[發明專利]一種密度梯度聚丙烯酸酯泡沫材料的制備方法

有效

• 申請號: 201510414304.7
• 申請日: 2015-07-15
• 公開（公告）號: CN104987527B
• 公開（公告）日: 2017-08-15
• 發明（設計）人: 龐曉;羅炫;張林
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: C08J9/28
• 分類號: C08J9/28;C08L35/02;C08F122/14;C08F2/48
• 代理公司: 中國工程物理研究院專利中心51210
• 代理人: 翟長明,韓志英

技術領域

本發明屬于低密度多孔材料的制備領域，具體涉及一種密度梯度聚丙烯酸酯泡沫材料的制備方法。

背景技術

功能梯度材料（Functionally gradient materials，FGM）是指組分、結構、物性參數和物理、化學、生物等單一或復合性能都呈連續變化，從而使材料性質和功能也呈梯度變化，以適應不同環境，實現某一特殊功能的新型復合材料。由于FGM具有一般復合材料無法比擬的優點，通過金屬、陶瓷、高分子等物質的巧妙結合，在各種對材料有特殊要求的領域有著廣闊的應用前景，受到世界各國的高度重視。2006年，美國“星塵號”太空船順利返航，成功完好地帶回了在太空中捕捉的彗星塵埃顆粒。它所使用的粒子捕集器是一種密度梯度SiO₂氣凝膠材料，這種在材料密度方面實現梯度變化的氣凝膠材料大大增強了其在粒子捕捉方面的功能，相對于單一密度的SiO₂氣凝膠材料有著極大的改善。低密度多孔材料的所有性能表現都與其密度息息相關，由功能梯度材料的定義可知，實現密度的梯度變化，將帶來材料功能的梯度變化，這將大大擴展低密度多孔材料的應用范圍。由此，制備功能梯度的低密度多孔材料，探索功能梯度低密度多孔材料的應用引起了學者們的關注。

低密度泡沫（包括氣凝膠）材料，在激光沖擊波、激光-等離子體相互作用、慣性聚變能科學（IFE）和反應堆技術等領域具有極其廣闊的應用前景。由于聚丙烯酸酯泡沫具有密度低（最低為2mg/cm³）、蜂窩尺寸小（約1μm）以及可以直接原位成型和易于摻雜高Z元素等特點，在慣性約束聚變（ICF）靶用填充材料、支撐材料、均化材料、緩沖材料等方面得到了廣泛應用。ICF 實驗的內爆壓縮過程中，由于受到流體力學不穩定性的影響，受到擾動的兩輕重流體交界面，當處于方向由重流體指向輕流體的有效重力場中或沖擊波作用時，擾動將發展，界面將失穩，兩種物質將發生湍流混合。重力場作用下的不穩定性，稱為 Rayleigh-Taylor（簡稱R-T）不穩定性；激波作用下的界面不穩定性稱為Richtmyer-Meshkov（簡稱R-M）不穩定性。在ICF 實驗中，由于R-T和R-M 不穩定性的作用，將影響到DT氣體的內爆壓縮、升溫、點火和燃燒，甚至導致點火的失敗。密度梯度泡沫材料則能很好的解決上述難題。連續密度梯度泡沫材料由于不存在層間界面，在ICF 實驗的內爆壓縮過程中將有效避免流體力學不穩定性的產生。

中國專利文獻，公開號CN102030337A提供了一種連續密度梯度SiO₂氣凝膠的制備方法。以正硅酸乙酯為有機硅源，采用連續成型工藝，通過自行設計搭建密度梯度混合成型裝置，將高、低兩種目標密度的前軀體溶膠不斷混合，獲得具有連續密度梯度的SiO₂溶膠，靜置凝膠后，經替換老化和超臨界干燥工藝制備獲得連續密度梯度SiO₂氣凝膠。該制備工藝搭建成型裝置較為麻煩，成型過程中所需要控制的步驟較多，不易于精確掌控，特別是在溶膠加入過程中會對已加入溶膠有沖擊作用，容易破壞梯度形成過程。本發明通過改良密度梯度溶膠的制備工藝，設計了離心混合的制備方法，使用該方法制備密度梯度低密度多孔材料更加高效、簡便、可控。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種密度梯度聚丙烯酸酯泡沫材料的制備方法。

本發明所采取的技術方案是：

以鄰苯二甲酸二丁酯為溶劑，三羥甲基丙烷三丙烯酸酯為溶質，安息香甲基醚為光引發劑制取溶膠，通過改變溶質的量來得到不同密度的溶膠；采用離心混合的密度梯度溶膠制備工藝，制備出密度梯度的丙烯酸酯溶膠；采用紫外光輻照照射引發丙烯酸酯單體聚合，形成密度梯度聚丙烯酸酯濕凝膠；最后結合超臨界干燥工藝，制備出連續密度梯度的聚丙烯酸酯泡沫材料。

一種密度梯度聚丙烯酸酯泡沫材料的制備方法，其特點是，所述方法包括以下步驟：

A、以鄰苯二甲酸二丁酯為溶劑，三羥甲基丙烷三丙烯酸酯為溶質，配置密度為ρ_A的丙烯酸酯溶膠A和密度為ρ_B的丙烯酸酯溶膠B；

B、采用離心混合的密度梯度溶膠制備工藝，制得連續密度梯度丙烯酸酯溶膠；

C、將步驟B中制得的連續密度梯度丙烯酸酯溶膠，采用紫外光輻照及同時加入光引發劑引發聚合反應，制得連續密度梯度的聚丙烯酸酯濕凝膠；

D、將步驟C中制得的連續密度梯度聚丙烯酸酯濕凝膠經溶劑替換，并采用超臨界干燥工藝，制得密度梯度聚丙烯酸酯泡沫材料。