Ringkasan:
Menggunakan MDI cair dan polikarbonat diol (PCDL) sebagai bahan baku utama, air sebagai bahan pembusa, trietilamina dan dibutiltin dilaurat sebagai katalis, serangkaian busa poliuretan memori bentuk polikarbonat (SMPUF) disintesis. Pengaruh kadar air pada kinerja busa diselidiki dengan pengujian kepadatan, pengujian kinerja kompresi, pengujian kalorimetri pemindaian diferensial, dan pengujian kinerja memori bentuk. Hasil penelitian menunjukkan bahwa shape recovery rate dan shape fixation rate SMPUF mencapai 100 persen , dan waktu tersingkat yang dibutuhkan untuk shape recovery adalah 9 s. Lebih tinggi dan lebih tinggi.
Busa poliuretan memori bentuk (SMPUF) adalah kelas khusus bahan memori bentuk. Dibandingkan dengan elastomer poliuretan memori bentuk [1], SMPUF memiliki keunggulan kepadatan rendah, kinerja penyerapan energi yang baik, efek pemulihan bentuk yang jelas, dan dapat dengan cepat dibentuk menjadi bentuk tertentu [2], sehingga banyak digunakan di ruang angkasa, biomedis , minyak bumi, dll. Pertambangan dan bidang lainnya mungkin memiliki potensi aplikasi [3-4]. Namun demikian, hanya ada sedikit laporan penelitian tentang busa poliuretan memori bentuk.
Kang et al[5] mensintesis karbon nanotube/busa poliuretan berdinding banyak dengan polieter poliol dan 4,4'-difenilmetana diisosianat (MDI) sebagai bahan baku dan air sebagai bahan pembusa. Penambahan nanotube karbon multi-dinding dapat secara signifikan meningkatkan kekuatan mekanik dan sifat memori bentuk busa poliuretan. Chung dkk. [6] menggunakan MDI, polikaprolakton diol (PCL) dan 1,4-butanadiol (BDO) untuk mensintesis poliuretan melalui metode satu langkah, dan kemudian melarutkan poliuretan dalam tetrahidrofuran untuk membuat poliuretan dengan metode pelindian garam. Busa, tingkat fiksasi bentuk dan tingkat pemulihannya lebih tinggi dari 98 persen. SMPUF memiliki ruang pengembangan yang lebih luas daripada elastomer poliuretan, dan perlu untuk memperkuat penelitian tentang proses persiapan dan hubungan struktur-properti untuk memperluas penerapannya di berbagai bidang.
Dalam penelitian ini, SMPUF dibuat dengan menggunakan polikarbonat diol (PCDL) dan MDI cair sebagai bahan baku utama dan air sebagai bahan penghembus, dan pengaruh jumlah air pada sifat busa poliuretan memori bentuk diselidiki.
Bagian eksperimental 1.1 Reagen dan instrumen utama Polycarbonate diol, merek PD2000, kelas industri, Beijing Beihua Engineering Technology Co., Ltd.; MDI cair (MM103), perusahaan BASF; 1,4-cyclohexanedimethanol (CHDM), kelas analitis, Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd.; Trietilamina, kelas analitis, Pabrik Reagen Kimia Fuchen Tianjin; Dibutyltin dilaurate, kelas analitis, Tianjin Guangfu Institute of Fine Chemicals.
XWW-20Mesin pengujian material universal, Chengde Jinjian Testing Equipment Co., Ltd.; Instrumen DSC204 F1 Differential Scanning Calorimetry (DSC), Perusahaan Netzsch Jerman.
1.2 Proses eksperimental
Tambahkan PCDL ke dalam labu leher tiga kering yang dilengkapi dengan termometer, agitator, dan tailpiece vakum, dan vakum dehidrasi selama 1,5 hingga 2 jam pada kondisi 105 derajat dan -0.1 MPa. Ketika kadar air kurang dari 0,1 persen , Hentikan menyedot debu, dinginkan hingga 50 derajat dan simpan dalam wadah tertutup sampai digunakan. MDI dipanaskan terlebih dahulu dalam oven pengering ledakan listrik pada 50 derajat selama 1 jam sampai digunakan.
