הכנה ומאפיינים של זיכרון צורה פוליאוריטן קצף

סיכום:

שימוש ב-MDI נוזלי ופוליקרבונט דיול (PCDL) כחומרי גלם עיקריים, מים כחומר מקציף, טריאתילאמין ודיבוטילטין דילאורט כזרזים, סונתזה סדרה של קצפי פוליאוריטן מסוג זיכרון צורני (SMPUF). השפעת תכולת המים על ביצועי הקצף נחקרה על ידי בדיקת צפיפות, בדיקת ביצועי דחיסה, בדיקת קלורימטריית סריקה דיפרנציאלית ובדיקת ביצועי זיכרון צורות. התוצאות מראות שקצב התאוששות הצורה וקצב קיבוע הצורה של SMPUF הם עד 100 אחוז, והזמן הקצר ביותר הנדרש להתאוששות הצורה הוא 9 שניות. גבוה יותר ויותר.

קצף פוליאוריטן לזיכרון צורה (SMPUF) הוא סוג מיוחד של חומרים לזיכרון צורות. בהשוואה לפוליאוריתן אלסטומר זיכרון צורה [1], ל-SMPUF יש את היתרונות של צפיפות נמוכה, ביצועי ספיגת אנרגיה טובים, אפקט שחזור צורה ברור, וניתן לעצב אותו במהירות לצורה ספציפית [2], כך שהוא נמצא בשימוש נרחב בתעופה וחלל, ביו-רפואה , נפט וכו'. כרייה ושדות אחרים עשויים להיות בעלי פוטנציאל יישום [3-4]. עם זאת, ישנם מעט מאוד דוחות מחקריים על קצף פוליאוריטן עם זיכרון צורה.

Kang et al[5] סינתזו ננו-צינוריות פחמן רב-קירות/קצף פוליאוריטן עם פוליאתר פוליאול ו-4,4'-דיפניל-מתאן די-איזוציאנאט (MDI) כחומרי גלם ומים כחומר מקציף. תוספת של ננו-צינורות פחמן מרובי קירות יכולה לשפר משמעותית את החוזק המכני ואת תכונות זיכרון הצורה של קצף פוליאוריטן. Chung et al. [6] השתמש ב-MDI, פולי-קפרולקטון דיול (PCL) ו-1,4-בוטנדיול (BDO) לסינתזה של פוליאוריטן בשיטה חד-שלבית, ולאחר מכן המיס את הפוליאוריתן ב-tetrahydrofuran כדי להכין את הפוליאוריתן בשיטת שטיפת מלח. קצף, שיעור קיבוע הצורה שלו ושיעור ההחלמה גבוהים מ-98 אחוזים. ל-SMPUF יש מרחב פיתוח רחב יותר מאלסטומרים של פוליאוריטן, ויש צורך לחזק את המחקר על תהליך ההכנה ויחסי המבנה-המאפיינים שלו כדי להרחיב את היישום שלו בתחומים שונים.

במחקר זה, SMPUF הוכן על ידי שימוש בפוליקרבונט דיול (PCDL) ו-MDI נוזלי כחומרי הגלם העיקריים ומים כחומר ניפוח, ונבדקה השפעת כמות המים על תכונות קצף פוליאוריטן מסוג זיכרון צורה.

חלק ניסיוני 1.1 ריאגנטים ומכשירים עיקריים פוליקרבונט דיול, מותג PD2000, כיתה תעשייתית, Beijing Beihua Engineering Technology Co., Ltd.; MDI נוזלי (MM103), חברת BASF; 1,4-cyclohexanedimethanol (CHDM), כיתה אנליטית, Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd.; טריאתילאמין, כיתה אנליטית, מפעל ריאגנטים כימיים של טיאנג'ין פוכן; Dibutyltin dilaurate, כיתה אנליטית, Tianjin Guangfu Institute of Fine Chemicals.

XWW-20מכונה אוניברסלית לבדיקת חומרים, Chengde Jinjian Testing Equipment Co., Ltd.; מכשיר DSC204 F1 Differential Scanning Calorimetry (DSC), חברת Netzsch גרמניה.

