요약:
액화 MDI와 폴리카보네이트디올(PCDL)을 주원료로, 물을 발포제로, 트리에틸아민과 디부틸틴디라우레이트를 촉매로 사용하여 일련의 폴리카보네이트형 형상기억폴리우레탄폼(SMPUF)을 합성하였다. 거품 성능에 대한 수분 함량의 영향은 밀도 테스트, 압축 성능 테스트, 시차 주사 열량계 테스트 및 형상 기억 성능 테스트에 의해 조사되었습니다. 그 결과 SMPUF의 형상 회복율과 형상 고정율은 최대 100%이며 형상 회복에 필요한 최단 시간은 9초로 나타났다. 높이, 조금 더 높이.
형상 기억 폴리우레탄 폼(SMPUF)은 형상 기억 재료의 특수 등급입니다. SMPUF는 형상기억 폴리우레탄 엘라스토머[1]와 비교하여 저밀도, 우수한 에너지 흡수 성능, 명백한 형상 회복 효과의 장점을 가지며 특정 형상으로 빠르게 성형할 수 있으므로[2] 항공우주, 생물의학 분야에서 널리 사용됩니다. , 석유 등. 광업 및 기타 분야는 응용 가능성이 있을 수 있습니다[3-4]. 그럼에도 불구하고 형상기억 폴리우레탄 폼에 대한 연구 보고서는 거의 없습니다.
Kang et al[5]은 폴리에테르 폴리올과 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI)를 원료로, 물을 발포제로 사용하여 다중벽 탄소나노튜브/폴리우레탄 폼을 합성했습니다. 다중벽 탄소 나노튜브를 추가하면 폴리우레탄 폼의 기계적 강도와 형상 기억 특성을 크게 향상시킬 수 있습니다. Chung et al. [6]은 MDI, 폴리카프로락톤디올(PCL) 및 1,{8}}부탄디올(BDO)을 사용하여 원스텝 방식으로 폴리우레탄을 합성한 후, 폴리우레탄을 테트라히드로푸란에 용해시켜 염침출법으로 폴리우레탄을 제조하였다. 거품, 모양 고정율 및 복구율이 98% 이상입니다. SMPUF는 폴리우레탄 엘라스토머보다 더 넓은 개발 공간을 가지고 있으며, 다양한 분야로의 적용을 확대하기 위해서는 제조 공정 및 구조-물성 관계에 대한 연구를 강화할 필요가 있습니다.
본 연구에서는 PCDL(Polycarbonate Diol)과 액화 MDI를 주원료로 하고 물을 발포제로 사용하여 SMPUF를 제조하고, 물의 양이 형상기억 폴리우레탄 폼의 물성에 미치는 영향을 조사하였다.
실험 부품 1.1 주요 시약 및 기기 폴리카보네이트 디올, 브랜드 PD2000, 산업 등급, Beijing Beihua Engineering Technology Co., Ltd.; 액화 MDI(MM103), BASF 사; 1,{5}} 시클로헥산디메탄올(CHDM), 분석 등급, Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd.; 트리에틸아민, 분석 등급, Tianjin Fuchen Chemical Reagent Factory; Dibutyltin dilaurate, 분석 등급, Tianjin Guangfu Institute of Fine Chemicals.
XWW{0}}만능 재료 시험기, Chengde Jinjian Testing Equipment Co., Ltd.; DSC204 F1 시차 주사 열량계(DSC) 기기, 독일 Netzsch Company.
1.2 실험 과정
온도계, 교반기 및 진공 테일피스가 장착된 건조한 삼구 플라스크에 PCDL을 넣고 105도 및 -0의 조건에서 1.5~2시간 동안 진공 탈수한다.1 MPa. 수분함량이 0.1%미만일 경우 진공청소기를 멈추고 50도까지 식힌 후 밀폐용기에 담아 사용할 때까지 보관한다. MDI는 사용할 때까지 50도의 전기 건조 오븐에서 1시간 동안 예열되었습니다.
PCDL, CHDM, 물, 트리에틸아민 및 디부틸주석 디라우레이트를 칭량하고 고속으로 저어 혼합한 다음 액화된 MDI 성분을 계량하고 고속으로 균일하게 교반하고 금형에 붓습니다. 발포 반응은 완료 후 15초 이내입니다. 샘플은 테스트 전에 7일 동안 숙성되었습니다. 실험에서는 이소시아네이트와 물의 양만 변경(PCDL 1{8}}0 g의 양에 대해), R 값은 1.05, 물의 양이 ag인 거품은 다음과 같이 기록되었습니다. SMPUF-0와 같은 SMPUF-a. 5는 물의 양이 0.5g임을 의미합니다.
1.3 테스트 및 특성화
거품 밀도는 GB/T 6343-2009에 따라 테스트됩니다. 압축 강도는 GB/T 8813-2008 방법에 따라 20도에서 테스트됩니다.
DSC 테스트 조건: N2 분위기, 온도 범위 25 ~ 125도, 가열 속도 20도/분.
세포 형태 테스트: 광학 현미경, 40x, 단면, Sulfonylrhodamine B 염색.
형상 기억 테스트: 샘플은 모두 25mm × 25mm × 25mm의 정육면체이며 표시선 사이의 거리는 L0입니다. 샘플을 60도(또는 80도, 100도)로 가열하고 외력을 가하여 20%로 압축하면 실제 높이가 표시됩니다. 0도까지 식히고 10분 동안 모양을 유지하고 30분 동안 실온에 놓고 높이를 측정하고 L2로 기록합니다. 샘플을 60도(또는 80도, 100도)로 가열하고, 회복된 높이를 L3로 기록하고, 높이에 필요한 가장 높은 시간 t까지의 회복을 기록합니다. 다음 공식에 따라 계산됩니다.
