一种聚酰亚胺与有机硅复合泡沫材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是一种耐高温阻燃型复合泡沫材料的制备方法，特别是涉及一种聚 酰亚胺/有机硅复合泡沫材料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 有机硅聚合物是由硅氧键（-Si-O-Si-)交替组成其主链，通过硅与有机基团组成 其侧链的一种半无机高分子化合物。由于其结构的特殊性，使之具有许多其他材料所不能 同时具备的优异性能，如卓越的耐高低温性、优良的电绝缘性与化学稳定性、良好的耐老化 性、突出的表面活性、憎水防潮和生理惰性等。有机硅泡沫材料其化学名称为聚有机硅氧 烷泡沫材料，集有机硅聚合物的特性与泡沫材料的特性结于一体，有机硅泡沫材料不但具 有上述有机硅聚合物所具有的优良特性，还具有高柔软性、高延展性、高弹性、高空隙度、良 好的吸收机械震动或冲击及高频减震等物理特性，有机硅泡沫材料可在315°C下连续使用， 360°C条件下短期使用，常用做减震、阻尼、隔音和电绝缘的优良材料，在航空航天方面用作 航天器、火箭等的轻质、耐高温、抗湿材料。
[0003] Lee等通过含氢硅氧烷、含羟基硅氧烷，加入催化剂Rh (铑），在高温固化条件下直 接发泡，得到了一种无毒的有机娃泡沫材料。日本Toshiba Silicone Co. ,Ltd利用Si-OH 与Si-H反应放出氢气发泡，发泡后泡沫前驱体在室温条件下固化，得到泡孔尺寸均匀的有 机娃泡沫材料。Bauman等人通过Si-OH与Si-H的混合组分加入无机填料在室温条件下发 泡与固化的方式，压制出一种闭孔结构的有机硅泡沫弹性体。该泡沫材料具有很好的阻燃 性、孔径尺寸范围0. 1-1. 〇_、密度为0. 288g/cm3,压缩强度为3. 4kPa。Jones以含有低粘 度羟基封端聚二甲基硅氧烷（粘度为42mm2/s)、高粘度羟基封端聚二甲基硅氧烷（粘度为 2000mm 2/s)的混合体系与包含高粘度羟基封端聚二甲基硅氧烷（粘度为2000mm2/s)、三甲 基硅氧基封端甲基氢硅氧烷以及其他成有机硅氧烷分的混合体系在氯铂酸催化条件下短 时间混合反应，再经过常温固化，得到防水有机硅泡沫塑料。高温发泡制备的有机硅泡沫密 度较小但柔韧性较差，室温发泡制备的有机硅泡沫柔韧性较好，但密度较大。
[0004] 为了进一步降低有机娃泡沫材料的密度，Shinmi等人通过高压（超压大气压）向 体系内压入惰性气体（他、队、41'、空气）发泡的方式，制备出泡孔尺寸均匀、高发泡倍率的有 机硅泡沫材料，密度在0. 15g/cm3左右；Tomaru等人利用一种特殊的设备将含有双键的聚 娃，与含有Si-H键的聚娃氧烧交联混合，通过外加气体（空气、氮气、C0 2、He、Ar)的方式、 制备出一种密度较小、泡孔尺寸均匀的有机硅泡沫材料；以上方法可以制备出密度较低的 有机硅泡沫材料，但阻燃性能较差。
[0005] 为改善有机硅泡沫材料的阻燃性，Lee等人，通过添加炭黑的方法增强了有机硅泡 沫材料的防火性能；Laisney等人在娃氧烧混合体系中加入无机矿物或金属氧化物，制备 出一种防火性能较好的有机硅泡沫材料，制备的有机硅泡沫材料可以在l〇〇〇°C火焰中停留 3小时而仍有30%未被燃烧。Meinke等人将有机硅氧烷、阻燃剂TiO 2、催化剂Pt、发泡剂 (能放出CO^N2)等组分于一定温度（稍低于橡胶分解温度）下进行混炼发泡，制备出一 种具有优良机械与电性能的防火有机硅微孔材料。无机填料或金属氧化物的加入明显提高 了有机硅泡沫材料的阻燃性，但无机填料的加入增加了有机硅泡沫材料的密度，且无机填 料与有机硅树脂的相容性较差，容易出现相分离现象、不能很好的分散在有机硅树脂体系 当中。