Timbang PCDL, CHDM, air, trietilamina dan dibutiltin dilaurat, aduk dan campur dengan kecepatan tinggi, lalu masukkan komponen MDI cair, aduk rata dengan kecepatan tinggi, tuangkan ke dalam cetakan, reaksi berbusa akan terjadi dalam 15 detik Setelah selesai, sampel berumur 7 hari sebelum pengujian. Dalam percobaan, hanya jumlah isosianat dan air yang diubah (relatif terhadap jumlah PCDL 100 g), nilai R adalah 1, 05, dan busa dengan jumlah air ag dicatat sebagai SMPUF-a, seperti SMPUF-0. 5 berarti jumlah air adalah 0,5 g.
1.3 Pengujian dan Karakterisasi
Kepadatan busa diuji menurut GB/T 6343-2009; kekuatan tekan diuji pada 20 derajat menurut metode GB/T 8813-2008.
Kondisi uji DSC: atmosfer N2, kisaran suhu 25 ~ 125 derajat, laju pemanasan 20 derajat / menit.
Uji morfologi sel: Mikroskop cahaya, 40x, penampang, pewarnaan Sulfonilrhodamin B.
Tes memori bentuk: sampel semuanya kubus berukuran 25 mm × 25 mm × 25 mm, dan jarak antara garis penandaan adalah L0; panaskan sampel hingga 60 derajat (atau 80 derajat , 100 derajat ), berikan gaya eksternal untuk mengompres hingga 20 persen , dan ketinggian sebenarnya ditandai. Dinginkan hingga 0 derajat , pertahankan bentuknya selama 10 menit, letakkan pada suhu kamar selama 30 menit, ukur tingginya, catat sebagai L2; panaskan sampel hingga 60 derajat (atau 80 derajat , 100 derajat ), catat ketinggian yang dipulihkan sebagai L3, dan catat pemulihan ke Waktu t tertinggi yang diperlukan untuk ketinggian. Dihitung menurut rumus berikut:
Laju fiksasi bentuk Rf=[( L0-L2 ) /( L0-L1) ]×100 persen
Tingkat pemulihan deformasi Rr=[( L3 - L2 ) / ( L0 - L2 ) ] × 100 persen
2 Hasil dan diskusi
2.1 Pengaruh takaran air terhadap kuat tekan busa
Dalam percobaan ini, pengaruh dosis air pada kuat tekan SMPUF diselidiki, dan hasilnya ditunjukkan pada Tabel 1.
Dapat dilihat dari Tabel 1 bahwa dengan bertambahnya kadar air dari 0.5 g menjadi 3.0 g, densitas SMPUF berangsur-angsur berkurang, dan kuat tekan mula-mula meningkat kemudian menurun. Hal ini karena air bereaksi dengan isosianat membentuk gugus urea, dan beberapa gugus urea selanjutnya dapat bereaksi membentuk gugus biuret. Energi kohesif gugus urea dan gugus biuret lebih tinggi dibandingkan dengan gugus uretan, sehingga dengan bertambahnya konsumsi air Namun penambahan jumlah air juga akan menyebabkan semakin banyak rongga di dalam SMPUF, memperbesar diameter buih, memperkecil kepadatan material, dan dengan demikian mengurangi kekuatan material. Oleh karena itu, dengan peningkatan konsumsi air, kuat tekan SMPUF pertama meningkat dan kemudian menurun, dan nilai maksimumnya adalah 0.49 MPa.
Selain itu, struktur sel sampel diamati dengan mikroskop. Dengan bertambahnya jumlah air, diameter sel menjadi lebih besar dan lebih tidak seragam. Hal ini karena gas dalam sel terutama terdiri dari karbon dioksida yang dihasilkan oleh reaksi kimia air dan isosianat [7]. Dengan bertambahnya jumlah air, gas meningkat dan densitas berkurang.
