Povzetek:
Z uporabo utekočinjenega MDI in polikarbonatnega diola (PCDL) kot glavnih surovin, vode kot sredstva za penjenje, trietilamina in dibutilkositrovega dilaurata kot katalizatorjev je bila sintetizirana serija poliuretanskih pen s spominom oblike (SMPUF). Vpliv vsebnosti vode na učinkovitost pene je bil raziskan s testiranjem gostote, testiranjem kompresijske učinkovitosti, testiranjem diferencialne skenirajoče kalorimetrije in testiranjem spomina oblike. Rezultati kažejo, da sta stopnja obnovitve oblike in stopnja fiksacije oblike SMPUF do 100 odstotkov, najkrajši čas, potreben za obnovitev oblike, pa je 9 s. Vse višje in višje.
Poliuretanska pena s spominom oblike (SMPUF) je poseben razred materialov s spominom oblike. V primerjavi s poliuretanskim elastomerom s spominom oblike [1] ima SMPUF prednosti nizke gostote, dobre absorpcije energije, očitnega učinka obnovitve oblike in ga je mogoče hitro oblikovati v določeno obliko [2], zato se pogosto uporablja v letalstvu in biomedicini. , nafta itd. Rudarstvo in druga področja imajo lahko potencial uporabe [3-4]. Kljub temu je zelo malo poročil o raziskavah poliuretanskih pen s spominom oblike.
Kang et al[5] so sintetizirali večstenske ogljikove nanocevke/poliuretanske pene s polieter poliolom in 4,4'-difenilmetan diizocianatom (MDI) kot surovino ter vodo kot sredstvom za penjenje. Dodatek večstenskih ogljikovih nanocevk lahko bistveno poveča mehansko trdnost in lastnosti spomina oblike poliuretanskih pen. Chung et al. [6] so uporabili MDI, polikaprolakton diol (PCL) in 1,4-butandiol (BDO) za sintezo poliuretana z enostopenjsko metodo in nato raztopili poliuretan v tetrahidrofuranu, da so pripravili poliuretan z metodo izpiranja soli. Pena, njena stopnja fiksacije oblike in stopnja okrevanja so višje od 98 odstotkov. SMPUF ima širši razvojni prostor kot poliuretanski elastomeri, zato je treba okrepiti raziskave postopka njegove priprave in razmerja med strukturo in lastnostjo, da bi razširili njegovo uporabo na različnih področjih.
V tej študiji je bil SMPUF pripravljen z uporabo polikarbonatnega diola (PCDL) in utekočinjenega MDI kot glavnih surovin ter vode kot sredstva za razpenjanje, raziskan pa je bil učinek količine vode na lastnosti poliuretanske pene s spominom oblike.
Eksperimentalni del 1.1 Glavni reagenti in instrumenti Polikarbonatni diol, blagovna znamka PD2000, industrijski razred, Beijing Beihua Engineering Technology Co., Ltd.; utekočinjeni MDI (MM103), podjetje BASF; 1,4-cikloheksandimetanol (CHDM), analitska kakovost, Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd.; Trietilamin, analitska kakovost, tovarna kemičnih reagentov Tianjin Fuchen; Dibutilkositrov dilaurat, analitska kakovost, Tianjin Guangfu Institute of Fine Chemicals.
XWW-20Univerzalni stroj za testiranje materialov, Chengde Jinjian Testing Equipment Co., Ltd.; DSC204 F1 instrument diferencialne skenirajoče kalorimetrije (DSC), Nemčija Netzsch Company.
1.2 Eksperimentalni postopek
Dodajte PCDL v suho bučko s tremi grli, opremljeno s termometrom, mešalom in vakuumskim nastavkom, ter jo vakuumsko dehidrirajte 1,5 do 2 uri pod pogoji 105 stopinj in -0.1 MPa. Ko je vsebnost vlage manjša od 0,1 odstotka, prenehajte z vakuumiranjem, ohladite na 50 stopinj in shranite v zaprti posodi do uporabe. MDI smo pred uporabo segrevali v električni sušilni peči pri 50 stopinjah 1 uro.
Stehtajte PCDL, CHDM, vodo, trietilamin in dibutilkositrov dilaurat, premešajte in jih premešajte pri visoki hitrosti, nato odmerite utekočinjene komponente MDI, enakomerno premešajte pri visoki hitrosti, vlijte v kalup, reakcija penjenja bo v 15 s Po zaključku, vzorce smo pred testiranjem starali 7 d. V poskusu se je spremenila samo količina izocianata in vode (glede na količino PCDL 100 g), vrednost R je bila 1,05, pena z vodno količino ag pa je bila zapisana kot SMPUF-a, kot je SMPUF-0. 5 pomeni, da je količina vode 0,5 g.
1.3 Testiranje in karakterizacija
Gostota pene je testirana v skladu z GB/T 6343-2009; tlačna trdnost je testirana pri 20 stopinjah po GB/T 8813-2008 metodi.
Pogoji preskusa DSC: atmosfera N2, temperaturno območje 25 ~ 125 stopinj, stopnja segrevanja 20 stopinj/min.
Test celične morfologije: svetlobni mikroskop, 40x, prerez, barvanje s sulfonilrodaminom B.
