拌速度为2000r/min；搅拌时间为2分钟。将溶液a和溶液b混合并高速搅拌均匀并自由发泡。搅拌速度为2000r/min。搅拌时间为30秒。将所得材料放入烘箱中进行热处理。热处理温度为250℃，热处理时间为2小时，得到纯耐高温泡沫。

本发明制备纯耐高温泡沫材料(0％无机填料)的热失重和极限氧指数见附图1和附图3。