一种聚氨酯/聚酰亚胺多孔复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚氨酯/聚酰亚胺多孔复合材料的制备方法，属于复合材料领域，其制备方法包括以下步骤：(1)将多元醇加入多异氰酸酯中，反应1～3h，加入扩链剂，得聚氨酯预聚物/扩链剂混合物；(2)将聚氨酯预聚物/扩链剂混合物溶于溶剂中，得聚氨酯预聚物的溶液；(3)将各向异性的聚酰亚胺气凝胶浸渍于聚氨酯预聚物的溶液中，扩链固化，得聚氨酯/聚酰亚胺多孔复合材料。本发明专利技术非常巧妙地将各向异性的聚酰亚胺气凝胶浸渍于聚氨酯预聚物中，制得了具有双连续基体结构的聚氨酯/聚酰亚胺多孔复合材料，有效地改善了聚氨酯的耐热性，拓宽了其使用温度范围，在物质吸附、物质分离、隔热防护、减振缓冲等领域具有广阔的应用前景。

Polyurethane / polyimide porous composite material and preparation method thereof

The invention discloses a preparation method of polyurethane / polyimide porous composite material, which belongs to the field of composite materials. The preparation method comprises the following steps: (1) adding polyol into polyisocyanate, reacting 1 to 3h, adding chain extender, producing polyurethane prepolymer / extender mixture, and (2) polyurethane prepolymer / chain extender The mixture is dissolved in the solvent, and the solution of the polyurethane prepolymer is obtained. (3) the anisotropic polyimide aerogels are impregnated in the solution of the polyurethane prepolymer, and the polyurethane / polyimide porous composite is obtained by expanding the chain and curing. This invention impregnated the anisotropic polyimide aerogel in the polyurethane prepolymer. The polyurethane / polyimide porous composite material with double continuous matrix structure was prepared. The heat resistance of the polyurethane was improved effectively, the temperature range was widened, and the material adsorption, material separation and heat insulation protection were widened. It has wide application prospects in the field of damping and cushioning.

【技术实现步骤摘要】
一种聚氨酯/聚酰亚胺多孔复合材料及其制备方法
本专利技术属于复合材料领域，具体涉及一种聚氨酯/聚酰亚胺多孔复合材料及其制备方法。
技术介绍
聚氨酯(PU)是具有氨基甲酸酯结构单元的聚合物，通常由多元醇与多异氰酸酯反应得到，广泛用于弹性体、泡沫、胶黏剂、涂料等领域。聚氨酯泡沫是聚氨酯的主要用途之一，具有质轻、隔热隔音、减振等优点。由于聚氨酯热稳定性较差，在高温下易于分解，使其性能急剧下降，因此其长期使用温度不超过80℃，短期使用温度不超过120℃，这极大地限制了聚氨酯泡沫材料的应用。为了提高PU材料的耐热性能，常用的改进方法有：在PU分子链中引入降解温度较高的有机杂环基团；PU与其它材料进行共混复合等。聚酰亚胺(PI)气凝胶是以聚酰亚胺为基体的多孔材料，具有连续的三维骨架网络，相互连通的微孔结构，且具有优良的耐热性能。中国专利技术专利(申请号201510621741.6)利用聚酰亚胺粉末为填料，与聚氨酯弹性体复合，制得了耐热性聚氨酯/聚酰亚胺复合材料，但这种复合材料是一种弹性体复合材料，不具有多孔结构和轻质的特点，无法满足某些特殊领域对材料轻质的要求，这将严重限制了聚氨酯/聚酰亚胺复合材料的使用范围。