Sažetak:
Koristeći ukapljeni MDI i polikarbonat diol (PCDL) kao glavne sirovine, vodu kao sredstvo za pjenjenje, trietilamin i dibutilkalaj dilaurat kao katalizatore, sintetizirana je serija poliuretanskih pjena sa memorijom oblika polikarbonata (SMPUF). Utjecaj sadržaja vode na performanse pjene istražen je ispitivanjem gustoće, testiranjem performansi kompresije, testiranjem diferencijalne skenirajuće kalorimetrije i testiranjem performansi memorije oblika. Rezultati pokazuju da je stopa oporavka oblika i stopa fiksacije oblika SMPUF-a do 100 posto, a najkraće vrijeme potrebno za oporavak oblika je 9 s. Sve više i više.
Poliuretanska pjena s memorijom oblika (SMPUF) je posebna klasa materijala za memoriju oblika. U poređenju sa poliuretanskim elastomerom sa memorijom oblika [1], SMPUF ima prednosti niske gustine, dobre performanse apsorpcije energije, očiglednog efekta oporavka oblika i može se brzo oblikovati u određeni oblik [2], tako da se široko koristi u vazduhoplovstvu, biomedicini , nafta, itd. Rudarstvo i druga polja mogu imati potencijal primjene [3-4]. Ipak, postoji vrlo malo istraživačkih izvještaja o poliuretanskim pjenama sa memorijom oblika.
Kang et al[5] sintetizirali su višeslojne ugljične nanocijevi/poliuretanske pjene sa polieter poliolom i 4,4'-difenilmetan diizocijanatom (MDI) kao sirovinama i vodom kao sredstvom za pjenjenje. Dodatak višeslojnih ugljeničnih nanocevi može značajno poboljšati mehaničku čvrstoću i svojstva memorije oblika poliuretanske pene. Chung et al. [6] je koristio MDI, polikaprolakton diol (PCL) i 1,4-butandiol (BDO) za sintetizaciju poliuretana metodom u jednom koraku, a zatim rastvorio poliuretan u tetrahidrofuranu da bi pripremio poliuretan metodom luženja soli. Pjena, njena stopa fiksacije oblika i stopa oporavka su veći od 98 posto. SMPUF ima širi razvojni prostor od poliuretanskih elastomera, te je potrebno pojačati istraživanje procesa njegove pripreme i odnosa strukture i svojstva kako bi se proširila njegova primjena u različitim oblastima.
U ovoj studiji SMPUF je pripremljen korištenjem polikarbonatnog diola (PCDL) i ukapljenog MDI kao glavne sirovine i vode kao sredstva za napuhavanje, a istražen je utjecaj količine vode na svojstva poliuretanske pjene s memorijom oblika.
Eksperimentalni dio 1.1 Glavni reagensi i instrumenti Polikarbonatni diol, marka PD2000, industrijski razred, Beijing Beihua Engineering Technology Co., Ltd.; tečni MDI (MM103), kompanija BASF; 1,4-cikloheksandimetanol (CHDM), analitička kvaliteta, Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd.; Trietilamin, analitička čistoća, Tianjin Fuchen Fabrika hemijskih reagensa; Dibutilkalaj dilaurat, analitička kvaliteta, Tianjin Guangfu Institute of Fine Chemicals.
XWW-20Univerzalna mašina za ispitivanje materijala, Chengde Jinjian Testing Equipment Co., Ltd.; DSC204 F1 instrument za diferencijalnu skenirajuću kalorimetriju (DSC), Njemačka Netzsch Company.
1.2 Eksperimentalni proces
Dodati PCDL u suvu tikvicu sa tri grla opremljenu termometrom, mešalicom i vakuumskim repom i dehidrirati ga u vakuumu 1,5 do 2 h pod uslovima od 105 stepeni i -0.1 MPa. Kada je sadržaj vlage manji od 0,1 posto, zaustavite usisavanje, ohladite na 50 stepeni i čuvajte u zatvorenoj posudi do upotrebe. MDI je prethodno zagrijan u električnoj peći za mlazno sušenje na 50 stepeni 1 h do upotrebe.
Izvagajte PCDL, CHDM, vodu, trietilamin i dibutilkalaj dilaurat, promiješajte i pomiješajte ih velikom brzinom, zatim izmjerite u tečne MDI komponente, ravnomjerno promiješajte velikom brzinom, sipajte u kalup, reakcija pjene će biti unutar 15 s nakon završetka, uzorci su stari 7 dana prije testiranja. U eksperimentu je promijenjena samo količina izocijanata i vode (u odnosu na količinu PCDL 100 g), R vrijednost je bila 1,05, a pjena sa količinom vode ag je zabilježena kao SMPUF-a, kao što je SMPUF-0. 5 znači da je količina vode 0,5 g.
1.3 Testiranje i karakterizacija
Gustoća pjene je testirana prema GB/T 6343-2009; tlačna čvrstoća je testirana na 20 stepeni prema GB/T 8813-2008 metodi.
Uslovi DSC testa: atmosfera N2, temperaturni opseg 25 ~ 125 stepeni, brzina grejanja 20 stepeni/min.
Test morfologije ćelije: Svetlosni mikroskop, 40x, poprečni presek, bojenje sulfonilrodaminom B.
Test memorije oblika: svi uzorci su kocke 25 mm × 25 mm × 25 mm, a razmak između linija za označavanje je L0; zagrijati uzorke na 60 stepeni (ili 80 stepeni, 100 stepeni), primijeniti vanjsku silu za kompresiju do 20 posto, a stvarna visina je označena. Ohladiti na 0 stepeni, zadržati oblik 10 min, staviti na sobnu temperaturu 30 min, izmjeriti visinu, zabilježiti kao L2; zagrijte uzorak na 60 stepeni (ili 80 stepeni, 100 stepeni), zabilježite povratnu visinu kao L3 i zabilježite oporavak do najvećeg vremena t potrebnog za visinu. Izračunato prema sljedećoj formuli:
Stopa fiksacije oblika Rf=[( L0-L2 ) /( L0-L1) ]×100 posto
Stopa oporavka deformacije Rr=[( L3 - L2 ) / ( L0 - L2 )] × 100 posto
2 Rezultati i diskusija
2.1 Utjecaj doziranja vode na tlačnu čvrstoću pjene
U ovom eksperimentu istražen je utjecaj doziranja vode na tlačnu čvrstoću SMPUF-a, a rezultati su prikazani u tabeli 1.
Iz tabele 1 se može vidjeti da sa povećanjem sadržaja vode sa 0.5 g na 3.0 g, gustina SMPUF-a postepeno opada, a tlačna čvrstoća prvo raste, a zatim opada. To je zato što voda reaguje sa izocijanatom da formira uree grupe, a neke grupe uree mogu dalje reagovati da formiraju biuretne grupe. Energija kohezije urea grupa i biuretnih grupa veća je od uretanske grupe, tako da sa povećanjem potrošnje vode, međutim, povećanje količine vode će uzrokovati i više praznina unutar SMPUF-a, povećati prečnik pjene, smanjiti gustoću materijala, a samim tim i smanjenje čvrstoće materijala. Dakle, sa povećanjem potrošnje vode, tlačna čvrstoća SMPUF-a prvo raste, a zatim opada, a maksimalna vrijednost je 0.49 MPa.
Osim toga, mikroskopom je promatrana ćelijska struktura uzorka. Kako se količina vode povećava, prečnik ćelije postaje sve veći i neujednačeniji. To je zato što se plin u stanicama uglavnom sastoji od ugljičnog dioksida proizvedenog kemijskom reakcijom vode i izocijanata [7]. Kako se količina vode povećava, plin se povećava, a gustoća se smanjuje.
2.2 Utjecaj doziranja vode na termička svojstva pjene
Slika 1 prikazuje DSC spektar uzorka SMPUF.
Sa slike 1 se vidi da sa povećanjem sadržaja vode, temperatura topljenja mekog segmenta (Tm) SMPUF postepeno raste (37 stepeni, 43 stepena, 47 stepeni, 50 stepeni i 54 stepena, respektivno). To je zato što je urea grupa polarnija od uretanske grupe [8], a povećanje količine vode će dovesti do stvaranja više grupa uree u SMPUF-u, što će povećati steričku smetnju kretanju molekule polimera. lanac. Tm se povećava.
2.3 Utjecaj sadržaja vode na svojstva memorije oblika pjene
Tabela 2 pokazuje svojstva memorije oblika SMPUF uzoraka pripremljenih s različitim količinama vode na različitim temperaturama.
Iz Tabele 2 se može vidjeti da je stopa fiksacije oblika Rf uzoraka SMPUF pripremljenih s različitim dozama vode na različitim temperaturama svih 100 posto; na istoj temperaturi, sa povećanjem doze vode, povećava se brzina obnavljanja oblika Rr i vrijeme oporavka oblika t pjene. Oba su se postepeno smanjivala; s povećanjem temperature, stopa obnavljanja oblika pjene postupno se povećavala, a vrijeme obnavljanja oblika postepeno se smanjivalo.
PCDL koji čini meki segment SMPUF-a ima kristalnost. Nakon porasta temperature SMPUF-a i snižavanja temperature, molekularni lanac mekog segmenta PCDL-a se "zamrzava" sa padom temperature. Stoga ovaj SMPUF ima dobru stopu fiksacije oblika [9]. Na brzinu obnavljanja oblika SMPUF-a utiče gustina pene. Što je manja gustina, to je manji udio smole po jedinici volumena, a manji je sadržaj tvrdog segmenta. Stoga, kada je temperatura konstantna, efekat obnavljanja oblika pjene postaje gori sa povećanjem potrošnje vode, 60 Stope obnavljanja oblika SMPUF-3.0 na stepenu , 80 stepen i 100 stepen su 93,2 posto, 96,0 posto i 98,0 posto, respektivno. Što je veća veličina pora SMPUF ćelija, veća je deformacija pjenastog skeleta, veća je pohranjena energija i veći je stres oporavka molekularnog lanca [10]. Stoga, kada je temperatura fiksna, vrijeme obnavljanja oblika pjene postepeno se smanjuje s povećanjem potrošnje vode. , vremena oporavka oblika SMPUF-3.0 na 60 stepeni, 80 stepeni i 100 stepeni su 26 s, 18 s i 9 s, respektivno.
Iz tabele 2 se također može vidjeti da se stopa oporavka SMPUF-3.0 povećava, a vrijeme oporavka oblika smanjuje kako temperatura raste. To je zato što što je temperatura viša, molekularni segment dobija više energije, to je jače kretanje segmenta i potpunije kretanje mekog i tvrdog segmenta.
3 Zaključak
(1) Poliuretanska pjena s memorijom oblika uspješno je pripremljena, stopa oporavka oblika i stopa fiksacije oblika do 100 posto (sa dozom vode od 0,5 g i 1 g), a oblik vrijeme oporavka je bilo samo 9 s (doziranje vode je 3,0 s). g, temperatura je 100 stepeni).
(2) S povećanjem sadržaja vode, gustoća poliuretanske pjene s memorijom oblika postupno se smanjivala, tlačna čvrstoća se prvo povećavala, a zatim smanjivala, a Tm se postupno povećavao.
