Overzicht:
Met behulp van vloeibaar MDI en polycarbonaatdiol (PCDL) als belangrijkste grondstoffen, water als schuimmiddel, triethylamine en dibutyltindilauraat als katalysatoren, werd een reeks polycarbonaat-type vormgeheugenpolyurethaanschuim (SMPUF) gesynthetiseerd. Het effect van het watergehalte op de schuimprestaties werd onderzocht door middel van dichtheidstesten, compressietests, differentiële scanningcalorimetrietests en vormgeheugentests. De resultaten laten zien dat de vormherstelsnelheid en vormfixatiesnelheid van SMPUF tot 100 procent zijn, en de kortste tijd die nodig is voor vormherstel is 9 s. Hoger en hoger.
Vormgeheugenpolyurethaanschuim (SMPUF) is een speciale klasse van vormgeheugenmaterialen. Vergeleken met polyurethaanelastomeer met vormgeheugen [1], heeft SMPUF de voordelen van een lage dichtheid, goede energieabsorptieprestaties, een duidelijk vormhersteleffect en kan het snel in een specifieke vorm worden gegoten [2], dus het wordt veel gebruikt in de ruimtevaart, biogeneeskunde , aardolie, enz. Mijnbouw en andere velden kunnen toepassingspotentieel hebben [3-4]. Toch zijn er zeer weinig onderzoeksrapporten over vormgeheugenpolyurethaanschuimen.
Kang et al [5] synthetiseerden meerwandige koolstofnanobuizen/polyurethaanschuimen met polyetherpolyol en 4,4'-difenylmethaandiisocyanaat (MDI) als grondstoffen en water als schuimmiddel. De toevoeging van meerwandige koolstofnanobuisjes kan de mechanische sterkte en vormgeheugeneigenschappen van polyurethaanschuim aanzienlijk verbeteren. Chung et al. [6] gebruikte MDI, polycaprolactondiol (PCL) en 1,4-butaandiol (BDO) om polyurethaan te synthetiseren via een eenstapsmethode, en loste vervolgens het polyurethaan op in tetrahydrofuran om het polyurethaan te bereiden door een zoutuitloogmethode. Schuim, de vormvastheid en het herstelpercentage zijn hoger dan 98 procent. SMPUF heeft een bredere ontwikkelingsruimte dan polyurethaanelastomeren, en het is noodzakelijk om het onderzoek naar het voorbereidingsproces en de relatie tussen structuur en eigenschappen te versterken om de toepassing ervan op verschillende gebieden uit te breiden.
In deze studie werd SMPUF bereid met polycarbonaatdiol (PCDL) en vloeibaar MDI als belangrijkste grondstoffen en water als blaasmiddel, en werd het effect van de hoeveelheid water op de eigenschappen van polyurethaanschuim met vormgeheugen onderzocht.
Experimenteel deel 1.1 Belangrijkste reagentia en instrumenten Polycarbonaat diol, merk PD2000, industriële kwaliteit, Beijing Beihua Engineering Technology Co., Ltd.; vloeibaar gemaakt MDI (MM103), BASF-bedrijf; 1,4-cyclohexaandimethanol (CHDM), analytische kwaliteit, Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd.; Triethylamine, analytische kwaliteit, Tianjin Fuchen Chemical Reagent Factory; Dibutyltindilauraat, analytische kwaliteit, Tianjin Guangfu Institute of Fine Chemicals.
XWW-20Een universele materiaaltestmachine, Chengde Jinjian Testing Equipment Co., Ltd.; DSC204 F1 Differential Scanning Calorimetry (DSC) instrument, Duitsland Netzsch Company.
1.2 Experimenteel proces
Voeg PCDL toe aan een droge driehalskolf die is uitgerust met een thermometer, roerder en een vacuümstaartstuk en dehydrateer het gedurende 1,5 tot 2 uur vacuüm onder de omstandigheden van 105 graden en -0.1 MPa. Wanneer het vochtgehalte minder dan 0,1 procent is, stop dan met stofzuigen, koel af tot 50 graden en bewaar in een afgesloten container tot gebruik. MDI werd gedurende 1 uur tot gebruik in een elektrische hoogoven op 50 graden voorverwarmd.
