一種製備硬質夾芯交聯PVC發泡材料的方法與流程

2023-06-30 11:52:11

本發明涉及一種發泡材料的製備方法，尤其是涉及一種製備硬質夾芯交聯PVC發泡材料的方法。

背景技術：

硬質PVC發泡製品具有很多優點,其泡孔細微均勻，機械力學性能優良。交聯硬質PVC泡沫，被廣泛應用於風能、遊艇、運動器材、鐵路和航天等夾芯複合材料應用中。但是，生產PVC發泡材料的工藝還存在著一些問題，如因生產工藝的不同，PVC發泡過程可能會導致降解，發泡後期固化時間較長以及PVC發泡產品韌性不足和機械力學性能差以及產品的顏色問題等。關於交聯硬質PVC發泡材料的加工過程的穩定性問題。專利公開報導，在配方中添加3％-15％的環氧組分作為穩定劑和增韌劑，能緩解PVC加工過程中的分解問題，但是在後期加工延長固化時間，此外，通過添加鈣鋅複合劑也能進一步起到穩定PVC發泡的效果。

另外也有報導使用K值為70的鹼性PVC和六氫苯酐，能提高生產效率，但因為鹼性PVC影響了反應環境的酸性，增加了工藝控制難度，限制了工藝參數。

技術實現要素：

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種綜合性能得到極大提高的製備硬質夾芯交聯PVC發泡材料的方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種製備硬質夾芯交聯PVC發泡材料的方法，採用以下步驟：

(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、發泡劑、酸酐、穩定劑為原料，並且以偶氮二異丁腈作為引發劑；

(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，同時避免發泡劑分解，低沸點溶劑揮發或各組分不發生化學反應；

(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生分解反應，模具設置冷卻系統。

(4)將模具溫度降至130-150℃，然後進行坯料脫模；

(5)水蒸氣發泡和交聯：將脫模後的預發泡坯料放入溫度在95℃以上的熱水中水煮4-6h，然後在烘箱乾燥，即製備得到硬質夾芯交聯PVC發泡材料。

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、發泡劑、酸酐、穩定劑的重量比為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。

優選地，異氰酸酯包括但不局限於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，通過預混合攪拌來製備性能優異的硬質交聯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泡劑，提高成核效率。

另外，通過添加氯化聚乙稀來增加PVC發泡的韌性。

所述的發泡劑為低沸點物理髮泡劑或化學發泡劑。

優選地，低沸點物理髮泡劑為環己烷，化學發泡劑為2,2』-偶氮雙異丁腈或偶氮二碳醯胺中的一種或兩種。

所述的酸酐所述的酸酐為馬來酸杆，聚癸二酸酐，六氫苯酐中的一種。

所述的穩定劑為環氧化油脂如豆油，亞麻油，氧化鎂，鈣鋅複合劑等金屬穩定劑中的一種。

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佔總重量的40-60％。

與現有技術相比，本發明採用的的離子液體表面活性劑對於調節體系多孔結構，剪切引力，改進機械性能的發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,發泡率,機械強度,通過添加氯化PVC來改善PVC複合材料的力學性能，由於分散在PVC樹脂上的離子液體表面活性，發泡劑的發泡效率大大提高，從而PVC複合材料泡沫顯示出優良的機械強度，即使用少量的發泡劑，仍可容易地獲得較高的發泡效率。通過引入氯化聚乙稀本身具有的高韌性和優良的力學性能,最終使得PVC發泡材料的綜合性能得到極大提高。

本發明除了使用交聯發泡技術，最鮮明的特色是使用了離子液體配方，不僅有助於改良泡孔密度，同時具有穩定泡孔的作用。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。

一種製備硬質夾芯交聯PVC發泡材料的方法，採用以下步驟：

(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、發泡劑、酸酐、穩定劑為原料，其重量比為重量比為100：1-10：30-120： 0.05-2.5：3-12：1-30：3，並且以偶氮二異丁腈作為引發劑，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，可以採用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，這是本發明具有創造性的一個地方，兩端同時具有親水和親油的化合物，通過預混合攪拌來製備性能優異的硬質交聯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泡劑，提高成核效率。

