Streszczenie:
Wykorzystując skroplone MDI i diol poliwęglanowy (PCDL) jako główne surowce, wodę jako środek spieniający, dilauran trietyloaminy i dibutylocyny jako katalizatory, zsyntetyzowano serię pianek poliuretanowych z pamięcią kształtu poliwęglanu (SMPUF). Wpływ zawartości wody na wydajność pianki badano za pomocą testów gęstości, testów wydajności kompresji, różnicowych testów kalorymetrii skaningowej i testów wydajności pamięci kształtu. Wyniki pokazują, że szybkość odzyskiwania kształtu i szybkość utrwalania kształtu SMPUF wynoszą do 100%, a najkrótszy czas wymagany do odzyskania kształtu wynosi 9 s. Coraz wyżej.
Pianka poliuretanowa z pamięcią kształtu (SMPUF) to specjalna klasa materiałów z pamięcią kształtu. W porównaniu z elastomerem poliuretanowym z pamięcią kształtu [1], SMPUF ma zalety niskiej gęstości, dobrej absorpcji energii, oczywistego efektu odzyskiwania kształtu i może być szybko formowany w określony kształt [2], dzięki czemu jest szeroko stosowany w lotnictwie, biomedycynie, ropie naftowej itp. Górnictwo i inne dziedziny mogą mieć potencjał aplikacyjny [3-4]. Niemniej jednak istnieje bardzo niewiele raportów badawczych dotyczących pianek poliuretanowych z pamięcią kształtu.
Kang i in.[5] zsyntetyzowali wielościenne nanorurki węglowe / pianki poliuretanowe z poliolem polieterowym i diizocyjanianem 4,4'-difenylometanu (MDI) jako surowcem i wodą jako środkiem spieniającym. Dodatek wielościennych nanorurek węglowych może znacznie zwiększyć wytrzymałość mechaniczną i właściwości pamięci kształtu pianek poliuretanowych. Chung i in. [6] wykorzystali MDI, polikaprolakton diol (PCL) i 1,4-butanodiol (BDO) do syntezy poliuretanu metodą jednoetapową, a następnie rozpuścili poliuretan w tetrahydrofuranie w celu przygotowania poliuretanu metodą ługowania solą. Pianka, jej szybkość utrwalania kształtu i szybkość odzysku są wyższe niż 98%. SMPUF ma szerszą przestrzeń rozwojową niż elastomery poliuretanowe i konieczne jest wzmocnienie badań nad procesem jego przygotowania i relacją struktura-właściwość, aby rozszerzyć jego zastosowanie w różnych dziedzinach.
W tym badaniu SMPUF został przygotowany przy użyciu poliwęglanowego diolu (PCDL) i skroplonego MDI jako głównych surowców i wody jako środka porotwórczego, a także zbadano wpływ ilości wody na właściwości pianki poliuretanowej z pamięcią kształtu.
Część doświadczalna 1.1 Główne odczynniki i instrumenty Diol poliwęglanowy, marka PD2000, gatunek przemysłowy, Beijing Beihua Engineering Technology Co., Ltd.; skroplony MDI (MM103), firma BASF; 1,4-cykloheksanodimetanol (CHDM), gatunek analityczny, Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd.; Trietyloamina, gatunek analityczny, Tianjin Fuchen Chemical Reagent Factory; Dilaurynian dibutylocyny, gatunek analityczny, Tianjin Guangfu Institute of Fine Chemicals.
XWW-20A uniwersalna maszyna do testowania materiałów, Chengde Jinjian Testing Equipment Co., Ltd.; DSC204 F1 Differential Scanning Calorimetry (DSC), Niemcy Netzsch Company.
1.2 Proces eksperymentalny
Dodać PCDL do suchej kolby z trzema szyjkami wyposażonej w termometr, mieszadło i próżniową końcówkę ogonową i odwadniać próżniowo przez 1,5 do 2 godzin w warunkach 105 °C i -0,1 MPa. Gdy zawartość wilgoci jest mniejsza niż 0,1%, zatrzymać odkurzanie, schłodzić do 50 °C i przechowywać w zamkniętym pojemniku do czasu użycia. MDI podgrzewano w elektrycznym piecu suszarniczym w temperaturze 50 °C przez 1 godzinę do momentu użycia.
Zważyć PCDL, CHDM, wodę, dilaurynę trietyloaminy i dibutyltynę, wymieszać i wymieszać z dużą prędkością, a następnie odmierzyć w skroplonych składnikach MDI, mieszać równomiernie z dużą prędkością, wlać do formy, reakcja spieniania będzie w ciągu 15 s Po zakończeniu próbki były starzone przez 7 d przed badaniem. W eksperymencie zmieniono tylko ilość izocyjanianu i wody (w stosunku do ilości PCDL 100 g), wartość R wynosiła 1. 05, a piana z ilością wody o g została zarejestrowana jako SMPUF-a, taka jak SMPUF-0. 5 oznacza, że ilość wody wynosi 0,5 g.
1.3 Testowanie i charakteryzacja
Gęstość piany jest testowana zgodnie z GB / T 6343-2009; wytrzymałość na ściskanie jest badana w temperaturze 20 °C zgodnie z metodą GB/T 8813-2008.
Warunki badania DSC: atmosfera N2, zakres temperatur 25 ~ 125 °C, szybkość ogrzewania 20 °C / min.
Test morfologii komórek: Mikroskop świetlny, 40x, przekrój, barwienie sulfonylorhodaminą B.
Test pamięci kształtu: wszystkie próbki są kostkami o długości 25 mm × 25 mm × 25 mm, a odległość między liniami znakującymi wynosi L0; podgrzać próbki do temperatury 60 °C (lub 80 °C, 100 °C), przyłożyć siłę zewnętrzną do ściśnięcia do 20%, a rzeczywista wysokość jest oznaczona. Schłodzić do 0 °C, zachować kształt przez 10 minut, umieścić w temperaturze pokojowej na 30 min, zmierzyć wysokość, zapisać jako L2; podgrzać próbkę do temperatury 60 °C (lub 80 °C, 100 °C), zapisać odzyskaną wysokość jako L3 i zapisać odzysk do najwyższego czasu t wymaganego dla wysokości. Obliczono według następującego wzoru:
Szybkość utrwalania kształtu Rf = [( L0-L2 ) /( L0-L1) ]×100%
Współczynnik odzysku odkształceń Rr = [( L3 - L2 ) / ( L0 - L2 ) ] × 100%
2 Wyniki i dyskusja
2.1 Wpływ dozowania wody na wytrzymałość piany na ściskanie
W tym eksperymencie zbadano wpływ dozowania wody na wytrzymałość SMPUF na ściskanie, a wyniki przedstawiono w Tabeli 1.
Z tabeli 1 wynika, że wraz ze wzrostem zawartości wody z 0,5 g do 3,0 g gęstość SMPUF stopniowo maleje, a wytrzymałość na ściskanie najpierw wzrasta, a następnie maleje. Dzieje się tak dlatego, że woda reaguje z izocyjanianem, tworząc grupy mocznikowe, a niektóre grupy mocznikowe mogą dalej reagować tworząc grupy biuretowe. Energia kohezyjna grup mocznika i grup biuretowych jest wyższa niż grup uretanowych, więc wraz ze wzrostem zużycia wody Jednak wzrost ilości wody spowoduje również więcej pustych przestrzeni wewnątrz SMPUF, zwiększy średnicę pianki, zmniejszy gęstość materiału, a tym samym zmniejszy wytrzymałość materiału. Dlatego wraz ze wzrostem zużycia wody wytrzymałość na ściskanie SMPUF najpierw wzrasta, a następnie maleje, a maksymalna wartość wynosi 0,49 MPa.
Ponadto strukturę komórkową próbki obserwowano za pomocą mikroskopu. Wraz ze wzrostem ilości wody średnica komórki staje się większa i bardziej niejednolita. Dzieje się tak dlatego, że gaz w komórkach składa się głównie z dwutlenku węgla wytwarzanego w wyniku reakcji chemicznej wody i izocyjanianu [7]. Wraz ze wzrostem ilości wody gaz wzrasta, a gęstość maleje.
