Yhteenveto:
Käyttäen nesteytettyä MDI:tä ja polykarbonaattidiolia (PCDL) pääraaka-aineina, vettä vaahdotusaineena, trietyyliamiinia ja dibutyylitinadilauraattia katalyytteinä syntetisoitiin sarja polykarbonaattityyppisiä muotomuistipolyuretaanivaahtoja (SMPUF). Vesipitoisuuden vaikutusta vaahdon suorituskykyyn tutkittiin tiheystestauksella, puristustehotestauksella, differentiaalisella pyyhkäisykalorimetrialla ja muotomuistin suorituskykytesteillä. Tulokset osoittavat, että SMPUF:n muodon palautumisnopeus ja muodon kiinnitysnopeus ovat jopa 100 prosenttia, ja lyhin muodon palautumiseen vaadittava aika on 9 s. Korkeammalle ja korkeammalle.
Muotomuistipolyuretaanivaahto (SMPUF) on muotomuistimateriaalien erikoisluokka. Verrattuna muotomuistipolyuretaanielastomeeriin [1], SMPUF:n etuna on alhainen tiheys, hyvä energian absorptiokyky, ilmeinen muodon palautumisvaikutus, ja se voidaan nopeasti muotoilla tiettyyn muotoon [2], joten sitä käytetään laajalti ilmailu- ja biolääketieteessä. , öljy jne. Kaivosteollisuudella ja muilla aloilla voi olla sovelluspotentiaalia [3-4]. Siitä huolimatta muotomuistipolyuretaanivaahdoista on hyvin vähän tutkimusraportteja.
Kang et al[5] syntetisoivat moniseinäisiä hiilinanoputkia/polyuretaanivaahtoja, joissa oli polyeetteripolyolia ja 4,4'-difenyylimetaanidi-isosyanaattia (MDI) raaka-aineina ja vettä vaahdotusaineena. Moniseinäisten hiilinanoputkien lisääminen voi parantaa merkittävästi polyuretaanivaahtojen mekaanista lujuutta ja muotomuistiominaisuuksia. Chung et ai. [6] käytti MDI:tä, polykaprolaktonidiolia (PCL) ja 1,4-butaanidiolia (BDO) polyuretaanin syntetisoimiseen yksivaiheisella menetelmällä ja liuotti sitten polyuretaanin tetrahydrofuraaniin polyuretaanin valmistamiseksi suolaliuotusmenetelmällä. Vaahto, sen muodon kiinnitysaste ja palautumisaste ovat yli 98 prosenttia. SMPUF:lla on polyuretaanielastomeeriä laajempi kehitysavaruus, ja sen valmistusprosessin ja rakenne-ominaisuussuhteen tutkimusta on tarpeen vahvistaa sen soveltamisen laajentamiseksi eri aloilla.
Tässä tutkimuksessa SMPUF valmistettiin käyttämällä polykarbonaattidiolia (PCDL) ja nesteytettyä MDI:tä pääraaka-aineena ja vettä vaahdotusaineena ja tutkittiin vesimäärän vaikutusta muotomuistipolyuretaanivaahdon ominaisuuksiin.
Kokeellinen osa 1.1 Tärkeimmät reagenssit ja välineet Polykarbonaattidioli, tuotemerkki PD2000, teollisuuslaatu, Beijing Beihua Engineering Technology Co., Ltd.; nesteytetty MDI (MM103), BASF-yhtiö; 1,4-sykloheksaanidimetanoli (CHDM), analyyttinen laatu, Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd.; Trietyyliamiini, analyyttinen laatu, Tianjin Fuchen Chemical Reagent Factory; Dibutyylitinadilauraatti, analyyttinen laatu, Tianjin Guangfu Institute of Fine Chemicals.
XWW-20Universaali materiaalitestauskone, Chengde Jinjian Testing Equipment Co., Ltd.; DSC204 F1 Differentiaalinen pyyhkäisykalorimetria (DSC) -laite, Saksa Netzsch Company.
1.2 Kokeellinen prosessi
Lisää PCDL kuivaan kolmikaulakolviin, joka on varustettu lämpömittarilla, sekoittimella ja tyhjiöpäätykappaleella, ja tyhjökuivata sitä 1,5-2 tuntia olosuhteissa, joissa lämpötila on 105 astetta ja -0.1 MPa. Kun kosteus on alle 0,1 prosenttia, lopeta imurointi, jäähdytä 50 asteeseen ja säilytä suljetussa astiassa käyttöön asti. MDI esilämmitettiin sähköisessä suihkukuivausuunissa 50 asteeseen 1 h käyttöön asti.
