Zhrnutie:
Použitím skvapalneného MDI a polykarbonátdiolu (PCDL) ako hlavných surovín, vody ako penotvorného činidla, trietylamínu a dibutylcíndilaurátu ako katalyzátorov sa syntetizoval rad polyuretánových pien s tvarovou pamäťou (SMPUF) polykarbonátového typu. Vplyv obsahu vody na vlastnosti peny sa skúmal testovaním hustoty, testovaním kompresného výkonu, testovaním diferenciálnej skenovacej kalorimetrie a testovaním výkonnosti tvarovej pamäte. Výsledky ukazujú, že miera obnovy tvaru a miera fixácie tvaru SMPUF sú až 100 percent a najkratší čas potrebný na obnovu tvaru je 9 s. Vyššie a vyššie.
Polyuretánová pena s tvarovou pamäťou (SMPUF) je špeciálna trieda materiálov s tvarovou pamäťou. V porovnaní s polyuretánovým elastomérom s tvarovou pamäťou [1] má SMPUF výhody nízkej hustoty, dobrej absorpcie energie, zjavného efektu obnovy tvaru a dá sa rýchlo formovať do špecifického tvaru [2], takže sa široko používa v kozmickom priemysle, biomedicíne. , ropa atď. Baníctvo a iné oblasti môžu mať aplikačný potenciál [3-4]. Napriek tomu existuje len veľmi málo výskumných správ o polyuretánových penách s tvarovou pamäťou.
Kang et al[5] syntetizovali viacstenné uhlíkové nanorúrky/polyuretánové peny s polyéterpolyolom a 4,4'-difenylmetándiizokyanátom (MDI) ako surovinami a vodou ako penotvorným činidlom. Pridanie viacstenných uhlíkových nanorúriek môže výrazne zvýšiť mechanickú pevnosť a vlastnosti tvarovej pamäte polyuretánových pien. Chung a kol. [6] použili MDI, polykaprolaktóndiol (PCL) a 1,4-butándiol (BDO) na syntézu polyuretánu pomocou jednostupňovej metódy a potom rozpustili polyuretán v tetrahydrofuráne na prípravu polyuretánu metódou lúhovania solí. Pena, jej miera fixácie tvaru a miera návratnosti sú vyššie ako 98 percent. SMPUF má širší vývojový priestor ako polyuretánové elastoméry a je potrebné posilniť výskum procesu jeho prípravy a vzťahu medzi štruktúrou a vlastnosťami, aby sa rozšírila jeho aplikácia v rôznych oblastiach.
V tejto štúdii bol SMPUF pripravený s použitím polykarbonátdiolu (PCDL) a skvapalneného MDI ako hlavných surovín a vody ako nadúvadla a skúmal sa vplyv množstva vody na vlastnosti polyuretánovej peny s tvarovou pamäťou.
Experimentálna časť 1.1 Hlavné činidlá a prístroje Polykarbonátový diol, značka PD2000, priemyselná kvalita, Beijing Beihua Engineering Technology Co., Ltd.; skvapalnený MDI (MM103), spoločnosť BASF; 1,4-cyklohexándimetanol (CHDM), analytická čistota, Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd.; Trietylamín, analytická kvalita, Tianjin Fuchen Chemical Reagent Factory; Dibutylcín dilaurát, analytická kvalita, Tianjin Guangfu Institute of Fine Chemicals.
XWW-20Univerzálny stroj na testovanie materiálov, Chengde Jinjian Testing Equipment Co., Ltd.; Prístroj na diferenciálnu skenovaciu kalorimetriu DSC204 F1 (DSC), Nemecko Netzsch Company.
1.2 Experimentálny proces
Pridajte PCDL do suchej trojhrdlovej banky vybavenej teplomerom, miešadlom a vákuovou koncovkou a vysušte ho vo vákuu 1,5 až 2 hodiny pri podmienkach 105 stupňov a -0.1 MPa. Keď je obsah vlhkosti nižší ako 0,1 percenta, zastavte vysávanie, ochlaďte na 50 stupňov a až do použitia skladujte v uzavretej nádobe. MDI sa predhrieval v elektrickej sušiarni pri teplote 50 stupňov počas 1 hodiny až do použitia.
