Sammanfattning:
Med användning av flytande MDI och polykarbonatdiol (PCDL) som huvudråvaror, vatten som skummedel, trietylamin och dibutyltindilaurat som katalysatorer, syntetiserades en serie minnespolyuretanskum av polykarbonattyp (SMPUF). Effekten av vattenhalten på skumprestanda undersöktes genom densitetstestning, kompressionsprestandatestning, differentiell skanningskalorimetritestning och testning av formminnesprestanda. Resultaten visar att formåtervinningsgraden och formfixeringshastigheten för SMPUF är upp till 100%, och den kortaste tiden som krävs för formåterhämtning är 9 s. Högre och högre.
Shape memory polyuretan foam (SMPUF) är en speciell klass av formminnesmaterial. Jämfört med formminnespolyuretaneastomer [1] har SMPUF fördelarna med låg densitet, god energiabsorptionsprestanda, uppenbar formåtervinningseffekt och kan snabbt formas till en specifik form [2], så den används ofta inom flyg-, biomedicin, petroleum etc. Gruvdrift och andra områden kan ha tillämpningspotential [3-4]. Ändå finns det väldigt få forskningsrapporter om formminne polyuretanskum.
Kang et al[5] syntetiserade flerväggiga kolnanorör/polyuretanskum med polyeterpolyol och 4,4'-difenylmetandiisoceanat (MDI) som råmaterial och vatten som skummedel. Tillsatsen av flerväggiga kolnanorör kan avsevärt förbättra den mekaniska styrkan och forma minnesegenskaperna hos polyuretanskum. [6] använde MDI, polykaprolaktondiol (PCL) och 1,4-butandiol (BDO) för att syntetisera polyuretan genom en enstegsmetod och löste sedan polyuretanen i tetrahydrofuran för att bereda polyuretanen med en saltlakningsmetod. Skum, dess formfixeringshastighet och återvinningsgrad är högre än 98%. SMPUF har ett bredare utvecklingsutrymme än polyuretaneastomerer, och det är nödvändigt att stärka forskningen om dess förberedelseprocess och struktur-egenskapsförhållande för att utöka dess tillämpning inom olika områden.
I denna studie framställdes SMPUF genom att använda polykarbonatdiol (PCDL) och flytande MDI som huvudråvaror och vatten som jäsmedel, och effekten av mängden vatten på egenskaperna hos formminnespolyuretanskum undersöktes.
Experimentell del 1.1 Huvudreagenser och instrument Polykarbonatdiol, märke PD2000, industriell kvalitet, Beijing Beihua Engineering Technology Co., Ltd.; flytande MDI (MM103), BASF-företag; 1,4-cyklohexanedimetanol (CHDM), analytisk kvalitet, Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd.; Trietylamin, analytisk kvalitet, Tianjin Fuchen Chemical Reagent Factory; Dibutyltindilaurat, analytisk kvalitet, Tianjin Guangfu Institute of Fine Chemicals.
XWW-20A universell materialtestmaskin, Chengde Jinjian Testing Equipment Co., Ltd.; DSC204 F1 DSC-instrument (Differential Scanning Calorimetry), Tyskland Netzsch Company.
1.2 Experimentell process
Tillsätt PCDL i en torr trehalsad kolv utrustad med termometer, omrörare och vakuumslutstycke och vakuumdehydrera den i 1,5 till 2 timmar under förhållandena 105 °C och -0,1 MPa. När fukthalten är mindre än 0,1 %, sluta dammsuga, svalna till 50 °C och förvara i en förseglad behållare tills den används. MDI förvärmdes i en elektrisk blästringstorkugn vid 50 ° C i 1 timme tills den användes.
Väg PCDL, CHDM, vatten, trietylamin och dibutyltindilaurat, rör om och blanda dem med hög hastighet, mät sedan i de flytande MDI-komponenterna, rör om jämnt med hög hastighet, häll i formen, skumreaktionen kommer att ligga inom 15 s Efter avslutad ålder åldrades proverna i 7 d före testning. I experimentet ändrades endast mängden isocyanat och vatten (i förhållande till mängden PCDL 100 g), R-värdet var 1. 05, och skummet med en vattenmängd av ett g registrerades som SMPUF-a, såsom SMPUF-0. 5 betyder att mängden vatten är 0,5 g.
1.3 Testning och karakterisering
Skumdensiteten testas enligt GB / T 6343-2009; tryckhållfastheten testas vid 20 °C enligt GB/T 8813-2008-metoden.
DSC-testförhållanden: N2-atmosfär, temperaturområde 25 ~ 125 ° C, uppvärmningshastighet 20 ° C / min.
Cellmorfologitest: Ljusmikroskop, 40x, tvärsnitt, Sulfonylrhodamine B-färgning.