Weeg PCDL, CHDM, water, triethylamine en dibutyltindilauraat, roer en meng ze op hoge snelheid, doseer vervolgens de vloeibaar gemaakte MDI-componenten, roer gelijkmatig op hoge snelheid, giet in de mal, de schuimreactie zal binnen 15 s zijn. Na voltooiing, de monsters werden 7 dagen gerijpt voordat ze werden getest. In het experiment werd alleen de hoeveelheid isocyanaat en water veranderd (ten opzichte van de hoeveelheid PCDL 100 g), de R-waarde was 1, 05 en het schuim met een waterhoeveelheid ag werd geregistreerd als SMPUF-a, zoals SMPUF-0. 5 betekent dat de hoeveelheid water 0,5 g is.
1.3 Testen en karakteriseren
Schuimdichtheid is getest volgens GB/T 6343-2009; druksterkte wordt getest bij 20 graden volgens GB/T 8813-2008-methode.
DSC-testomstandigheden: N2-atmosfeer, temperatuurbereik 25 ~ 125 graden, verwarmingssnelheid 20 graden /min.
Celmorfologietest: Lichtmicroscoop, 40x, doorsnede, Sulfonylrhodamine B-kleuring.
Vormgeheugentest: de monsters zijn allemaal kubussen van 25 mm × 25 mm × 25 mm en de afstand tussen de markeringslijnen is L0; verwarm de monsters tot 60 graden (of 80 graden, 100 graden), oefen externe kracht uit om te comprimeren tot 20 procent, en de werkelijke hoogte wordt gemarkeerd. Koel af tot 0 graden, houd de vorm 10 minuten vast, plaats deze 30 minuten op kamertemperatuur, meet de hoogte, noteer deze als L2; verwarm het monster tot 60 graden (of 80 graden, 100 graden), noteer de herstelde hoogte als L3 en noteer het herstel tot de hoogste tijd t die nodig is voor de hoogte. Berekend volgens de volgende formule:
Vormfixatiesnelheid Rf=[( L0-L2 ) /( L0-L1) ]×100 procent
Herstelpercentage vervorming Rr=[( L3 - L2 ) / ( L0 - L2 ) ] × 100 procent
2 Resultaten en discussie
2.1 Effect van waterdosering op de druksterkte van schuim
In dit experiment werd het effect van waterdosering op de druksterkte van SMPUF onderzocht en de resultaten zijn weergegeven in Tabel 1.
Uit tabel 1 blijkt dat met de toename van het watergehalte van 0,5 g tot 3,0 g, de dichtheid van SMPUF geleidelijk afneemt, en de druksterkte eerst toeneemt en daarna afneemt. Dit komt omdat water reageert met isocyanaat om ureumgroepen te vormen, en sommige ureumgroepen kunnen verder reageren om biureetgroepen te vormen. De cohesie-energie van ureumgroepen en biureetgroepen is hoger dan die van urethaangroepen, dus met de toename van het waterverbruik zal de toename van de hoeveelheid water echter ook meer holtes in de SMPUF veroorzaken, de diameter van het schuim vergroten, de dichtheid van het materiaal, en zo de sterkte van het materiaal verminderen. Daarom, met de toename van het waterverbruik, neemt de druksterkte van SMPUF eerst toe en vervolgens af, en de maximale waarde is 0,49 MPa.
Daarnaast werd de celstructuur van het monster bekeken met een microscoop. Naarmate de hoeveelheid water toeneemt, wordt de celdiameter groter en ongelijkmatiger. Dit komt omdat het gas in de cellen voornamelijk bestaat uit koolstofdioxide dat wordt geproduceerd door de chemische reactie van water en isocyanaat [7]. Naarmate de hoeveelheid water toeneemt, neemt het gas toe en neemt de dichtheid af.
2.2 Effect van waterdosering op thermische eigenschappen van schuim
Figuur 1 toont het DSC-spectrum van het SMPUF-monster.
Uit figuur 1 blijkt dat met de toename van het watergehalte de smelttemperatuur (Tm) van het zachte segment van SMPUF geleidelijk toeneemt (respectievelijk 37 graden, 43 graden, 47 graden, 50 graden en 54 graden). Dit komt omdat de ureumgroep meer polair is dan de urethaangroep [8], en de toename van de hoeveelheid water zal leiden tot de vorming van meer ureumgroepen in SMPUF, wat de sterische belemmering van de beweging van het polymeermolecuul zal vergroten. ketting. Tm neemt toe.
2.3 Effect van watergehalte op vormgeheugeneigenschappen van schuim
Tabel 2 toont de vormgeheugeneigenschappen van SMPUF-monsters die zijn bereid met verschillende hoeveelheden water bij verschillende temperaturen.
Uit tabel 2 blijkt dat de vormfixatiesnelheid Rf van de SMPUF-monsters bereid met verschillende waterdoseringen bij verschillende temperaturen alle 100 procent zijn; bij dezelfde temperatuur, met de toename van de waterdosering, worden de vormherstelsnelheid Rr en vormhersteltijd t van het schuim verhoogd. Beide namen geleidelijk af; met de toename van de temperatuur nam de vormherstelsnelheid van het schuim geleidelijk toe en nam de vormhersteltijd geleidelijk af.
De PCDL die het zachte segment van SMPUF vormt, heeft kristalliniteit. Nadat de temperatuur van SMPUF is gestegen en de temperatuur is verlaagd, wordt de moleculaire keten van het zachte segment van PCDL "bevroren" met de verlaging van de temperatuur. Daarom heeft deze SMPUF een goede vormfixatie [9]. De vormherstelsnelheid van SMPUF wordt beïnvloed door de schuimdichtheid. Hoe kleiner de dichtheid, hoe kleiner het aandeel hars per volume-eenheid en hoe kleiner het gehalte aan harde segmenten. Daarom wordt, wanneer de temperatuur constant is, het vormhersteleffect van het schuim erger naarmate het waterverbruik toeneemt, 60 De vormherstelpercentages van SMPUF-3.0 bij graad , 80 graad en 100 graad waren respectievelijk 93,2 procent, 96,0 procent en 98,0 procent. Hoe groter de poriegrootte van SMPUF-cellen, hoe groter de vervorming van het schuimskelet, hoe hoger de opgeslagen energie en hoe groter de stress van het herstel van de moleculaire keten [10]. Daarom, wanneer de temperatuur vast is, neemt de vormhersteltijd van het schuim geleidelijk af met de toename van het waterverbruik. , zijn de vormhersteltijden van SMPUF-3.0 bij 60 graden, 80 graden en 100 graden respectievelijk 26 s, 18 s en 9 s.
Uit tabel 2 blijkt ook dat de herstelsnelheid van SMPUF-3.0 toeneemt en dat de hersteltijd van de vorm afneemt naarmate de temperatuur stijgt. Dit komt omdat hoe hoger de temperatuur, hoe meer energie het moleculaire segment verkrijgt, hoe sterker de beweging van het segment en hoe completer de beweging van het zachte segment en het harde segment.
3 Conclusie
(1) Het polyurethaanschuim met vormgeheugen is met succes geprepareerd, het vormherstelpercentage en het vormfixatiepercentage waren tot 100 procent (met een waterdosering van 0,5 g en 1 g), en de vorm hersteltijd was zo kort als 9 s (waterdosering was 3,0 s). g, de temperatuur is 100 graden).
(2) Met de toename van het watergehalte nam de dichtheid van polyurethaanschuim met vormgeheugen geleidelijk af, de druksterkte nam eerst toe en nam vervolgens af, en Tm nam geleidelijk toe.