2.2 Pengaruh dosis air pada sifat termal busa
Gambar 1 menunjukkan spektrum DSC dari sampel SMPUF.
Dapat dilihat dari Gambar 1 bahwa dengan bertambahnya kadar air maka suhu leleh segmen lunak (Tm) SMPUF meningkat secara bertahap (masing-masing 37 derajat , 43 derajat , 47 derajat , 50 derajat dan 54 derajat ). Hal ini dikarenakan gugus urea lebih polar dari pada gugus uretan [8], dan bertambahnya jumlah air akan menyebabkan terbentuknya lebih banyak gugus urea pada SMPUF, yang akan meningkatkan hambatan sterik pergerakan molekul polimer. rantai. Tm meningkat.
2.3 Pengaruh kadar air pada sifat memori bentuk busa
Tabel 2 menunjukkan sifat memori bentuk sampel SMPUF yang disiapkan dengan jumlah air yang berbeda pada suhu yang berbeda.
Dapat dilihat dari Tabel 2 bahwa laju fiksasi bentuk Rf sampel SMPUF yang dibuat dengan takaran air yang berbeda pada temperatur yang berbeda semuanya 100 persen; pada suhu yang sama, dengan peningkatan dosis air, laju pemulihan bentuk Rr dan waktu pemulihan bentuk t dari busa meningkat. Keduanya secara bertahap menurun; dengan peningkatan suhu, tingkat pemulihan bentuk busa secara bertahap meningkat, dan waktu pemulihan bentuk secara bertahap menurun.
PCDL yang merupakan segmen lunak SMPUF memiliki kristalinitas. Setelah suhu SMPUF meningkat dan suhu diturunkan, rantai molekul segmen lunak PCDL "membeku" dengan penurunan suhu. Oleh karena itu, SMPUF ini memiliki kecepatan fiksasi bentuk yang baik [9]. Tingkat pemulihan bentuk SMPUF dipengaruhi oleh kepadatan busa. Semakin kecil densitas, semakin kecil proporsi resin per satuan volume, dan semakin kecil kandungan segmen keras. Oleh karena itu, ketika suhu konstan, efek pemulihan bentuk busa menjadi lebih buruk dengan peningkatan konsumsi air, 60 Tingkat pemulihan bentuk SMPUF-3.0 pada derajat , 80 derajat dan 100 derajat berturut-turut adalah 93,2 persen , 96,0 persen dan 98,0 persen . Semakin besar ukuran pori sel SMPUF, semakin besar deformasi kerangka busa, semakin tinggi energi yang tersimpan, dan semakin besar stres pemulihan rantai molekul [10]. Oleh karena itu, ketika suhu tetap, waktu pemulihan bentuk busa secara bertahap berkurang dengan meningkatnya konsumsi air. , waktu pemulihan bentuk SMPUF-3.0 pada 60 derajat , 80 derajat dan 100 derajat berturut-turut adalah 26 s, 18 s dan 9 s.
Dapat juga dilihat dari Tabel 2 bahwa laju pemulihan SMPUF-3.0 meningkat dan waktu pemulihan bentuk menurun dengan meningkatnya suhu. Hal ini karena semakin tinggi suhu, semakin banyak energi yang diperoleh segmen molekuler, semakin kuat pergerakan segmen, dan semakin lengkap pergerakan segmen lunak dan segmen keras.
3 Kesimpulan
(1) Busa poliuretan memori bentuk berhasil disiapkan, tingkat pemulihan bentuk dan tingkat fiksasi bentuk hingga 100 persen (dengan dosis air 0,5 g dan 1 g), dan bentuk waktu pemulihan sesingkat 9 detik (dosis air 3,0 detik). g, suhunya 100 derajat).
(2) Dengan peningkatan kadar air, kepadatan busa poliuretan memori bentuk secara bertahap menurun, kekuatan tekan pertama meningkat dan kemudian menurun, dan Tm meningkat secara bertahap.