Punnitse PCDL, CHDM, vesi, trietyyliamiini ja dibutyylitinadilauraatti, sekoita ja sekoita ne suurella nopeudella, annostele sitten nesteytetyt MDI-komponentit, sekoita tasaisesti suurella nopeudella, kaada muottiin, vaahtoamisreaktio tapahtuu 15 s:ssa valmistumisen jälkeen, näytteet vanhennettiin 7 päivää ennen testausta. Kokeessa muutettiin vain isosyanaatin ja veden määrää (suhteessa PCDL:n määrään 100 g), R-arvo oli 1,05 ja vaahto, jonka vesimäärä oli ag, kirjattiin SMPUF-a, kuten SMPUF-0. 5 tarkoittaa, että vesimäärä on 0,5 g.
1.3 Testaus ja karakterisointi
Vaahdon tiheys on testattu GB/T:n 6343-2009 mukaan; puristuslujuus testataan 20 asteessa GB/T 8813-2008 -menetelmän mukaisesti.
DSC-testiolosuhteet: N2-ilmakehä, lämpötila-alue 25 ~ 125 astetta, kuumennusnopeus 20 astetta/min.
Solumorfologinen testi: valomikroskooppi, 40x, poikkileikkaus, sulfonyylirodamiini B -värjäys.
Muotomuistitesti: kaikki näytteet ovat kooltaan 25 mm × 25 mm × 25 mm kuutioita ja merkintäviivojen välinen etäisyys on L0; lämmitä näytteet 60 asteeseen (tai 80 asteeseen, 100 asteeseen), käytä ulkoista voimaa puristaaksesi 20 prosenttiin, ja todellinen korkeus merkitään. Jäähdytä 0 asteeseen, säilytä muoto 10 minuuttia, aseta se huoneenlämpöön 30 minuutiksi, mittaa korkeus, kirjaa se L2:ksi; lämmitä näyte 60 asteeseen (tai 80 asteeseen, 100 asteeseen), kirjaa talteen saatu korkeus L3:ksi ja kirjaa talteenotto korkeimpaan korkeuteen vaadittavaan aikaan t. Lasketaan seuraavan kaavan mukaan:
Muodon kiinnityssuhde Rf=[( L0-L2 ) /( L0-L1) ]×100 prosenttia
Muodon palautumisnopeus Rr=[( L3 - L2 ) / ( L0 - L2 ) ] × 100 prosenttia
2 Tulokset ja keskustelu
2.1 Vesiannoksen vaikutus vaahdon puristuslujuuteen
Tässä kokeessa tutkittiin vesiannoksen vaikutusta SMPUF:n puristuslujuuteen, ja tulokset on esitetty taulukossa 1.
Taulukosta 1 voidaan nähdä, että vesipitoisuuden kasvaessa 0.5 g:sta 3.0 g:aan SMPUF:n tiheys pienenee vähitellen ja puristuslujuus ensin kasvaa ja sitten laskee. Tämä johtuu siitä, että vesi reagoi isosyanaatin kanssa muodostaen urearyhmiä, ja jotkut urearyhmät voivat reagoida edelleen muodostaen biureettiryhmiä. Urearyhmien ja biureettiryhmien koheesioenergia on suurempi kuin uretaaniryhmien, joten veden kulutuksen kasvaessa vesimäärän lisääntyminen aiheuttaa kuitenkin myös enemmän tyhjiä tiloja SMPUF:n sisään, lisää vaahdon halkaisijaa, pienentää materiaalin tiheys ja siten heikentää materiaalin lujuutta. Siksi vedenkulutuksen kasvaessa SMPUF:n puristuslujuus ensin kasvaa ja sitten laskee, ja maksimiarvo on 0,49 MPa.
Lisäksi näytteen solurakennetta tarkkailtiin mikroskoopilla. Kun veden määrä kasvaa, solun halkaisija tulee suuremmaksi ja epätasaiseksi. Tämä johtuu siitä, että solujen kaasu koostuu pääasiassa hiilidioksidista, joka syntyy veden ja isosyanaatin kemiallisessa reaktiossa [7]. Kun veden määrä kasvaa, kaasu kasvaa ja tiheys pienenee.
