專利名稱：制備聚醚酰亞胺泡沫材料的連續(xù)方法和由其制備的制品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聚合物泡沫材料，特別是涉及制備聚醚酰亞胺泡沫材料的連續(xù)方法和 由這些泡沫材料制得的制品。
背景技術(shù)：
發(fā)泡的熱塑性樹脂和源自它的產(chǎn)品在許多領(lǐng)域已經(jīng)獲得相當(dāng)大的和重要的商業(yè) 成功。這些發(fā)泡樹脂已經(jīng)用于飛行器和為了絕緣和構(gòu)造用途(structural purposes)的其 它結(jié)構(gòu)體中。電子和電器產(chǎn)業(yè)使用聚合物泡沫體用于電絕緣和絕熱以及用于構(gòu)造用途。在 許多情況中，能夠耐受高熱環(huán)境的聚合物泡沫體是有利的。為了在高熱環(huán)境使用聚合物泡 沫體，有利地使用能夠耐受高熱環(huán)境的熱塑性樹脂。一種這樣的高熱熱塑性樹脂是聚醚酰亞胺。在電性能、機械性能和阻燃性能可以 保障其應(yīng)用的高要求應(yīng)用中，多年來使用聚醚酰亞胺(PEI)泡沫體。由于該材料的高成本 及其有限的可獲得性使得保障很難。高成本和有限的可獲得性兩者均部分因為在該材料的 制造中使用間歇法。間歇法通常效率低，難以控制，對可以制造的泡沫體密度的選擇有限， 以及往往有缺陷。然而，使用間歇法制得的泡沫體已要求溢價(premium price)并且指定 用于許多苛刻的DOD應(yīng)用中。目前PEI泡沫體的“間歇”法要求使用氯代溶劑和制備大的泡沫“膠塊”，該大的 泡沫“膠塊”在密度和泡孔結(jié)構(gòu)方面不均一并且因污染物，大孔隙和未發(fā)泡的聚合物小塊而 存在缺陷。然后依照尺寸切割膠塊，通常切成標(biāo)稱密度范圍為60、80和110g/L的板。間歇 法形成的PEI泡沫的不均一的質(zhì)量、密度和低產(chǎn)率使得產(chǎn)品的成本對于大多數(shù)應(yīng)用來說太 高。盡管工業(yè)上大規(guī)模采用擠出法來制備聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯和PVC泡沫板，但該方 法以前沒有成功地用于制備PEI泡沫體。因此，提供比現(xiàn)有技術(shù)的間歇法更具效率的形成聚醚酰亞胺泡沫體的方法將是有 益的。提供比現(xiàn)有技術(shù)的方法利用的樹脂少的形成聚醚酰亞胺泡沫體的方法也將是有益 的。如果PEI泡沫材料的成本可以通過更有效的制備方式得以降低，則在商業(yè)航空應(yīng)用、高 速鐵路應(yīng)用和/或航海應(yīng)用中的許多其它應(yīng)用將是切實可行的。發(fā)明簡述本發(fā)明通過提供聚醚酰亞胺(PEI)泡沫材料和制備該材料的方法解決了與現(xiàn)有 技術(shù)有關(guān)的問題，與現(xiàn)有技術(shù)的PEI泡沫體和/或方法相比，能夠更便宜地和/或較少浪費 地制造PEI泡沫體。本發(fā)明的方法利用一種或多種發(fā)泡劑、成核劑和/或CO2,以及控制控 制設(shè)備和加工條件，從而制備連續(xù)擠出的、泡孔尺寸基本上均勻的、泡孔密度范圍為25 260g/L的泡沫體。由于較大的密度范圍以及聚醚酰亞胺制品固有的特性，所得的泡沫材料 適合用于范圍寬得多的應(yīng)用。因此，在一個方面，本發(fā)明提供了制備聚醚酰亞胺泡沫體的連續(xù)方法，包括以下步 驟在第一擠出機中熔融聚醚酰亞胺樹脂；在該擠出機中在高壓高溫下將該熔融的聚醚酰 亞胺樹脂和至少一種沸點為100°c或以下的發(fā)泡劑共混；將共混的混合物輸送至第二擠出 機中；以及在壓力下將聚醚酰亞胺泡沫材料通過模頭從第二擠出機中擠出，然后輸送到成
