Resum:
Utilitzant MDI liquat i diol de policarbonat (PCDL) com a matèries primeres principals, es va sintetitzar aigua com a agent escumant, dilaurat de trietitilamina i dibutiltina com a catalitzadors, una sèrie d'escumes de politirà de forma de policarbonat (SMPUF). L'efecte del contingut d'aigua en el rendiment de l'escuma es va investigar mitjançant proves de densitat, proves de rendiment de compressió, proves de calorimetria d'escaneig diferencial i proves de rendiment de memòria de forma. Els resultats mostren que la taxa de recuperació de la forma i la taxa de fixació de la forma de SMPUF són de fins al 100%, i el temps més curt necessari per a la recuperació de la forma és de 9 s. Més alt i més alt.
L'escuma de poliuretà de memòria de forma (SMPUF) és una classe especial de materials de memòria de forma. En comparació amb l'elastòmer de poliuretà de memòria de forma[1], SMPUF té els avantatges de baixa densitat, bon rendiment d'absorció d'energia, efecte de recuperació de forma òbvia, i es pot modelar ràpidament en una forma específica[2], de manera que s'utilitza àmpliament en aeroespacial, biomedicina, petroli, etc. La mineria i altres camps poden tenir potencial d'aplicació [3-4]. No obstant això, hi ha molt pocs informes d'investigació sobre les escumes de poliuretà de memòria de forma.
Kang et al[5] van sintetitzar nanotubs de carboni multimurs /escumes de poliuretà amb poliol de polièter i diisocianat de difenilmetà de 4,4',4',5 com a matèries primeres i aigua com a agent escumant. L'addició de nanotubs de carboni multimur pot millorar significativament la força mecànica i les propietats de memòria de forma de les escumes de poliuretà. Chung et al. [6] van utilitzar MDI, diol de policaprolactona (PCL) i 1,4-butanediol (BDO) per sintetitzar poliuretà mitjançant un mètode d'un sol pas, i després va dissoldre el poliuretà en tetrahidrofuran per preparar el poliuretà mitjançant un mètode de lixiviació de sal. L'escuma, la seva taxa de fixació de forma i la taxa de recuperació són superiors al 98%. SMPUF té un espai de desenvolupament més ampli que els elastòmers de poliuretà, i cal reforçar la investigació sobre el seu procés de preparació i relació estructura-propietat per ampliar la seva aplicació en diferents camps.
En aquest estudi, SMPUF es va preparar mitjançant l'ús de diol de policarbonat (PCDL) i MDI liquat com a principals matèries primeres i aigua com a agent de bufat, i es va investigar l'efecte de la quantitat d'aigua sobre les propietats de l'escuma de poliuretà de memòria de forma.
Part experimental 1.1 Reactius i instruments principals diol de policarbonat, marca PD2000, grau industrial, Beijing Beihua Engineering Technology Co, Ltd; MDI liquat (MM103), empresa BASF; 1,4-ciclohexanedimetanol (CHDM), grau analític, Xangai Aladdin Biochemical Technology Co, Ltd; Trietiamina, grau analític, Fàbrica de reactius químics Tianjin Fuchen; Dilaurat de dibutyltin, grau analític, Institut de Química Fina de Tianjin Guangfu.
XWW-20A màquina de proves de material universal, Chengde Jinjian Testing Equipment Co, Ltd; Instrument de calorimetria diferencial d'escaneig diferencial DSC204 F1 (DSC), Alemanya Netzsch Company.
1.2 Procés experimental
Afegiu PCDL a un matràs sec de tres colls equipat amb un termòmetre, agitador i una cua de buit, i deshidrateu-lo al buit durant 1,5 a 2 h sota les condicions de 105 °C i -0,1 MPa. Quan el contingut d'humitat sigui inferior al 0,1%, Deixeu d'aspirar, refredeu-lo a 50 ° C i emmagatzemeu-lo en un recipient segellat fins al seu ús. MDI es va preescalfar en un forn d'assecat elèctric a 50 °C durant 1 h fins al seu ús.
Peseu PCDL, CHDM, aigua, dilaurat de trietitilamina i dibutiltina, remeneu-los i barregeu-los a alta velocitat, després metre en els components de MDI liquats, remeneu uniformement a alta velocitat, aboqueu-los al motlle, la reacció d'escuma estarà dins de 15 s Després de la finalització, les mostres van envellir durant 7 d abans de la prova. En l'experiment, només es va canviar la quantitat d'isocianat i aigua (en relació amb la quantitat de PCDL 100 g), el valor R era 1. 05, i l'escuma amb una quantitat d'aigua d'una g es va registrar com SMPUF-a, com SMPUF-0. 5 vol dir que la quantitat d'aigua és de 0,5 g.
1.3 Proves i caracterització
La densitat de l'escuma es prova d'acord amb GB / T 6343-2009; La resistència compressiva es prova a 20 °C segons el mètode GB / T 8813-2008.
Condicions de prova DSC: atmosfera N2, rang de temperatura 25 ~ 125 ° C, velocitat de calefacció 20 ° C / min.
Prova de morfologia cel·lular: Microscopi de llum, 40x, secció transversal, tinció de sulfonilrhodamina B.