Odvážte PCDL, CHDM, vodu, trietylamín a dibutylcíndilaurát, premiešajte a premiešajte pri vysokej rýchlosti, potom pridajte skvapalnené zložky MDI, rovnomerne premiešajte pri vysokej rýchlosti, nalejte do formy, peniaca reakcia bude do 15 s Po dokončení, vzorky boli pred testovaním starnuté 7 dní. V experimente sa zmenilo iba množstvo izokyanátu a vody (vzhľadom na množstvo PCDL 100 g), hodnota R bola 1,05 a pena s množstvom vody ag bola zaznamenaná ako SMPUF-a, napríklad SMPUF-0. 5 znamená, že množstvo vody je 0,5 g.
1.3 Testovanie a charakterizácia
Hustota peny sa testuje podľa GB/T 6343-2009; pevnosť v tlaku sa testuje pri 20 stupňoch podľa metódy GB/T 8813-2008.
Podmienky testu DSC: atmosféra N2, teplotný rozsah 25 ~ 125 stupňov, rýchlosť ohrevu 20 stupňov / min.
Test bunkovej morfológie: Svetelný mikroskop, 40x, prierez, farbenie sulfonylrodamínom B.
Test tvarovej pamäte: všetky vzorky sú kocky s rozmermi 25 mm × 25 mm × 25 mm a vzdialenosť medzi značkovacími čiarami je L0; zahrejte vzorky na 6 0 stupňov (alebo 80 stupňov , 100 stupňov ), použite vonkajšiu silu na stlačenie na 20 percent a označí sa skutočná výška. Ochlaďte na 0 stupňov, udržujte tvar 10 minút, umiestnite ho pri izbovej teplote na 30 minút, zmerajte výšku, zaznamenajte ho ako L2; zahrejte vzorku na 60 stupňov (alebo 80 stupňov, 100 stupňov), zaznamenajte zotavenú výšku ako L3 a zaznamenajte zotavenie na najvyšší čas t potrebný pre výšku. Vypočítané podľa nasledujúceho vzorca:
Miera fixácie tvaru Rf=[( L0-L2 ) /( L0-L1) ]×100 percent
Miera obnovenia deformácie Rr=[( L3 - L2 ) / ( L0 - L2 ) ] × 100 percent
2 Výsledky a diskusia
2.1 Vplyv dávkovania vody na pevnosť peny v tlaku
V tomto experimente sa skúmal vplyv dávkovania vody na pevnosť SMPUF v tlaku a výsledky sú uvedené v tabuľke 1.
Z tabuľky 1 je zrejmé, že so zvýšením obsahu vody z 0,5 g na 3.0 g hustota SMPUF postupne klesá a pevnosť v tlaku sa najprv zvyšuje a potom znižuje. Je to preto, že voda reaguje s izokyanátom za vzniku močovinových skupín a niektoré močovinové skupiny môžu ďalej reagovať za vzniku biuretových skupín. Kohézna energia močovinových skupín a biuretových skupín je vyššia ako u uretánových skupín, takže so zvýšením spotreby vody však zvýšenie množstva vody spôsobí aj viac dutín vo vnútri SMPUF, zväčší priemer peny, zníži hustotu materiálu, a tým znížiť pevnosť materiálu. So zvyšujúcou sa spotrebou vody sa teda pevnosť v tlaku SMPUF najprv zvyšuje a potom znižuje a maximálna hodnota je 0,49 MPa.
Okrem toho bola bunková štruktúra vzorky pozorovaná mikroskopom. So zvyšujúcim sa množstvom vody sa priemer bunky zväčšuje a je nerovnomernejší. Je to preto, že plyn v článkoch sa skladá hlavne z oxidu uhličitého, ktorý vzniká chemickou reakciou vody a izokyanátu [7]. Keď sa množstvo vody zvyšuje, plyn sa zvyšuje a hustota klesá.