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种聚氨酯/聚酰亚胺多孔复合材料及其制备方法。针对现有聚氨酯泡沫材料存在的缺陷，本专利技术创造性地提供了一种密度为0.15～0.45g/cm3的聚氨酯/聚酰亚胺多孔复合材料，该复合材料有效地改善了聚氨酯的耐热性，制得了耐热性能优异的聚氨酯/聚酰亚胺多孔复合材料。本专利技术提供了一种聚氨酯/聚酰亚胺多孔复合材料的制备方法，它包括以下步骤：(1)将多元醇加入多异氰酸酯中，反应1～3h，加入扩链剂，得聚氨酯预聚物/扩链剂混合物；(2)将聚氨酯预聚物/扩链剂混合物溶于溶剂中，得聚氨酯预聚物的溶液；(3)将各向异性的聚酰亚胺气凝胶浸渍于聚氨酯预聚物的溶液中，扩链固化，得聚氨酯/聚酰亚胺多孔复合材料。步骤(1)中，所述反应的温度为60～80℃，优选为65～75℃，更优选为70℃。步骤(1)中，所述反应是在氮气保护下进行的。步骤(1)中，所述反应的时间为1～2h，优选为1.5h。步骤(1)中，所述多元醇为聚四氢呋喃二醇、聚丙二醇、聚乙二醇、聚己二酸乙二醇酯二醇、聚己二酸丁二醇酯二醇或聚己内酯二醇，优选为聚四氢呋喃二醇。步骤(1)中，所述多异氰酸酯为4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4-甲苯二异氰酸酯、多苯基多亚甲基多异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯，优选为2,4-甲苯二异氰酸酯。步骤(1)中，所述扩链剂为1,4-丁二醇、三羟甲基丙烷、3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯基甲烷或乙二胺，优选为三羟甲基丙烷。所述多异氰酸酯与多元醇的质量比为1:2～1:5，优选为1:3～1:5，更优选为1:4。步骤(1)中，所述扩链剂与多元醇的质量比为1:20～55，优选为1:25～50，更优选为1:33。步骤(2)中，所述溶剂为四氢呋喃、二甲基乙酰胺、丙酮或丁酮，优选为丙酮。步骤(2)中，所述溶剂与聚氨酯预聚物的质量比为40:60～95:5，优选为50:50～90:10，更优选为60:40～80:20。步骤(3)中，所述各向异性的聚酰亚胺气凝胶是由以下方法制备得到的：a、将聚酰胺酸、有机碱依次加入水中，配成聚酰胺酸盐的水溶液；b、将聚酰胺酸盐的水溶液倒入模具中，再将其放入装有-10℃～-80℃的冷冻液的容器中冷冻，冻成固体后，冷冻干燥，升温至275±5℃进行热亚胺化，得各向异性的聚酰亚胺气凝胶。步骤a中，所述有机碱为三乙醇胺、三乙胺、三丙胺、喹啉、三乙烯二胺或三正丁胺，优选为三乙胺；所述聚酰胺酸与水质量比为2:98～15:85，优选为3:97～8:92，更优选为3:97～5:95；所述聚酰胺酸与有机碱的质量比为1:0.4～0.8，优选为1:0.4～0.6，更优选为1:0.476。步骤b中，所述冷冻液为干冰与甲醇混合物、干冰与丙酮混合物、干冰与乙醇混合物、干冰与正丙醇混合物、干冰与正丁醇混合物或液氮，优选为干冰和乙醇的混合物；所述冷冻液的温度为-25～-65℃，优选为-40～-65℃，更优选为-65℃。步骤b中，所述冷冻干燥的条件为：-40～-50℃，5～20Pa，60～80h；所述升温为梯度升温，升温过程为：由室温升温至80℃后保温0.5h，由80℃升温至100℃后保温1h，由100℃升温至120℃后保温1h，由120℃升温至150℃后保温1h，由150℃升温至180℃后保温0.5h，由180℃升温至200℃后保温1h，由200℃升温至250℃后保温1h，由250℃升温至270℃后保温2h。步骤(3)中，所述浸渍的时间为4～20h，优选为6～18h，更优选为12～15h。步骤(3)中，所述扩链固化的温度为110～130℃，优选为115～125℃，更优选为120℃。步骤(3)中，所述扩链固化的时间为15～25h，优选为18～22h，更优选为20h。步骤(3)中，所述聚氨酯/聚酰亚胺多孔复合材料中聚氨酯与聚酰亚胺的质量比为92:8～30:70，优选为90:10～40:60，更优选为86:14～74:26。本专利技术提供了一种聚氨酯/聚酰亚胺多孔复合材料，它是以前述制备方法制备得到。所述多孔复合材料的基体为双连续结构。前述聚氨酯/聚酰亚胺多孔复合材料在制备物质吸附、物质分离、隔热防护或减振缓冲材料中的应用。本专利技术所述“室温”为25±5℃。本专利技术非常巧妙地利用聚酰亚胺气凝胶为骨架材料，通过浸渍聚氨酯预聚物，制得了具有双连续基体结构的聚氨酯/聚酰亚胺多孔复合材料，不但有效地改善了聚氨酯的耐热性，拓宽了其使用温度范围，同时该多孔复合材料也兼具聚氨酯弹性体及聚酰亚胺气凝胶材料的诸多优良性能，如良好的弹性回复性，在物质吸附、物质分离、隔热防护、减振缓冲等领域具有广阔的应用前景。