Prova de memòria de forma: les mostres són tots cubs de 25 mm × 25 mm × 25 mm, i la distància entre les línies de marcatge és L0; escalfar les mostres a 60 °C (o 80 °C, 100 °C), aplicar la força externa per comprimir al 20%, i l'alçada real està marcada. Refredar a 0 °C, mantenir la forma durant 10 min, col·locar-la a temperatura ambient durant 30 min, mesurar l'alçada, registrar-la com L2; escalfar la mostra a 60 °C (o 80 °C, 100 °C), registrar l'alçada recuperada com L3 i registrar la recuperació al temps més alt requerit per a l'alçada. Calculades segons la fórmula següent:
Velocitat de fixació de la forma Rf = [( L0-L2 ) /( L0-L1) ]×100%
Taxa de recuperació de deformació Rr = [( L3 - L2 ) / ( L0 - L2 ) ] × 100%
2 Resultats i discussió
2.1 Efecte de la dosi d'aigua sobre la força compressiva de l'escuma
En aquest experiment, es va investigar l'efecte de la dosi d'aigua sobre la força compressiva de SMPUF, i els resultats es mostren a la taula 1.
Es pot veure a la Taula 1 que amb l'augment del contingut d'aigua de 0,5 g a 3,0 g, la densitat de SMPUF disminueix gradualment, i la força de compressió primer augmenta i després disminueix. Això es deu al fet que l'aigua reacciona amb l'isocianat per formar grups d'urea, i alguns grups d'urea poden reaccionar encara més per formar grups de biuret. L'energia cohesionada dels grups d'urea i grups biuret és superior a la dels grups d'uretà, de manera que amb l'augment del consum d'aigua No obstant això, l'augment de la quantitat d'aigua també provocarà més buits a l'interior del SMPUF, augmentarà el diàmetre de l'escuma, reduirà la densitat del material i, per tant, reduirà la força del material. Per tant, amb l'augment del consum d'aigua, la força de compressió de SMPUF primer augmenta i després disminueix, i el valor màxim és de 0,49 MPa.
A més, es va observar l'estructura cel·lular de la mostra amb un microscopi. A mesura que augmenta la quantitat d'aigua, el diàmetre cel·lular es fa més gran i no uniforme. Això es deu al fet que el gas de les cèl·lules es compon principalment de diòxid de carboni produït per la reacció química de l'aigua i isocianat. A mesura que augmenta la quantitat d'aigua, el gas augmenta i la densitat disminueix.
2.2 Efecte de la dosi d'aigua sobre les propietats tèrmiques de l'escuma
La figura 1 mostra l'espectre DSC de la mostra SMPUF.
Es pot veure a la figura 1 que amb l'augment del contingut d'aigua, la temperatura de fusió del segment tou (Tm) de SMPUF augmenta gradualment (37 °C, 43 °C, 47 °C, 50 °C i 54 °C, respectivament). Això es deu al fet que el grup de la urea és més polar que el grup uretà[8], i l'augment de la quantitat d'aigua conduirà a la formació de més grups d'urea en SMPUF, el que augmentarà l'obstacle esterèric del moviment de la cadena molecular del polímer. Tm augmenta.
2.3 Efecte del contingut d'aigua sobre les propietats de memòria de forma de l'escuma
La taula 2 mostra les propietats de memòria de forma de les mostres SMPUF preparades amb diferents quantitats d'aigua a diferents temperatures.
Es pot veure a la Taula 2 que la taxa de fixació de la forma Rf de les mostres SMPUF preparades amb diferents dosis d'aigua a diferents temperatures són totes 100%; a la mateixa temperatura, amb l'augment de la dosi d'aigua, s'incrementa la taxa de recuperació de la forma Rr i el temps de recuperació de la forma t de l'escuma. Tots dos van disminuir gradualment; amb l'augment de la temperatura, la taxa de recuperació de la forma de l'escuma va augmentar gradualment, i el temps de recuperació de la forma va disminuir gradualment.
El PCDL que constitueix el segment tou de SMPUF té cristal·linitat. Després que la temperatura de SMPUF augmenti i es redueixi la temperatura, la cadena molecular del segment tou de PCDL es "congela" amb la disminució de la temperatura. Per tant, aquest SMPUF té una bona taxa de fixació de forma [9]. La taxa de recuperació de la forma de SMPUF es veu afectada per la densitat d'escuma. Com més petita és la densitat, menor és la proporció de resina per unitat de volum, i més petit és el contingut del segment dur. Per tant, quan la temperatura és constant, l'efecte de recuperació de la forma de l'escuma empitjora amb l'augment del consum d'aigua, 60 Les taxes de recuperació de la forma de SMPUF-3,0 a °C, 80 °C i 100 °C van ser del 93,2%, 96,0% i 98,0%, respectivament. Com més gran sigui la mida dels porus de les cèl·lules SMPUF, més gran serà la deformació de l'esquelet d'escuma, més gran és l'energia emmagatzemada i més gran és l'estrès de la recuperació de la cadena molecular. Per tant, quan es fixa la temperatura, el temps de recuperació de la forma de l'escuma disminueix gradualment amb l'augment del consum d'aigua. , els temps de recuperació de la forma de SMPUF-3.0 a 60 °C, 80 °C i 100 °C són de 26 s, 18 s i 9 s, respectivament.
També es pot veure a la Taula 2 que la taxa de recuperació de SMPUF-3.0 augmenta i el temps de recuperació de la forma disminueix a mesura que augmenta la temperatura. Això es deu al fet que com més alta és la temperatura, més energia obté el segment molecular, més fort és el moviment del segment, i més complet és el moviment del segment tou i el segment dur.
3 Conclusió
(1) L'escuma de poliuretà de memòria de forma es va preparar amb èxit, la taxa de recuperació de la forma i la taxa de fixació de la forma eren de fins al 100% (amb dosi d'aigua de 0,5 g i 1 g), i el temps de recuperació de la forma era tan curt com 9 s (la dosi d'aigua era de 3,0 s). g, la temperatura és de 100 °C).
(2) Amb l'augment del contingut d'aigua, la densitat de l'escuma de poliuretà de memòria de forma va disminuir gradualment, la força de compressiva primer va augmentar i després va disminuir, i la Tm va augmentar gradualment.