Preskus spomina oblike: vsi vzorci so kocke velikosti 25 mm × 25 mm × 25 mm, razdalja med črtami za označevanje pa je L0; segrejte vzorce na 60 stopinj (ali 80 stopinj, 100 stopinj), uporabite zunanjo silo za stiskanje na 20 odstotkov in dejanska višina je označena. Ohladite na 0 stopinj, ohranite obliko 10 minut, postavite na sobno temperaturo za 30 minut, izmerite višino in jo zabeležite kot L2; segrejte vzorec na 60 stopinj (ali 80 stopinj, 100 stopinj), zabeležite doseženo višino kot L3 in zabeležite obnovitev na najvišji čas t, potreben za višino. Izračunano po naslednji formuli:
Stopnja fiksacije oblike Rf=[( L0-L2 ) /( L0-L1) ]×100 odstotkov
Stopnja obnovitve deformacije Rr=[( L3 - L2 ) / ( L0 - L2 ) ] × 100 odstotkov
2 Rezultati in razprava
2.1 Vpliv doziranja vode na tlačno trdnost pene
V tem poskusu je bil raziskan učinek doziranja vode na tlačno trdnost SMPUF, rezultati pa so prikazani v tabeli 1.
Iz tabele 1 je razvidno, da se s povečanjem vsebnosti vode iz 0,5 g na 3.0 g gostota SMPUF postopoma zmanjšuje, tlačna trdnost pa najprej narašča in nato pada. To je zato, ker voda reagira z izocianatom, da tvori sečninske skupine, nekatere skupine sečnine pa lahko nadalje reagirajo, da tvorijo biuretne skupine. Kohezijska energija skupin sečnine in biuretnih skupin je višja od energije uretanskih skupin, zato s povečanjem porabe vode povečanje količine vode povzroči tudi več praznin znotraj SMPUF, poveča premer pene, zmanjša gostoto materiala in s tem zmanjšajo trdnost materiala. Zato se s povečanjem porabe vode tlačna trdnost SMPUF najprej poveča in nato zmanjša, največja vrednost pa je 0.49 MPa.
Poleg tega smo z mikroskopom opazovali celično strukturo vzorca. Z večanjem količine vode postaja premer celice večji in bolj neenakomeren. To je zato, ker je plin v celicah v glavnem sestavljen iz ogljikovega dioksida, ki nastane s kemično reakcijo vode in izocianata [7]. Ko se količina vode poveča, se plin poveča in gostota zmanjša.
2.2 Vpliv doziranja vode na toplotne lastnosti pene
Slika 1 prikazuje spekter DSC vzorca SMPUF.
Iz slike 1 je razvidno, da se s povečanjem vsebnosti vode temperatura taljenja mehkega segmenta (Tm) SMPUF postopoma povečuje (37 stopinj, 43 stopinj, 47 stopinj, 50 stopinj oziroma 54 stopinj). To je zato, ker je skupina sečnine bolj polarna kot skupina uretana [8] in bo povečanje količine vode povzročilo nastanek več skupin sečnine v SMPUF, kar bo povečalo sterično oviro gibanja polimerne molekule. veriga. Tm se poveča.
2.3 Vpliv vsebnosti vode na lastnosti spomina oblike pene
Tabela 2 prikazuje lastnosti spomina oblike vzorcev SMPUF, pripravljenih z različnimi količinami vode pri različnih temperaturah.
Iz tabele 2 je razvidno, da je stopnja fiksacije oblike Rf vzorcev SMPUF, pripravljenih z različnimi odmerki vode pri različnih temperaturah, vseh 100 odstotkov; pri isti temperaturi se s povečanjem odmerka vode povečata stopnja obnovitve oblike Rr in čas obnovitve oblike t pene. Oboje se je postopoma zmanjševalo; s povišanjem temperature se je stopnja obnavljanja oblike pene postopoma povečevala, čas obnavljanja oblike pa se je postopoma zmanjševal.
PCDL, ki sestavlja mehki segment SMPUF, ima kristaliničnost. Ko se temperatura SMPUF poveča in temperatura zniža, se molekularna veriga mehkega segmenta PCDL z znižanjem temperature »zamrzne«. Zato ima ta SMPUF dobro stopnjo fiksacije oblike [9]. Na stopnjo obnavljanja oblike SMPUF vpliva gostota pene. Manjša kot je gostota, manjši je delež smole na prostorninsko enoto in manjša je vsebnost trdega segmenta. Ko je temperatura konstantna, se učinek pene na obnovitev oblike poslabša s povečanjem porabe vode, 60 Stopnje obnovitve oblike SMPUF-3.0 pri stopinjah, 80 stopinj in 100 stopinj je bilo 93,2 odstotka, 96,0 odstotkov oziroma 98,0 odstotkov. Večja kot je velikost por celic SMPUF, večja je deformacija ogrodja pene, večja je shranjena energija in večji je stres obnove molekularne verige [10]. Zato, ko je temperatura fiksna, se čas obnovitve oblike pene postopoma zmanjšuje s povečanjem porabe vode. , so časi obnovitve oblike SMPUF-3.0 pri 60 stopinjah, 80 stopinjah in 100 stopinjah 26 s, 18 s oziroma 9 s.
Iz tabele 2 je razvidno tudi, da se stopnja obnovitve SMPUF-3.0 povečuje, čas obnovitve oblike pa se zmanjšuje z naraščanjem temperature. To je zato, ker višja kot je temperatura, več energije pridobi molekularni segment, močnejše je gibanje segmenta in popolnejše gibanje mehkega in trdega segmenta.
3 Zaključek
(1) Poliuretanska pena s spominom oblike je bila uspešno pripravljena, stopnja obnovitve oblike in stopnja fiksacije oblike sta bili do 100 odstotkov (z odmerkom vode 0,5 g in 1 g) in oblika čas okrevanja je bil le 9 s (odmerek vode je bil 3,0 s). g, temperatura je 100 stopinj).
(2) S povečanjem vsebnosti vode se je gostota poliuretanske pene s spominom oblike postopoma zmanjševala, tlačna trdnost se je najprej povečala in nato zmanjšala, Tm pa se je postopoma povečeval.
