生产聚(甲基)丙烯酰亚胺材料的方法技术

本文公开了一种生产聚(甲基)丙烯酰亚胺材料的方法。其中，将(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯腈的粒状共聚物在单个步骤中通过热处理进行预发泡和酰亚胺化，从而提供聚(甲基)丙烯酰亚胺颗粒。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】生产聚(甲基)丙烯酰亚胺材料的方法
本专利技术涉及发泡成型的刚性硬质材料领域，特别是生产聚(甲基)丙烯酰亚胺材料的方法。
技术介绍
聚(甲基)丙烯酰亚胺(PMI)是用作生产聚(甲基)丙烯酰亚胺硬质泡沫的前体的聚酰亚胺。由于它们的高稳定性和较低的总重量，这些泡沫在飞机和汽车制造以及相关技术中尤为突出。通常，聚(甲基)丙烯酰亚胺由聚(甲基)丙烯酸酯和合适的胺(如甲胺)制成，或通过对(甲基)丙烯酸酯和(甲基)丙烯腈共聚物进行热处理而制成。在任何情况下，随后将PMI聚合物块研磨以提供PMI颗粒，然后将其发泡成型以生产所需的PMI硬质泡沫。在某些程序中，将PMI颗粒在发泡成型之前进行预发泡。此后，通常在压制工具中处理由此获得的PMI材料或PMI芯，以提供期望的复合组件。
技术实现思路
现有技术中已知的PMI材料的生产方法具有各种缺点。为了避免处理挥发性和危险的低分子量胺，生产聚(甲基)丙烯酰亚胺聚合物或聚合物块的选择方法是(甲基)丙烯酸酯和(甲基)丙烯腈的共聚以及随后的热处理，从而在相应的酰亚胺形成下使腈和羧基官能团环化。当前，该方法分为两个步骤进行。即，在第一步中，生成共聚物，并且在第二步中，对固体聚合物块进行热处理。各个共聚物块的热处理通常很麻烦并且需要特殊的设备。例如，将共聚物块夹在两个特殊的玻璃板之间，这些玻璃板必须在侧面密封。然后通过围绕密封板的水浴来提供温度。通常，很难在共聚物内获得均匀的热分布。因此，该方法不仅因为需要特殊的酰亚胺化设备而更加昂贵，而且由于聚合物块内不均匀的热分布而使得酰亚胺化过程本身缓慢。此外，为了产生PMI泡沫，至少需要四个工艺步骤，所有这些步骤都需要不同的工具和设备：(1)共聚物形成，(2)酰亚胺化，(3)研磨，和(4)发泡成型。当前采用的技术的另一个缺点是，PMI颗粒的发泡成型相当困难。特别是，当将发泡成型的PMI材料从成形工具上移除时，包括诸如小边缘、通道、凹槽等复杂几何形状的零件通常会制动。另外，所获得的PMI泡沫材料的表面通常是结构化的或包含孔，已发现所述孔对任何相应的复合材料的表面质量显示出有害的影响。因此，尽管具有有益的性质，但PMI泡沫仍没有像其他硬质泡沫(如聚氯乙烯或聚氨酯)那样突出地使用。造成这种情况的原因尤其包括高昂的成本以及与其生产相关的困难。因此，本专利技术的总体目的是改进用于生产聚(甲基)丙烯酰亚胺材料的工艺的现有技术，从而优选地完全或部分地避免现有技术的缺点。在有利的实施方式中，提供了一种用于生产PMI材料的具有成本效益的方法。在其他有利的实施方式中，该方法减少或最小化了生产PMI材料、PMI发泡成型的组件和/或PMI泡沫所需的步骤数量。在另外的有利实施方式中，用于生产PMI材料的方法产生PMI泡沫或PMI发泡成型的组件，其具有至少减少的孔数，或至少具有减小的孔径或具有基本平坦的表面的孔。总体目的是通过独立权利要求的主题总体上实现的。由从属权利要求和说明书中得出其他有利的和示例性实施方式。根据第一方面，总体目的通过生产聚(甲基)丙烯酰亚胺材料的方法来实现，其中将(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯腈的粒状共聚物在单个步骤中通过热处理进行预发泡和酰亚胺化，以提供聚(甲基)丙烯酰亚胺颗粒。令人惊讶地发现，如果使用(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯腈的粒状共聚物，则可以在单个处理步骤中有效地进行预发泡和酰亚胺化。特别是，使用(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯腈的粒状共聚物的事实显著减少了酰亚胺化所需的反应时间。与目前采用的方法相比，这是一个显著的优势，目前方法通常需要数小时至数天的热处理。此外，本专利技术的方法能够减少生成PMI材料、预发泡的PMI颗粒或PMI成型的泡沫组件的工艺步骤的数量，因为酰亚胺化和预发泡可以在单个步骤中同时进行。预发泡和酰亚胺化例如可以在预发泡单元中进行。在本文中应理解，术语(甲基)丙烯酸包括甲基丙烯酸、丙烯酸或其混合物。术语(甲基)丙烯腈包括丙烯腈、甲基丙烯腈及其混合物。术语聚(甲基)丙烯酰亚胺或缩写PMI包括聚丙烯酰亚胺和聚甲基丙烯酰亚胺。特别是，这些还包括由甲基丙烯腈、丙烯腈、甲基丙烯酸或丙烯酸获得的聚甲基丙烯酰亚胺或聚丙烯酰亚胺，其合适的衍生物或它们的混合物。此外，本领域技术人员清楚的是，术语“酰亚胺的”或“酰亚胺化”是指酰亚胺的形成。在聚合物的背景下，特别是在聚(甲基)丙烯酰亚胺的背景下，技术人员应理解，酰亚胺化不一定要求聚合物内的所有腈和/或羧基官能团反应产生酰亚胺。优选地，在本文所述的所有实施方式中，可以使用(甲基)丙烯酸和丙烯腈的粒状共聚物，更优选甲基丙烯酸和丙烯腈的共聚物。在一个优选的实施方式中，生产聚(甲基)丙烯酰亚胺材料的方法包括前述步骤，其中，通过研磨(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯腈的共聚物块来提供(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯腈的粒状共聚物。通常，研磨提供粒径为0.2mm至4mmm，优选0.5mm至3mm的颗粒。在另一个实施方式中，热处理进行2分钟至15分钟，优选3分钟至7分钟。技术人员理解的是，热处理需要在适合于预发泡和酰亚胺化的范围内的热能。此外，对于本领域技术人员而言清楚的是，所需的热能取决于诸如粒径、预发泡度、所需密度、推进剂的性质等参数。在另一个实施方式中，在热处理期间，(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯腈的粒状共聚物和/或形成的聚(甲基)丙烯酸酯颗粒达到170℃至250℃的中心温度。优选地，在热处理期间将(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯腈的粒状共聚物作为单层提供。由此，可以使热量均匀地分布并且实现均匀的预发泡。在一个优选的实施方式中，通过红外源或烘箱进行热处理。使用红外源的优点是可以实现很高的穿透深度。此外，令人惊讶地发现，完全有可能相伴地使(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯腈的粒状共聚物预发泡并酰亚胺化。因此，IR辐射被证明是有利的，因为它能够具体地限定施加到粒状共聚物上的能量。通常，红外源发出的红外辐射的波长范围为1μm至10μm。已经发现该范围提供足够的能量，从而能够快速有效地进行预发泡和酰亚胺化。作为选择，可以使用烘箱，优选地为干燥烘箱，来进行热处理。例如可以用(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯腈的粒状共聚物填充烘箱，并使粒状共聚物暴露于热气流中。特别地，可以进行预定的时间/温度程序。在另一个实施方式中，(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯腈的粒状共聚物包含推进剂。典型的推进剂包括例如低分子烷烃，例如戊烷或己烷。在另一个实施方式中，(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯腈的粒状共聚物还包含交联剂和/或其他丙烯酸酯衍生的重复单元。换言之，(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯腈的粒状共聚物不仅包含直链，而且还可以包含交联的聚合物链。例如，在(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯腈的共聚物的制备过程中，可以使用(甲基)丙烯酸烯丙酯作为交联剂。其他合适的丙烯酸酯衍生的重复单元例如来源于(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯或(甲基)丙烯酸叔丁酯。在一个优选的实施方式中，将聚(甲基)丙烯酰亚胺颗粒发泡成型以提供聚(甲基)丙烯酰亚胺成型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生产聚(甲基)丙烯酰亚胺材料的方法，其中，将(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯腈的粒状共聚物在单个步骤中通过热处理进行预发泡和酰亚胺化，从而提供聚(甲基)丙烯酰亚胺颗粒。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181126 CH 01456/181.一种生产聚(甲基)丙烯酰亚胺材料的方法，其中，将(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯腈的粒状共聚物在单个步骤中通过热处理进行预发泡和酰亚胺化，从而提供聚(甲基)丙烯酰亚胺颗粒。