2.2 Wpływ dozowania wody na właściwości termiczne piany
Rysunek 1 przedstawia widmo DSC próbki SMPUF.
Na rysunku 1 widać, że wraz ze wzrostem zawartości wody temperatura topnienia segmentu miękkiego (Tm) SMPUF wzrasta stopniowo (odpowiednio 37 °C, 43 °C, 47 °C, 50 °C i 54 °C). Dzieje się tak dlatego, że grupa mocznikowa jest bardziej polarna niż grupa uretanowa [8], a wzrost ilości wody doprowadzi do powstania większej liczby grup mocznika w SMPUF, co zwiększy steryczną przeszkodę ruchu łańcucha molekularnego polimeru. Tm wzrasta.
2.3 Wpływ zawartości wody na właściwości pamięci kształtu pianki
Tabela 2 przedstawia właściwości pamięci kształtu próbek SMPUF przygotowanych z różnymi ilościami wody w różnych temperaturach.
Z tabeli 2 wynika, że szybkość wiązania kształtu Rf próbek SMPUF przygotowanych z różnymi dawkami wody w różnych temperaturach wynosi 100%; w tej samej temperaturze, wraz ze wzrostem dawki wody, zwiększa się szybkość odzysku kształtu Rr i czas odzyskiwania kształtu t pianki. Oba stopniowo zmniejszały się; wraz ze wzrostem temperatury szybkość odzyskiwania kształtu pianki stopniowo wzrastała, a czas odzyskiwania kształtu stopniowo się zmniejszał.
PCDL, który stanowi miękki segment SMPUF, ma krystaliczność. Po wzroście temperatury SMPUF i obniżeniu temperatury łańcuch molekularny miękkiego segmentu PCDL jest "zamrożony" wraz ze spadkiem temperatury. Dlatego ten SMPUF ma dobry współczynnik utrwalania kształtu [9]. Na szybkość odzysku kształtu SMPUF wpływa gęstość piany. Im mniejsza gęstość, tym mniejszy udział żywicy na jednostkę objętości i tym mniejsza zawartość twardego segmentu. Dlatego, gdy temperatura jest stała, efekt odzyskiwania kształtu pianki pogarsza się wraz ze wzrostem zużycia wody, 60 Wskaźniki odzysku kształtu SMPUF-3,0 w °C, 80 °C i 100 °C wynosiły odpowiednio 93,2%, 96,0% i 98,0%. Im większy rozmiar porów komórek SMPUF, tym większa deformacja szkieletu piankowego, tym wyższa zmagazynowana energia i tym większy stres odzyskiwania łańcucha molekularnego [10]. Dlatego, gdy temperatura jest stała, czas odzyskiwania kształtu pianki stopniowo zmniejsza się wraz ze wzrostem zużycia wody. , czasy odzyskiwania kształtu SMPUF-3.0 w temperaturze 60 °C, 80 °C i 100 °C wynoszą odpowiednio 26 s, 18 s i 9 s.
Z tabeli 2 wynika również, że szybkość odzysku SMPUF-3.0 wzrasta, a czas odzyskiwania kształtu zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury. Dzieje się tak dlatego, że im wyższa temperatura, tym więcej energii uzyskuje segment molekularny, tym silniejszy ruch segmentu i tym pełniejszy ruch segmentu miękkiego i segmentu twardego.
3 Wniosek
(1) Pianka poliuretanowa z pamięcią kształtu została pomyślnie przygotowana, szybkość odzyskiwania kształtu i szybkość utrwalania kształtu wynosiły do 100% (przy dawce wody 0,5 g i 1 g), a czas regeneracji kształtu był tak krótki, jak 9 s (dozowanie wody wynosiło 3,0 s). g, temperatura wynosi 100 °C).
(2) Wraz ze wzrostem zawartości wody gęstość pianki poliuretanowej z pamięcią kształtu stopniowo spadała, wytrzymałość na ściskanie najpierw wzrastała, a następnie zmniejszała się, a Tm stopniowo wzrastała.