显然，根据本专利技术的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本专利技术上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。以下通过实施例形式的具体实施方式，对本专利技术的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本专利技术上述内容所实现的技术均属于本专利技术的范围。附图说明图1为实施例2制备的PU/PI多孔复合材料的竖直方向的扫描电镜照片；图2为实施例2制备的PU/PI多孔复合材料的水平方向的扫描电镜照片；图3为实施例2制备的PU/PI多孔复合材料的竖直方向的循环压缩应力-应变曲线图。具体实施方式本专利技术具体实施方式中使用的原料、设备均为已知产品，通过购买市售产品获得。聚四氢呋喃二醇2000(PTMG2000)：日本三菱化学公司；2,4-甲苯二异氰酸酯(TDI80)：万华化学集团股份有限公司；三羟甲基丙烷(TMP)：成都市科龙化工试剂厂；聚酰胺酸(PAA)溶液：常州福润特塑胶新材料有限公司；三乙胺(TEA)：成都市科龙化工试剂厂；北京博医康实验仪器公司FD-1A-50型真空冷冻干燥机；鼓风干燥箱(DHG9055A)，上海一恒科学仪器有限公司；热重分析仪(Q600型)，美国TA公司；场发射扫描电子显微镜(NovaNanoSEM450型)，美国FEI公司；万能材料试验机(INSTRON5966)，美本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚氨酯/聚酰亚胺多孔复合材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：(1)将多元醇加入多异氰酸酯中，反应1～3h，加入扩链剂，得聚氨酯预聚物/扩链剂混合物；(2)将聚氨酯预聚物/扩链剂混合物溶于溶剂中，得聚氨酯预聚物的溶液；(3)将各向异性的聚酰亚胺气凝胶浸渍于聚氨酯预聚物的溶液中，扩链固化，得聚氨酯/聚酰亚胺多孔复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种聚氨酯/聚酰亚胺多孔复合材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：(1)将多元醇加入多异氰酸酯中，反应1～3h，加入扩链剂，得聚氨酯预聚物/扩链剂混合物；(2)将聚氨酯预聚物/扩链剂混合物溶于溶剂中，得聚氨酯预聚物的溶液；(3)将各向异性的聚酰亚胺气凝胶浸渍于聚氨酯预聚物的溶液中，扩链固化，得聚氨酯/聚酰亚胺多孔复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述反应的温度为60～80℃，优选为65～75℃，更优选为70℃；所述反应是在氮气保护下进行的；所述反应的时间为1～2h，优选为1.5h；所述多元醇为聚四氢呋喃二醇、聚丙二醇、聚乙二醇、聚己二酸乙二醇酯二醇、聚己二酸丁二醇酯二醇或聚己内酯二醇，优选为聚四氢呋喃二醇；所述多异氰酸酯为4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4-甲苯二异氰酸酯、多苯基多亚甲基多异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯，优选为2,4-甲苯二异氰酸酯；所述扩链剂为1,4-丁二醇、三羟甲基丙烷、3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯基甲烷或乙二胺，优选为三羟甲基丙烷；所述多异氰酸酯与多元醇的质量比为1:2～1:5，优选为1:3～1:5，更优选为1:4；所述扩链剂与多元醇的质量比为1:20～55，优选为1:25～50，更优选为1:33。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述溶剂为四氢呋喃、二甲基乙酰胺、丙酮或丁酮，优选为丙酮；所述溶剂与聚氨酯预聚物的质量比为40:60～95:5，优选为50:50～90:10，更优选为60:40～80:20。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述各向异性的聚酰亚胺气凝胶是由以下方法制备得到的：a、将聚酰胺酸、有机碱依次加入水中，配成聚酰胺酸盐的水溶液；b、将聚酰胺酸盐的水溶液倒入模具中，再将其放入装有-10℃～-80℃的冷冻液的容器中冷冻，冻成固体后，冷冻干燥，升温至275±5℃进行热亚胺化，得各向异性的聚酰亚胺气凝胶。5.根据权利要求4所述的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鹏波，余智，吴鹏，陈少康，邹华维，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51