[0006] 目前国内对有机硅泡沫材料方面的研宄还不多，可查到最近的仅西北工业大学的 硕士毕业论文及相关文章，在其论文及相关文章中较为全面的介绍了制备有机硅泡沫材料 的方法、研宄了硅泡沫发泡体系，但未涉及有机硅泡沫材料阻燃性方面的研宄。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种能够制备出呈开孔结构、孔径分布均匀、质地柔软、阻 燃性优良的泡沫材料的聚酰亚胺与有机硅复合泡沫材料的制备方法。
[0008] 本发明的目的是这样实现的：
[0009] 1)按照质量分数为：羟基硅油250-400份加入催化剂5-10份的配比，将羟基硅油 和催化剂混合，在150°C聚合5小时，得到聚合羟基硅油；
[0010] 2)室温条件下向所述聚合羟基硅油中，依次加入含烯烃基硅油50-100份、催化剂 15-40份、泡沫稳定剂10-20份和表面活性剂15-30份配制成组合溶液，再填加聚酰胺酸粉 末80-180份和含氢娃油100-150份，充分搅拌，同时以超声分散器辅助分散聚酰亚胺粉末 得到混合溶液；
[0011] 3)混合溶液倒入模具中，发泡，发泡结束后经高温固化制得聚酰亚胺与有机硅复 合泡沫材料。
[0012] 本发明还可以包括：
[0013] 1、所述的发泡在170-195°C的电热鼓风干燥中进行，发泡时间为5-30分钟。
[0014] 2、所述高温固化是在240-300°C处理后，在室温条件下避光放置2-3天。
[0015] 3、所述聚酰胺酸粉末为：BTDA/MDA、BTDA/ODA、BTDA/ODPA、PMDA/MDA、PMDA/ODA、 PMDA/ODPA、BPDA/MDA、BPDA/ODA 或 BPDA/ODPA。
[0016] 本发明提供了一种聚酰亚胺/有机硅复合材料的制备方法，采用高温发泡的方 法，加入经高温固化自身具有阻燃性的聚酰胺酸粉末。聚酰胺酸粉末与有机硅泡沫体系相 容性优良，能够均匀的分散在体系当中，提高了有机硅泡沫材料的阻燃性。
[0017] 所述方法制备的泡沫呈开孔结构、孔径分布均匀、质地柔软、阻燃性优良，材料的 阻燃性随聚酰亚胺添加量的提高而提高。本方法制备工艺简单，制造成本较为低廉，易于工 业化生产。产品阻燃性能优良，能够满足保温隔热材料使用过程中的防火安全要求，达到了 发明的目的。
[0018] 与现有技术相比，本发明由于采用在组合溶液中加入聚酰胺酸粉末的方法，使有 机硅泡沫的阻燃性得到提高。本方法所述的复合泡沫材料制备过程简便易行，所用原材料 价格低廉，有利于工业化生产和广泛应用。
【具体实施方式】
[0019] 下面举例对本发明做更详细的描述。下述实施实例得到的聚酰胺酸粉末为：BTDA/ MDA、BTDA/ODA、BTDA/ODPA、PMDA/MDA、PMDA/ODA、PMDA/ODPA、BPDA/MDA、BPDA/ODA 或 BPDA/ ODPA0
[0020] 所述的羟基硅油为：羟基封端聚甲基硅氧烷、含苯基羟基硅油；所述含烯烃基硅 油为：甲基乙條基娃油、乙條基封端聚甲基娃氧烧、苯基乙條基娃油；所述的含氣娃油为： 苯基含氢硅油、三甲基硅氧基封端聚烃基氢硅氧烷、羟基含氢硅油、乙基含氢硅油或羟基封 端聚甲基硅氧烷。
[0021] 所述的泡沫稳定剂为：非水解型水溶性聚醚硅氧烷（AK8805、DC193、L580);表面 活性剂包括：非离子氟碳表面活性剂（Zonyr FS-300、Zonyf FS0-100)、聚氧化乙烯非离 子表面活性剂（PEG-600、PEG-300、PEG-400、PEG-800、PEG-1000)等。
