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：
硬質(zhì)PVC發(fā)泡制品具有很多優(yōu)點,其泡孔細微均勻，機械力學性能優(yōu)良。交聯(lián)硬質(zhì)PVC泡沫，被廣泛應用于風能、游艇、運動器材、鐵路和航天等夾芯復合材料應用中。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)泡過程可能會導致降解，發(fā)泡后期固化時間較長以及PVC發(fā)泡產(chǎn)品韌性不足和機械力學性能差以及產(chǎn)品的顏色問題等。關于交聯(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間，此外，通過添加鈣鋅復合劑也能進一步起到穩(wěn)定PVC發(fā)泡的效果。
另外也有報道使用K值為70的堿性PVC和六氫苯酐，能提高生產(chǎn)效率，但因為堿性PVC影響了反應環(huán)境的酸性，增加了工藝控制難度，限制了工藝參數(shù)。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術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方案來實現(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)預攪拌和加熱：將配方中各組分投入捏合機中均勻混合，控制溫度20-40℃，攪拌速度500-1000r/min，使原料混合均勻，同時避免發(fā)泡劑分解，低沸點溶劑揮發(fā)或各組分不發(fā)生化學反應；
(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℃，此時混合料發(fā)生聚合反應放熱，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，模具設置冷卻系統(tǒng)。
(4)將模具溫度降至130-150℃，然后進行坯料脫模；
(5)水蒸氣發(fā)泡和交聯(lián)：將脫模后的預發(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或以上多個異氰酸酯官能團的異氰酸酯化合物。
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構：
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，兩端同時具有親水 和親油的化合物，通過預混合攪拌來制備性能優(yōu)異的硬質(zhì)交聯(lián)PVC結構泡沫。親水部分能有效地增加微泡的韌性，同時，兼有離子液體的部分能更有效溶解低沸點發(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)泡劑為低沸點物理發(fā)泡劑或化學發(fā)泡劑。
優(yōu)選地，低沸點物理發(fā)泡劑為環(huán)己烷，化學發(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)體系多孔結構，剪切引力，改進機械性能的發(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,機械強度,通過添加氯化PVC來改善PVC復合材料的力學性能，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復合材料泡沫顯示出優(yōu)良的機械強度，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，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，同時具有穩(wěn)定泡孔的作用。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
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或以上多個異氰酸酯官能團的異氰酸酯化合物，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構：
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)造性的一個地方，兩端同時具有親水和親油的化合物，通過預混合攪拌來制備性能優(yōu)異的硬質(zhì)交聯(lián)PVC結構泡沫。親水部分能有效地增加微泡的韌性，同時，兼有離子液體的部分能更有效溶解低沸點發(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復合材料的力學性能，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復合材料泡沫顯示出優(yōu)良的機械強度，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)明的第二個創(chuàng)新點。
發(fā)泡劑為低沸點物理發(fā)泡劑或化學發(fā)泡劑。例如低沸點物理發(fā)泡劑為環(huán)己烷，化學發(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)預攪拌和加熱：將配方中各組分投入捏合機中均勻混合，控制溫度20-40℃，攪拌速度500-1000r/min，使原料混合均勻，同時避免發(fā)泡劑分解，低沸點溶劑揮發(fā)或各組分不發(fā)生化學反應；
(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℃，此時混合料發(fā)生聚合反應放熱，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，模具設置冷卻系統(tǒng)。
(4)將模具溫度降至130-150℃，然后進行坯料脫模；
(5)水蒸氣發(fā)泡和交聯(lián)：將脫模后的預發(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構：
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，鈣鋅復合劑等金屬穩(wěn)定劑中的一種，本實施例中采用的是亞麻油。
(2)預攪拌和加熱：將各組分投入捏合機中均勻混合，控制20℃，攪拌速度1000r/min，混合均勻，同時避免發(fā)泡劑分解，低沸點溶劑揮發(fā)或各組分不發(fā)生化學反應。
(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℃，此時混合料發(fā)生聚合反應放熱，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，模具設置冷卻系統(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)。將脫模后的預發(fā)泡坯料放入溫度在95℃以上的熱水中，水煮4小時。
(6)烘箱干燥，加工制成品，產(chǎn)品力學性能見附表。
實施例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構：
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)預攪拌和加熱：將配方中各組分投入捏合機中均勻混合，控制溫度30℃，攪拌速度800r/min，使原料混合均勻，同時避免發(fā)泡劑分解，低沸點溶劑揮發(fā)或各組分不發(fā)生化學反應；
(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℃，此時混合料發(fā)生聚合反應放熱，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，模具設置冷卻系統(tǒng)。
(4)將模具溫度降至130℃，然后進行坯料脫模；
(5)水蒸氣發(fā)泡和交聯(lián)：將脫模后的預發(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)品力學性能見附表。
實施例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構：
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)定劑為鈣鋅復合劑；
(2)預攪拌和加熱：將配方中各組分投入捏合機中均勻混合，控制溫度40℃，攪拌速度500r/min，使原料混合均勻，同時避免發(fā)泡劑分解，低沸點溶劑揮發(fā)或各組分不發(fā)生化學反應；
(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℃，此時混合料發(fā)生聚合反應放熱，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，模具設置冷卻系統(tǒng)。
(4)將模具溫度降至150℃，然后進行坯料脫模；
(5)水蒸氣發(fā)泡和交聯(lián)：將脫模后的預發(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，與實施例1基本相同，不同之處在于，本實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，與實施例1基本相同，不同 之處在于，本實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)力學性能參數(shù)