2.2 Vplyv dávkovania vody na tepelné vlastnosti peny
Obrázok 1 ukazuje DSC spektrum vzorky SMPUF.
Z obrázku 1 je možné vidieť, že so zvyšujúcim sa obsahom vody sa teplota topenia mäkkého segmentu (Tm) SMPUF postupne zvyšuje (37 stupňov, 43 stupňov, 47 stupňov, 50 stupňov a 54 stupňov, v tomto poradí). Je to preto, že močovinová skupina je polárnejšia ako uretánová skupina [8] a zvýšenie množstva vody povedie k vytvoreniu viacerých močovinových skupín v SMPUF, čo zvýši stérickú zábranu pohybu molekuly polyméru. reťaz. Tm sa zvyšuje.
2.3 Vplyv obsahu vody na vlastnosti peny s tvarovou pamäťou
Tabuľka 2 ukazuje vlastnosti tvarovej pamäte vzoriek SMPUF pripravených s rôznymi množstvami vody pri rôznych teplotách.
Z tabuľky 2 je možné vidieť, že miera tvarovej fixácie Rf vzoriek SMPUF pripravených s rôznymi dávkami vody pri rôznych teplotách je 100 percent; pri rovnakej teplote sa so zvyšovaním dávky vody zvyšuje rýchlosť obnovenia tvaru Rr a čas obnovenia tvaru t peny. Obe postupne klesali; so zvyšovaním teploty sa rýchlosť obnovy tvaru peny postupne zvyšovala a čas obnovy tvaru sa postupne znižoval.
PCDL, ktorý tvorí mäkký segment SMPUF, má kryštalinitu. Po zvýšení teploty SMPUF a znížení teploty sa molekulárny reťazec mäkkého segmentu PCDL "zmrazí" s poklesom teploty. Preto má tento SMPUF dobrú mieru fixácie tvaru [9]. Rýchlosť obnovy tvaru SMPUF je ovplyvnená hustotou peny. Čím menšia je hustota, tým menší je podiel živice na jednotku objemu a tým menší je obsah tvrdých segmentov. Preto, keď je teplota konštantná, efekt obnovy tvaru peny sa zhoršuje so zvyšujúcou sa spotrebou vody, 60 Miera obnovy tvaru SMPUF-3.0 pri stupňoch , 80 stupeň a 100 stupeň boli 93,2 percent , 96,0 percent a 98,0 percent . Čím väčšia je veľkosť pórov buniek SMPUF, tým väčšia je deformácia penového skeletu, tým vyššia je uložená energia a tým väčšie je napätie pri obnove molekulového reťazca [10]. Preto, keď je teplota pevná, čas obnovy tvaru peny postupne klesá so zvyšujúcou sa spotrebou vody. , časy obnovenia tvaru SMPUF-3.0 pri 60 stupňoch, 80 stupňoch a 100 stupňoch sú 26 s, 18 s a 9 s.
Z tabuľky 2 je tiež zrejmé, že miera obnovy SMPUF-3.0 sa zvyšuje a čas obnovy tvaru sa znižuje so zvyšujúcou sa teplotou. Je to preto, že čím vyššia teplota, tým viac energie molekulárny segment získa, tým silnejší je pohyb segmentu a tým je pohyb mäkkého segmentu a tvrdého segmentu úplnejší.
3 Záver
(1) Polyuretánová pena s tvarovou pamäťou bola úspešne pripravená, miera obnovy tvaru a miera fixácie tvaru boli až 100 percent (s dávkou vody 0,5 g a 1 g) a tvar čas zotavenia bol len 9 s (dávka vody bola 3,0 s). g, teplota je 100 stupňov).
(2) So zvyšovaním obsahu vody sa hustota polyuretánovej peny s tvarovou pamäťou postupne znižovala, pevnosť v tlaku sa najprv zvyšovala a potom znižovala a Tm sa postupne zvyšovala.