1.2 תהליך ניסוי

הוסף PCDL לבקבוק תלת-צווארי יבש המצויד במדחום, תסיסה וחלק זנב ואקום, וייבש אותו בוואקום למשך 1.5 עד 2 שעות בתנאים של 105 מעלות ו--0.1 MPa. כאשר תכולת הלחות נמוכה מ-0.1 אחוז, הפסק לשאוב אבק, קרר ל-50 מעלות ואחסן בכלי אטום עד לשימוש. MDI חומם מראש בתנור ייבוש חשמלי בחום של 50 מעלות למשך שעה אחת עד לשימוש.

שקלו PCDL, CHDM, מים, טריאתילאמין ודיבוטילטין דילאורט, ערבבו וערבבו אותם במהירות גבוהה, ולאחר מכן מדדו את רכיבי ה-MDI הנוזלים, ערבבו באופן שווה במהירות גבוהה, יוצקים לתבנית, תגובת ההקצפה תהיה תוך 15 שניות לאחר השלמתו, הדגימות התיישנו במשך 7 ימים לפני הבדיקה. בניסוי שונתה רק כמות האיזוציאנאט והמים (ביחס לכמות PCDL 100 גרם), ערך R היה 1.05, והקצף עם כמות מים של ag נרשם כ- SMPUF-a, כגון SMPUF-0. 5 אומר שכמות המים היא 0.5 גרם.

1.3 בדיקה ואפיון

צפיפות הקצף נבדקת לפי GB/T 6343-2009; חוזק הלחיצה נבדק ב-20 מעלות לפי שיטת GB/T 8813-2008.

תנאי בדיקת DSC: אווירה N2, טווח טמפרטורות 25 ~ 125 מעלות, קצב חימום 20 מעלות/דקה.

בדיקת מורפולוגיה של התא: מיקרוסקופ אור, 40x, חתך רוחב, צביעה Sulfonylrhodamine B.

בדיקת זיכרון צורות: הדוגמאות הן כולן קוביות של 25 מ"מ × 25 מ"מ × 25 מ"מ, והמרחק בין קווי הסימון הוא L0; חממו את הדגימות ל-60 מעלות (או 80 מעלות, 100 מעלות), הפעילו כוח חיצוני כדי לדחוס ל-20 אחוזים, והגובה האמיתי מסומן. מצננים ל-0 מעלות, שמור את הצורה למשך 10 דקות, הנח אותה בטמפרטורת החדר למשך 30 דקות, מדוד את הגובה, רשום אותה כ-L2; חממו את הדגימה ל-60 מעלות (או 80 מעלות, 100 מעלות), רשמו את הגובה המשוחזר כ-L3, ותעדו את ההתאוששות לזמן t הגבוה ביותר הנדרש לגובה. מחושב לפי הנוסחה הבאה:

קצב קיבוע הצורה Rf=[( L0-L2 ) /( L0-L1) ]×100 אחוז

שיעור התאוששות דפורמציה Rr=[( L3 - L2 ) / ( L0 - L2 ) ] × 100 אחוז

2 תוצאות ודיון

2.1 השפעת מינון המים על חוזק הלחיצה של הקצף

בניסוי זה נחקרה השפעת מינון המים על חוזק הלחיצה של SMPUF, והתוצאות מוצגות בטבלה 1.

ניתן לראות מטבלה 1 שעם העלייה בתכולת המים מ-0.5 גרם ל-3.0 גרם, הצפיפות של SMPUF יורדת בהדרגה, וחוזק הלחיצה תחילה עולה ואז פוחת. הסיבה לכך היא שהמים מגיבים עם איזוציאנאט ליצירת קבוצות אוריאה, וקבוצות אוריאה מסוימות יכולות להגיב עוד יותר ליצירת קבוצות ביוראט. האנרגיה המלוכדת של קבוצות אוריאה וקבוצות ביורטה גבוהה מזו של קבוצות urethane, כך שעם העלייה בצריכת המים עם זאת, העלייה בכמות המים תגרום גם ליותר חללים בתוך ה-SMPUF, תגדיל את קוטר הקצף, תפחית את צפיפות החומר, ובכך להפחית את חוזק החומר. לכן, עם העלייה בצריכת המים, חוזק הלחיצה של SMPUF גדל תחילה ולאחר מכן יורד, והערך המרבי הוא 0.49 MPa.

בנוסף, מבנה התא של הדגימה נצפה במיקרוסקופ. ככל שכמות המים עולה, קוטר התא הופך גדול יותר ולא אחיד יותר. הסיבה לכך היא שהגז בתאים מורכב בעיקר מפחמן דו חמצני הנוצר מהתגובה הכימית של מים ואיזוציאנט [7]. ככל שכמות המים עולה, הגז גדל והצפיפות יורדת.