其中a大于或等于10，在可替代的實施方式中，大于或等于1000 ；其中V毫無限制 地為四價連接基，只要該連接基不妨礙聚酰亞胺的合成或使用。合適的連接基包括但不限
4
型套(calibrator)中形成泡沫體，冷卻該聚醚酰亞胺泡沫材料和控制其厚度、寬度，并進 一步控制其密度。在另一方面，本發(fā)明提供包含聚醚酰亞胺泡沫材料的制品，該聚醚酰亞胺泡沫材 料使用制備聚醚酰亞胺泡沫體的連續(xù)方法制造，所述方法包括以下步驟在第一擠出機中 熔融聚醚酰亞胺樹脂；在該擠出機中在高壓高溫下將該熔融的聚醚酰亞胺樹脂和至少一種 沸點為100°c或以下的發(fā)泡劑共混；將共混的混合物輸送至第二擠出機中；在壓力下將混 合物輸送至模頭，然后輸送到成型套中形成聚醚酰亞胺泡沫材料。附圖簡述

圖1和2顯示根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)方法制得的兩種泡沫材料的Log微分凹進 (Differential Intrusion)和孔尺寸的關(guān)系。圖3和4顯示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的間歇法制得的兩種泡沫材料的Log微分凹進 (Differential Intrusion)和孔尺寸的關(guān)系。發(fā)明詳述在下面的說明和實施例中更具體地描述本發(fā)明，這些說明和實施例意指僅僅是示 例說明的，因為其中的許多修改和變化對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。正如在說明 書和權(quán)利要求中所使用的，單數(shù)形式的“一”、“一個”和“所述”可以包括復(fù)數(shù)指代物，除非上 下文另外清楚地規(guī)定。同樣，正如在說明書和權(quán)利要求中所使用的，術(shù)語“包含”可以包括 “由...組成”和“基本上由...組成”的實施方式。另外，本文公開的所有范圍均包括端值 且可獨立地組合。本文使用的近似語可用于修飾任何定量的說明，這些定量的說明可以變化，而不 會導(dǎo)致與其相關(guān)的基本功能改變。因此，由措詞例如“約”和“基本上”修飾的數(shù)值在一些 情況下可以不限于指定的準(zhǔn)確值。在至少一些情況下，近似語可以對應(yīng)于用于測量該數(shù)值 的儀器的精確度。本發(fā)明提供形成聚醚酰亞胺(PEI)泡沫材料如PEI泡沫板的泡沫擠出方法。通 過結(jié)合所選的發(fā)泡劑、設(shè)備設(shè)計和加工條件，可以制備具有寬密度范圍(例如密度范圍為 25 260g/L)和尺寸的、泡孔尺寸基本上均勻的連續(xù)擠出的泡沫體，并且，在一些條件下沒 有殘留的成核劑。因此這些泡沫體適合范圍寬得多的應(yīng)用，并且由于該方法的效率高，甚至 可以提供更加成本有效的產(chǎn)品用于不太苛刻的應(yīng)用中。目前商業(yè)上可獲得的PEI泡沫體的 密度通常為60 110g/L。因此，在一個方面，本發(fā)明提供制備泡沫材料的方法，該方法包括使用有機聚合 物。在一種實施方式中，聚酰亞胺可以在該泡沫材料中用作所述有機聚合物。有用的熱塑 性聚酰亞胺具有通式(I)
R■
I
N
OA Yo
O
N /V:
O于(a)具有5 50個碳原子的取代或未取代、飽和、不飽和或芳族單環(huán)基團和多環(huán)基團， (b)具有1 30個碳原子的取代或未取代、直鏈或支化、飽和或不飽和的烷基；或其組合。 合適的取代基和/或連接基包括但不限于醚、環(huán)氧基、酰胺、酯、及其組合。有益的連接基包 括但不限于，式(II)的四價芳族基團，例如
權(quán)利要求
連續(xù)形成聚醚酰亞胺泡沫材料的方法，包括在第一擠出機中熔融聚醚酰亞胺樹脂；在所述擠出機中在高壓高溫下將熔融的聚醚酰亞胺樹脂和沸點為100℃或更低的至少一種發(fā)泡劑共混；將共混的混合物輸送到第二擠出機；在壓力下將該共混的混合物輸送到模頭；以及將該共混的混合物輸送到成型套中形成聚醚酰亞胺泡沫材料，冷卻該聚醚酰亞胺泡沫材料和控制其厚度、寬度，并進一步控制其密度。
2.權(quán)利要求1的方法，其進一步包括在添加所述至少一種發(fā)泡劑之前將所述聚醚酰亞 胺樹脂和成核劑混合。
3.權(quán)利要求2的方法，其中所述成核劑選自滑石、粘土，或包含至少一種前述成核劑的 組合。
4.權(quán)利要求3的方法，其中所述成核劑的添加量為所述聚醚酰亞胺樹脂總重量的0. 1 5%重量。
5.前述權(quán)利要求任一項的方法，其進一步包括在添加所述至少一種發(fā)泡劑之前將所述 聚醚酰亞胺樹脂和超臨界CO2混合。
6.權(quán)利要求5的方法，其中所述超臨界CO2的添加量為所述聚醚酰亞胺樹脂總重量的 0. 01 2%重量。
7.前述權(quán)利要求任一項的方法，其進一步包括加熱所述聚合物泡沫材料，從而從所述 聚醚酰亞胺泡沫材料中除去任何殘留的發(fā)泡劑或超臨界C02。
8.前述權(quán)利要求任一項的方法，其中所述至少一種發(fā)泡劑選自酮、醇、環(huán)己烷、酯，或包 含至少一種前述發(fā)泡劑的混合物。
9.前述權(quán)利要求任一項的方法，其中所述至少一種發(fā)泡劑的添加量為所述聚醚酰亞胺 樹脂總重量的1 15%重量。
10.前述權(quán)利要求任一項的方法，其中第一擠出機為雙螺桿擠出機。
11.前述權(quán)利要求任一項的方法，其中所述聚合物泡沫材料具有基本上均勻的泡孔尺寸。
12.聚醚酰亞胺泡沫材料，其密度為25g/L至260g/L且由前述權(quán)利要求任一項的方法 制得。
13.制造制品，其包含權(quán)利要求12的聚醚酰亞胺泡沫材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了制備聚醚酰亞胺泡沫材料的連續(xù)方法和包含這些泡沫材料的制品。該連續(xù)方法是泡沫擠出方法，使用選擇的發(fā)泡劑、設(shè)備設(shè)計和加工條件來連續(xù)制備寬泡孔密度范圍的、具有基本上均勻的泡孔尺寸的擠出的泡沫體。在一些實施方式中可以采用隨后的加熱從泡沫體中除去任何殘留的組分，例如發(fā)泡劑或成核劑。由于較高的密度以及聚醚酰亞胺制品的固有特性，得到的泡沫材料適合非常寬的應(yīng)用范圍。本發(fā)明的連續(xù)方法提供了更加成本有效的產(chǎn)品，同時也避免使用氟利昂和/或其它對環(huán)境具有潛在危害的試劑。
文檔編號B29C44/34GK101952096SQ200880127237
公開日2011年1月19日 申請日期2008年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月20日
發(fā)明者蘭達(dá)爾·T·邁爾斯, 埃里克·O·托伊奇, 文森特·L·蘭寧, 理查德·D·拉索, 邁克爾·K·皮利奧德 申請人:沙伯基礎(chǔ)創(chuàng)新塑料知識產(chǎn)權(quán)有限公司