형상 고정율 Rf=[( L0-L2 ) /( L0-L1) ]×100%
변형 회복율 Rr=[( L3 - L2 ) / ( L0 - L2 ) ] × 100%
2 결과 및 논의
2.1 거품의 압축 강도에 대한 물 투여량의 영향
본 실험에서는 물의 투입량이 SMPUF의 압축강도에 미치는 영향을 조사하였으며, 그 결과를 Table 1에 나타내었다.
표 1에서 0.5g에서 3.{4}}g로 수분 함량이 증가함에 따라 SMPUF의 밀도가 점차 감소하고 압축 강도가 먼저 증가하고 감소함을 알 수 있습니다. 이는 물이 이소시아네이트와 반응하여 요소기를 형성하고 일부 요소기가 추가로 반응하여 뷰렛기를 형성할 수 있기 때문입니다. 요소 그룹과 뷰렛 그룹의 응집 에너지는 우레탄 그룹의 응집 에너지보다 높으므로 물 소비가 증가함에 따라 물의 양이 증가하면 SMPUF 내부에 더 많은 공극이 발생하고 거품의 직경이 증가하고 감소합니다. 재료의 밀도, 따라서 재료의 강도를 감소시킵니다. 따라서 물 소비량이 증가함에 따라 SMPUF의 압축강도가 먼저 증가하고 감소하며 최대값은 0.49 MPa입니다.
또한, 시료의 세포 구조를 현미경으로 관찰하였다. 물의 양이 증가함에 따라 세포 직경은 더 커지고 더 불균일해진다. 이는 세포 내 가스가 주로 물과 이소시아네이트의 화학 반응에 의해 생성되는 이산화탄소로 구성되기 때문이다[7]. 물의 양이 증가하면 기체가 증가하고 밀도가 감소합니다.
2.2 발포체의 열적 특성에 대한 물 투여량의 영향
그림 1은 SMPUF 샘플의 DSC 스펙트럼을 보여줍니다.
그림 1에서 수분 함량이 증가함에 따라 SMPUF의 소프트 세그먼트 용융 온도(Tm)가 점진적으로 증가함을 알 수 있습니다(각각 37도, 43도, 47도, 50도 및 54도). 이는 urea group이 urethane group보다 더 극성이기 때문[8], 물의 양이 증가하면 SMPUF에 더 많은 urea group이 형성되어 고분자 분자의 운동에 대한 입체장애가 증가하게 된다. 체인. Tm이 증가합니다.
2.3 폼의 형상 기억 특성에 대한 수분 함량의 영향
표 2는 다양한 온도에서 다양한 양의 물로 제조된 SMPUF 샘플의 형상 기억 특성을 보여줍니다.
표 2에서 볼 수 있듯이 서로 다른 온도에서 서로 다른 물을 사용하여 준비한 SMPUF 샘플의 형상 고정률 Rf는 모두 100%입니다. 동일한 온도에서 물 투입량이 증가함에 따라 발포체의 형상 회복율 Rr 및 형상 회복 시간 t가 증가하였다. 둘 다 점차 감소했습니다. 온도가 증가함에 따라 발포체의 형상 회복률이 점차 증가하고 형상 회복 시간이 점차 감소하였다.
SMPUF의 soft segment를 구성하는 PCDL은 결정성을 갖는다. SMPUF의 온도가 상승하고 온도가 낮아지면 PCDL의 소프트 세그먼트 분자 사슬이 온도 감소와 함께 "동결"됩니다. 따라서 이 SMPUF는 형태 고정율이 좋다[9]. SMPUF의 형상 회복률은 거품 밀도에 영향을 받습니다. 밀도가 작을수록 단위 부피당 수지의 비율이 작아지고 하드 세그먼트 함량이 작아집니다. 따라서 온도가 일정할 때 물 소비량의 증가에 따라 폼의 형상 회복 효과가 악화되며, 60 SMPUF-3.0 정도에서 형상 회복률, 8도 및 1{14}}0도는 각각 93.2%, 96.0%, 98.0%였습니다. SMPUF 셀의 기공 크기가 클수록 거품 골격의 변형이 클수록 저장된 에너지가 높아져 분자 사슬 회복 응력이 커집니다[10]. 따라서 온도가 고정되면 물 사용량이 증가함에 따라 폼의 형상 회복 시간이 점차 감소합니다. , 60도, 80도, 100도에서 SMPUF{13}}.0의 형상 회복 시간은 각각 26초, 18초, 9초입니다.
또한 표 2로부터 SMPUF-3.0의 회복률은 증가하고, 형상 회복 시간은 온도가 증가함에 따라 감소함을 알 수 있다. 이는 온도가 높을수록 분자 세그먼트가 더 많은 에너지를 얻을수록 세그먼트의 움직임이 더 강해지고 소프트 세그먼트와 하드 세그먼트의 움직임이 더 완전하기 때문입니다.
3 결론
(1) 형상기억 폴리우레탄 폼이 성공적으로 제조되었으며, 형상 회복률 및 형상 고정률이 최대 100%(물 투입량 0.5g 및 1g), 형상 회복 시간은 9초로 짧았습니다(물 투여량은 3.0초). g, 온도는 100도).
(2) 수분 함량이 증가함에 따라 형상기억 폴리우레탄 폼의 밀도가 점차 감소하고 압축강도가 먼저 증가한 다음 감소하고 Tm이 점차 증가합니다.