2.2 השפעת מינון המים על תכונות תרמיות של קצף

איור 1 מציג את ספקטרום DSC של מדגם SMPUF.

ניתן לראות מאיור 1 שעם העלייה בתכולת המים, טמפרטורת ההיתוך של המקטע הרך (Tm) של SMPUF עולה בהדרגה (37 מעלות, 43 מעלות, 47 מעלות, 50 מעלות ו-54 מעלות, בהתאמה). הסיבה לכך היא שקבוצת urea קוטבית יותר מקבוצת urethane [8], והגדלת כמות המים תוביל להיווצרות של יותר קבוצות אוריאה ב-SMPUF, מה שיגביר את ההפרעה הסטרית של תנועת המולקולרית הפולימרית. שַׁרשֶׁרֶת. Tm עולה.

2.3 השפעת תכולת המים על תכונות זיכרון הצורה של קצף

טבלה 2 מציגה את תכונות זיכרון הצורה של דגימות SMPUF שהוכנו עם כמויות שונות של מים בטמפרטורות שונות.

ניתן לראות מטבלה 2 שקצב קיבוע הצורה Rf של דגימות SMPUF שהוכנו במינוני מים שונים בטמפרטורות שונות הם כולם 100 אחוז; באותה טמפרטורה, עם הגדלת מינון המים, קצב התאוששות הצורה Rr וזמן התאוששות הצורה t של הקצף גדלים. שניהם ירדו בהדרגה; עם עליית הטמפרטורה, קצב התאוששות הצורה של הקצף גדל בהדרגה, וזמן התאוששות הצורה ירד בהדרגה.

ל-PCDL המהווה את המקטע הרך של SMPUF יש גבישיות. לאחר שהטמפרטורה של SMPUF עולה והטמפרטורה יורדת, השרשרת המולקולרית של המקטע הרך של PCDL "מוקפאת" עם ירידת הטמפרטורה. לכן, ל-SMPUF זה יש קצב קיבוע צורה טוב [9]. קצב התאוששות הצורה של SMPUF מושפע מצפיפות הקצף. ככל שהצפיפות קטנה יותר, שיעור השרף ליחידת נפח קטן יותר, ותכולת המקטע הקשה קטנה יותר. לכן, כאשר הטמפרטורה קבועה, השפעת שחזור הצורה של הקצף מחמירה עם העלייה בצריכת המים, 60 שיעורי שחזור הצורה של SMPUF-3.0 בדרגה, 80 מעלות ו-100 מעלות היו 93.2 אחוזים, 96.0 אחוזים ו-98.0 אחוזים, בהתאמה. ככל שגודל הנקבוביות של תאי SMPUF גדול יותר, כך העיוות של שלד הקצף גדול יותר, האנרגיה האצורה גבוהה יותר והמתח של התאוששות השרשרת המולקולרית גדול יותר [10]. לכן, כאשר הטמפרטורה קבועה, זמן התאוששות הצורה של הקצף פוחת בהדרגה עם העלייה בצריכת המים. , זמני שחזור הצורה של SMPUF-3.0 ב-60 מעלות, 80 מעלות ו-100 מעלות הם 26 שניות, 18 שניות ו-9 שניות, בהתאמה.

ניתן לראות גם מטבלה 2 שקצב ההתאוששות של SMPUF-3.0 עולה וזמן התאוששות הצורה פוחת ככל שהטמפרטורה עולה. הסיבה לכך היא שככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, כך המקטע המולקולרי מקבל יותר אנרגיה, כך התנועה של המקטע חזקה יותר, והתנועה של המקטע הרך והקטע הקשה יותר מלאה.

3 מסקנה

(1) קצף הפוליאוריתן עם זיכרון הצורה הוכן בהצלחה, קצב התאוששות הצורה וקצב קיבוע הצורה היו עד 100 אחוז (עם מינון מים של 0.5 גרם ו-1 גרם), והצורה זמן ההחלמה היה קצר כמו 9 שניות (מינון המים היה 3.0 שניות). g, הטמפרטורה היא 100 מעלות).

(2) עם העלייה בתכולת המים, הצפיפות של קצף פוליאוריטן עם זיכרון צורה ירדה בהדרגה, חוזק הלחיצה גדל תחילה ואז ירד, וה-Tm עלה בהדרגה.