2.2 Veden annostelun vaikutus vaahdon lämpöominaisuuksiin
Kuvio 1 esittää SMPUF-näytteen DSC-spektrin.
Kuvasta 1 voidaan nähdä, että vesipitoisuuden kasvaessa SMPUF:n pehmeän segmentin sulamislämpötila (Tm) nousee vähitellen (vastaavasti 37 astetta, 43 astetta, 47 astetta, 50 astetta ja 54 astetta). Tämä johtuu siitä, että urearyhmä on polaarisempi kuin uretaaniryhmä [8] ja veden määrän lisääntyminen johtaa siihen, että SMPUF:ssä muodostuu enemmän urearyhmiä, mikä lisää polymeerimolekyylin liikkumisen steeristä estettä. ketju. Tm kasvaa.
2.3 Vesipitoisuuden vaikutus vaahdon muotomuistiominaisuuksiin
Taulukossa 2 on esitetty eri vesimäärillä eri lämpötiloissa valmistettujen SMPUF-näytteiden muotomuistiominaisuudet.
Taulukosta 2 voidaan nähdä, että eri vesiannoksilla eri lämpötiloissa valmistettujen SMPUF-näytteiden muodon kiinnitysnopeus Rf on kaikki 100 prosenttia; samassa lämpötilassa, vesiannoksen kasvaessa, vaahdon muodon palautumisnopeus Rr ja muodon palautumisaika t lisääntyvät. Molemmat vähenivät vähitellen; lämpötilan noustessa vaahdon muodon palautumisnopeus kasvoi vähitellen ja muodon palautumisaika väheni vähitellen.
PCDL, joka muodostaa SMPUF:n pehmeän segmentin, on kiteinen. Kun SMPUF:n lämpötila nousee ja lämpötilaa lasketaan, PCDL:n pehmeän segmentin molekyyliketju "jäätyy" lämpötilan laskun myötä. Siksi tällä SMPUF:lla on hyvä muotokiinnityssuhde [9]. SMPUF:n muodon palautumisnopeuteen vaikuttaa vaahdon tiheys. Mitä pienempi tiheys, sitä pienempi on hartsin osuus tilavuusyksikköä kohti ja sitä pienempi on kovan segmentin sisältö. Siksi, kun lämpötila on vakio, vaahdon muodonpalautusvaikutus huononee veden kulutuksen kasvaessa, 60 SMPUF:n-3.0 muodon palautumisnopeudet asteessa , 80 astetta ja 100 astetta olivat 93,2 prosenttia, 96,0 prosenttia ja 98,0 prosenttia. Mitä suurempi SMPUF-solujen huokoskoko on, sitä suurempi on vaahtorungon muodonmuutos, sitä suurempi on varastoitunut energia ja sitä suurempi on molekyyliketjun palautumisen jännitys [10]. Siksi, kun lämpötila on kiinteä, vaahdon muodon palautumisaika pienenee vähitellen vedenkulutuksen kasvaessa. , SMPUF-3.0:n muodon palautumisajat 60 asteessa , 80 astetta ja 100 astetta ovat 26 s, 18 s ja 9 s.
Taulukosta 2 voidaan myös nähdä, että SMPUF-3.0 palautumisnopeus kasvaa ja muodon palautumisaika lyhenee lämpötilan noustessa. Tämä johtuu siitä, että mitä korkeampi lämpötila, sitä enemmän energiaa molekyylisegmentti saa, sitä voimakkaampi on segmentin liike ja sitä täydellisempi pehmeän ja kovan segmentin liike.
3 Johtopäätös
(1) Muotomuistipolyuretaanivaahto valmistettiin onnistuneesti, muodon palautumisnopeus ja muodon kiinnittymisnopeus olivat jopa 100 prosenttia (vesiannoksilla 0,5 g ja 1 g), ja muoto toipumisaika oli niin lyhyt kuin 9 s (vesiannos oli 3,0 s). g, lämpötila on 100 astetta).
(2) Vesipitoisuuden kasvaessa muotomuistipolyuretaanivaahdon tiheys pieneni vähitellen, puristuslujuus ensin kasvoi ja sitten laski, ja Tm kasvoi vähitellen.