Formminnestest: proverna är alla kuber på 25 mm × 25 mm × 25 mm och avståndet mellan märkningslinjerna är L0; värm proverna till 60 °C (eller 80 °C, 100 °C), tryck utvändig kraft till 20 % och den faktiska höjden markeras. Kyl till 0 ° C, behåll formen i 10 min, placera den vid rumstemperatur i 30 min, mät höjden, registrera den som L2; värm provet till 60 °C (eller 80 °C, 100 °C), registrera den återvunna höjden som L3 och registrera återvinningen till den högsta tid t som krävs för höjd. Beräknat enligt följande formel:
Formfixeringshastighet Rf = [( L0-L2 ) /( L0-L1) ]×100%
Deformationsåtervinningshastighet Rr = [( L3 - L2 ) / ( L0 - L2 ) ] × 100%
2 Resultat och diskussion
2.1 Effekt av vattendosering på skumets tryckhållfasthet
I detta experiment undersöktes effekten av vattendosering på tryckhållfastheten hos SMPUF, och resultaten visas i tabell 1.
Det framgår av tabell 1 att med ökningen av vattenhalten från 0,5 g till 3,0 g minskar densiteten hos SMPUF gradvis och tryckhållfastheten ökar först och minskar sedan. Detta beror på att vatten reagerar med isocyanat för att bilda ureagrupper, och vissa ureagrupper kan ytterligare reagera för att bilda biuretgrupper. Den sammanhängande energin hos ureagrupper och biuretgrupper är högre än för uretangrupper, så med ökningen av vattenförbrukningen Kommer ökningen av mängden vatten emellertid också att orsaka fler tomrum inuti SMPUF, öka skummets diameter, minska materialets densitet och därmed minska materialets hållfasthet. Därför, med ökningen av vattenförbrukningen, ökar tryckhållfastheten hos SMPUF först och minskar sedan, och det maximala värdet är 0,49 MPa.
Dessutom observerades cellstrukturen hos provet med ett mikroskop. När mängden vatten ökar blir celldiametern större och mer ojämn. Detta beror på att gasen i cellerna huvudsakligen består av koldioxid som produceras genom kemisk reaktion av vatten och isocyanat [7]. När mängden vatten ökar ökar gasen och densiteten minskar.
2.2 Effekt av vattendosering på skummets termiska egenskaper
Figur 1 visar DSC-spektrumet för SMPUF-provet.
Det framgår av figur 1 att med ökningen av vattenhalten ökar SMPUF:s smälttemperatur (Tm) gradvis (37 °C, 43 °C, 47 °C, 50 °C respektive 54 °C). Detta beror på att ureagruppen är mer polär än uretangruppen [8], och ökningen av mängden vatten kommer att leda till bildandet av fler ureagrupper i SMPUF, vilket kommer att öka det steriska hindret för polymermolekylkedjans rörelse. Tm ökar.
2.3 Effekt av vattenhalt på skummets formminnesegenskaper
Tabell 2 visar formminnesegenskaperna hos SMPUF-prover framställda med olika mängder vatten vid olika temperaturer.
Det framgår av tabell 2 att formfixeringshastigheten Rf för SMPUF-proverna framställda med olika vattendoser vid olika temperaturer alla är 100%; vid samma temperatur, med ökningen av vattendoseringen, ökar formåtervinningshastigheten Rr och formåtervinningstiden t för skummet. Båda minskade gradvis; med temperaturökningen ökade skummets formåtervinningshastighet gradvis och formåtervinningstiden minskade gradvis.
PCDL som utgör det mjuka segmentet av SMPUF har kristallinitet. Efter att temperaturen på SMPUF ökar och temperaturen sänks, är molekylkedjan för det mjuka segmentet av PCDL "frusen" med temperaturminskningen. Därför har denna SMPUF en god formfixeringshastighet [9]. Formåtervinningshastigheten för SMPUF påverkas av skumdensiteten. Ju mindre densitet, desto mindre är andelen harts per volymenhet och desto mindre är det hårda segmentinnehållet. När temperaturen är konstant blir därför skummets formåtervinningseffekt sämre med ökningen av vattenförbrukningen, 60 Formåtervinningsgraden för SMPUF-3,0 vid °C, 80 °C och 100 °C var 93,2 %, 96,0 % respektive 98,0 %. Ju större porstorlek SMPUF-celler är, desto större deformation av skumskelettet, desto högre lagrad energi och desto större är spänningen i molekylär kedjeåtervinning [10]. Därför, när temperaturen är fixerad, minskar skummets formåtervinningstid gradvis med ökningen av vattenförbrukningen. är formåtervinningstiderna för SMPUF-3.0 vid 60 °C, 80 °C och 100 °C 26 s, 18 s respektive 9 s.
Det framgår också av tabell 2 att återvinningsgraden för SMPUF-3.0 ökar och formåtervinningstiden minskar när temperaturen ökar. Detta beror på att ju högre temperaturen desto mer energi får molekylsegmentet, desto starkare är segmentets rörelse och desto mer fullständig är rörelsen för det mjuka segmentet och det hårda segmentet.
3 Slutsats
(1) Formminnet polyuretanskum framställdes framgångsrikt, formåtervinningshastigheten och formfixeringshastigheten var upp till 100% (med vattendosering på 0,5 g och 1 g) och formåtervinningstiden var så kort som 9 s (vattendoseringen var 3,0 s). g, temperaturen är 100 ° C).
(2) Med ökningen av vattenhalten minskade densiteten hos formminnespolyuretanskum gradvis, tryckhållfastheten ökade först och minskade sedan och Tm ökade gradvis.