添加的氯化聚乙稀可以增加PVC發泡的韌性，氯化PVC來改善PVC複合材料的力學性能，由於分散在PVC樹脂上的離子液體表面活性，發泡劑的發泡效率大大提高，從而PVC複合材料泡沫顯示出優良的機械強度，即使用少量的發泡劑，仍可容易地獲得較高的發泡效率，另外，氯化聚乙稀本身具有的高韌性和優良的力學性能,最終使得PVC發泡材料的綜合性能得到極大提高，這是本發明的第二個創新點。

發泡劑為低沸點物理髮泡劑或化學發泡劑。例如低沸點物理髮泡劑為環己烷，化學發泡劑為2,2』-偶氮雙異丁腈或偶氮二碳醯胺中的一種或兩種。

酸酐為馬來酸杆，聚癸二酸酐，六氫苯酐中的一種。穩定劑為環氧化油脂如豆油，亞麻油，氧化鎂，鈣鋅複合劑等金屬穩定劑中的一種。

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佔總重量的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，同時避免發泡劑分解，低沸點溶劑揮發或各組分不發生化學反應；

(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生分解反應，模具設置冷卻系統。

(4)將模具溫度降至130-150℃，然後進行坯料脫模；

(5)水蒸氣發泡和交聯：將脫模後的預發泡坯料放入溫度在95℃以上的熱水中水煮4-6h，然後在烘箱乾燥，即製備得到硬質夾芯交聯PVC發泡材料。

實施例1

一種製備硬質夾芯交聯PVC發泡材料的方法，採用以下步驟：

(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，發泡劑10份，酸酐10份，穩定劑3份，並且以AIBN作為引發劑，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，發泡劑為環己烷，酸酐為馬來酸杆，聚癸二酸酐，六氫苯酐中的一種，本實施例中採用的是馬來酸酐。穩定劑為環氧化油脂如豆油，亞麻油，氧化鎂，鈣鋅複合劑等金屬穩定劑中的一種，本實施例中採用的是亞麻油。

(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，同時避免發泡劑分解，低沸點溶劑揮發或各組分不發生化學反應。

(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生分解反應，模具設置冷卻系統。

(4)模具溫度控制在130℃，坯料脫模。

(5)水蒸氣發泡和交聯。將脫模後的預發泡坯料放入溫度在95℃以上的熱水中，水煮4小時。

(6)烘箱乾燥，加工製成品，產品力學性能見附表。

實施例2

一種製備硬質夾芯交聯PVC發泡材料的方法，採用以下步驟：

(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、發泡劑、酸酐、穩定劑為原料，並且以偶氮二異丁腈作為引發劑，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，發泡劑為2,2』-偶氮雙異丁腈，酸酐為聚癸二酸酐，穩定劑為氧化鎂；

(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，同時避免發泡劑分解，低沸點溶劑揮發或各組分不發生化學反應；

(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生分解反應，模具設置冷卻系統。

(4)將模具溫度降至130℃，然後進行坯料脫模；

(5)水蒸氣發泡和交聯：將脫模後的預發泡坯料放入溫度在95℃以上的熱水中水煮4h，然後在烘箱乾燥，即製備得到硬質夾芯交聯PVC發泡材料， 產品力學性能見附表。

實施例3

一種製備硬質夾芯交聯PVC發泡材料的方法，採用以下步驟：

(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、發泡劑、酸酐、穩定劑為原料，並且以偶氮二異丁腈作為引發劑，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，發泡劑為2,2』-偶氮雙異丁腈，酸酐為六氫苯酐，穩定劑為鈣鋅複合劑；

(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，同時避免發泡劑分解，低沸點溶劑揮發或各組分不發生化學反應；

(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生分解反應，模具設置冷卻系統。

(4)將模具溫度降至150℃，然後進行坯料脫模；

(5)水蒸氣發泡和交聯：將脫模後的預發泡坯料放入溫度在95℃以上的熱水中水煮6h，然後在烘箱乾燥，即製備得到硬質夾芯交聯PVC發泡材料。

實施例4

一種製備硬質夾芯交聯PVC發泡材料的方法，與實施例1基本相同，不同之處在於，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佔總重量的40％。

實施例5

一種製備硬質夾芯交聯PVC發泡材料的方法，與實施例1基本相同，不同 之處在於，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佔總重量的60％。

表1：兩種不同密度產品(60，80kg/m3)力學性能參數