[0022] 所述的催化剂为：四甲基氢氧化铵、三乙醇胺、异喹啉、三亚乙基二胺、辛酸亚锡、 二月桂酸二丁基锡、Dabco33_LV、钼金催化剂等。
[0023] 溶剂为：丙酮、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰 胺、二甲基亚砜等。
[0024] 实施实例1
[0025] 在500ml三口瓶中，加入100毫升四氢呋喃和80克3, 3'，4, V -二苯甲酮四酸 二酐（BTDA)加入磁子，接上回流冷凝管通入冷却水，在电磁搅拌器作用下充分搅拌缓慢升 温至100°C，待3,3'，4,4'-二苯甲酮四酸二酐（BTDA)完全溶解、溶液呈澄清状态时停 止加热。降温至40°C左右，以恒压滴液漏斗向浊液中逐滴滴入10克甲醇，滴加速度控制在 1-5毫升每分钟，使3, 3'，4, 4'-二苯甲酮四酸二酐（BTDA)开始进行酯化反应。待酯化 反应进行完全，溶液重新澄清透明后，电磁搅拌器停止搅拌，将上述溶液静置降至室温，制 得接近无色的透明二酸二酯溶液。再加入38克4, 4'-二氨基二苯基甲烷（MDA)和0. 2克 异喹啉催化剂，反应30分钟后得到聚酯铵盐前驱体溶液。将溶液倒入旋转蒸发仪中，70°C 水浴加热，3-4小时后，将产物用球磨机磨成聚酰胺酸粉末。
[0026] 将羟基硅油和催化剂，在150°C聚合5小时，得到所需粘度的羟基硅油。
[0027] 依次将粘度为IOOOcP左右的羟基硅油40克、含烯烃基硅油8克、催化剂3克、氟 碳表面活性剂1克组成溶液，搅拌均匀后加入10克聚酰胺酸粉末和16克含氢硅油再次搅 拌，待搅拌均匀后转入预先加热至170°C的电热鼓风干燥箱中发泡，发泡结束后，升高电热 鼓风干燥箱温度至260°C高温固化，再对样品进行后处理，即可得到聚酰亚胺/有机硅复合 泡沫材料。
[0028] 测试泡沫相关性能及形状如下：
[0029] 密度：260. 17千克/立方米
[0030] 极限氧指数：25.0%
[0031] 燃烧过程中产生的烟气较小、产生黑色物质。
[0032] 实施实例2
[0033] 在500ml三口瓶中，加入100毫升四氢呋喃和80克3, 3'，4, V -二苯甲酮四酸 二酐（BTDA)加入磁子，接上回流冷凝管通入冷却水，在电磁搅拌器作用下充分搅拌缓慢升 温至100°C，待3,3'，4,4'-二苯甲酮四酸二酐（BTDA)完全溶解、溶液呈澄清状态时停 止加热。降温至40°C左右，以恒压滴液漏斗向浊液中逐滴滴入10克甲醇，滴加速度控制在 1-5毫升每分钟，使3, 3'，4, 4'-二苯甲酮四酸二酐（BTDA)开始进行酯化反应。待酯化 反应进行完全，溶液重新澄清透明后，电磁搅拌器停止搅拌，将上述溶液静置降至室温，制 得接近无色的透明二酸二酯溶液。再加入26克邻苯二胺（ODPA)和0.2克异喹啉催化剂， 反应30分钟后得到聚酯铵盐前驱体溶液。将溶液倒入旋转蒸发仪中，70°C水浴加热，3-4小 时后，将产物用球磨机磨成聚酰胺酸粉末。
[0034] 将羟基硅油和催化剂，在150°C聚合5小时，得到所需粘度的羟基硅油。
[0035] 称取12. 5克上述粉末，依次将粘度为IOOOcP左右的羟基硅油50克、含烯烃基硅 油10克、催化剂3. 75克、氟碳表面活性剂1. 25克组陈溶液，搅拌均匀后再加入12. 5克聚 酰胺酸粉末和20克含氢硅油再次搅拌，待搅拌均匀后转入预先加热至170°C的电热鼓风干 燥箱中发泡，发泡结束后高温固化，再对样品进行后处理，即可得到聚酰亚胺/有机硅复合 泡沫材料。测试泡沫相关性能及形状如下：
[0036] 密度：330. 30千克/立方米
[0037] 极限氧指数：26.0%
[0038] 燃烧过程中产生的烟气较小、产生黑色物质。
[0039] 实施