2.如权利要求1所述的方法，其中，在前述步骤中，通过研磨(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯腈的共聚物块来提供所述(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯腈的粒状共聚物。


3.如权利要求2所述的方法，其中，所述研磨提供粒径为0.2mm至4mm，优选0.5mm至3mm的颗粒。


4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在热处理期间，所述(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯腈的粒状共聚物和/或形成的聚(甲基)丙烯酸酯颗粒达到170℃至250℃的中心温度。


5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在热处理期间，所述(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯腈的粒状共聚物作为单层提供。


6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述热处理通过红外源或烘箱进行，所述红外源优选发射波长范围为1μm至10μm的红外辐射，所述烘箱优选为干燥烘箱。


7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将所述聚(甲基)丙烯酰亚胺颗粒发泡成型以提供聚(甲基)丙烯酰亚胺成型的泡沫组件。


8.如权利要求7所述的方法，其中，所述发泡成型包括以下步骤：
-可选地，用粘合促进剂涂覆所述聚(甲基)丙烯酰亚胺颗粒；
-将可选涂覆的聚(甲基)丙烯酰亚胺颗粒填充到成形工具中；
-将所述成形工具加热至成形温度，并将所述成形工具加压至成形压力；
-将所述成形工具冷却至冷却温度以提供成型的泡沫组件；
-使所述成型的泡沫组件变形。


9.如权利要求8...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·布兰德斯泰特，T·施罗夫纳，ML·费希尔，C·西奥博尔德，
申请(专利权)人：慕贝尔碳纤维技术有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT