สรุป:
การใช้ MDI เหลวและโพลีคาร์บอเนตไดออล (PCDL) เป็นวัตถุดิบหลัก น้ำเป็นสารทำให้เกิดฟอง ไตรเอทิลเอมีนและไดบิวทิลทินไดลอเรตเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ชุดของโฟมโพลียูรีเทนหน่วยความจำรูปทรงโพลีคาร์บอเนต (SMPUF) ถูกสังเคราะห์ ผลกระทบของปริมาณน้ำต่อประสิทธิภาพของโฟมถูกตรวจสอบโดยการทดสอบความหนาแน่น การทดสอบประสิทธิภาพการบีบอัด การทดสอบการวัดปริมาณความร้อนด้วยการสแกนดิฟเฟอเรนเชียล และการทดสอบประสิทธิภาพของหน่วยความจำรูปร่าง ผลการวิจัยพบว่า SMPUF มีอัตราการคืนตัวของรูปร่างและอัตราการตรึงรูปร่างของ SMPUF สูงถึง 100 เปอร์เซ็นต์ และระยะเวลาที่สั้นที่สุดในการกู้คืนรูปร่างคือ 9 วินาที สูงขึ้นและสูงขึ้น.
โฟมโพลียูรีเทนหน่วยความจำรูปทรง (SMPUF) เป็นวัสดุหน่วยความจำรูปทรงพิเศษ เมื่อเทียบกับหน่วยความจำรูปทรงยูรีเทนอีลาสโตเมอร์ [1] SMPUF มีข้อดีของความหนาแน่นต่ำ ประสิทธิภาพการดูดซับพลังงานที่ดี ผลการกู้คืนรูปร่างที่ชัดเจน และสามารถขึ้นรูปอย่างรวดเร็วเป็นรูปร่างเฉพาะ [2] ดังนั้นจึงใช้กันอย่างแพร่หลายในอวกาศ ชีวการแพทย์ ปิโตรเลียม ฯลฯ เหมืองแร่และสาขาอื่นๆ อาจมีศักยภาพในการใช้งาน [3-4] อย่างไรก็ตาม มีรายงานการวิจัยน้อยมากเกี่ยวกับโฟมโพลียูรีเทนหน่วยความจำรูปทรง
Kang et al[5] สังเคราะห์ท่อนาโนคาร์บอนแบบหลายผนัง/โฟมโพลียูรีเทนที่มีโพลิออลพอลิอีเทอร์และ 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI) เป็นวัตถุดิบและน้ำเป็นสารทำให้เกิดฟอง การเพิ่มท่อนาโนคาร์บอนแบบหลายผนังสามารถเพิ่มความแข็งแรงเชิงกลและคุณสมบัติหน่วยความจำรูปร่างของโฟมโพลียูรีเทนได้อย่างมาก ชุงและคณะ [6] ใช้ MDI, polycaprolactone diol (PCL) และ 1,4-butanediol (BDO) เพื่อสังเคราะห์โพลียูรีเทนด้วยวิธีขั้นตอนเดียว จากนั้นจึงละลายโพลียูรีเทนในเตตระไฮโดรฟูแรนเพื่อเตรียมยูรีเทนด้วยวิธีการชะล้างด้วยเกลือ โฟมอัตราการตรึงรูปร่างและอัตราการฟื้นตัวสูงกว่า 98 เปอร์เซ็นต์ SMPUF มีพื้นที่การพัฒนาที่กว้างกว่าโพลียูรีเทนอีลาสโตเมอร์ และจำเป็นต้องเสริมสร้างการวิจัยเกี่ยวกับกระบวนการเตรียมการและความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างและคุณสมบัติเพื่อขยายการใช้งานในด้านต่างๆ
ในการศึกษานี้ SMPUF จัดทำขึ้นโดยใช้โพลีคาร์บอเนตไดออล (PCDL) และ MDI เหลวเป็นวัตถุดิบหลักและน้ำเป็นตัวแทนในการเป่า และทำการศึกษาผลกระทบของปริมาณน้ำต่อคุณสมบัติของโฟมโพลียูรีเทนหน่วยความจำรูปทรง
ส่วนการทดลอง 1.1 น้ำยาและเครื่องมือหลัก โพลีคาร์บอเนตไดออล ยี่ห้อ PD2000 เกรดอุตสาหกรรม Beijing Beihua Engineering Technology Co., Ltd.; MDI เหลว (MM103), บริษัท BASF; 1,4-cyclohexanedimethanol (CHDM), เกรดวิเคราะห์ Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd.; Triethylamine เกรดวิเคราะห์ Tianjin Fuchen Chemical Reagent Factory; Dibutyltin dilaurate เกรดวิเคราะห์ Tianjin Guangfu Institute of Fine Chemicals
XWW-20เครื่องทดสอบวัสดุสากล Chengde Jinjian Testing Equipment Co., Ltd.; เครื่องมือ DSC204 F1 Differential Scanning Calorimetry (DSC) บริษัท Germany Netzsch
1.2 กระบวนการทดลอง
เติม PCDL ลงในขวดสามคอแบบแห้งซึ่งมีเทอร์โมมิเตอร์ เครื่องกวน และชิ้นส่วนท้ายแบบสุญญากาศ แล้วดูดความชื้นออกจากขวดเป็นเวลา 1.5 ถึง 2 ชั่วโมงภายใต้สภาวะ 105 องศาและ -01 เอ็มพีเอ เมื่อความชื้นน้อยกว่า 0.1 เปอร์เซ็นต์ ให้หยุดดูดฝุ่น เย็นลง 50 องศา และเก็บในภาชนะที่ปิดสนิทจนกว่าจะใช้งาน MDI ถูกอุ่นในเตาอบไฟฟ้าแบบเป่าแห้งที่อุณหภูมิ 50 องศาเป็นเวลา 1 ชั่วโมงจนใช้งาน
ชั่ง PCDL, CHDM, น้ำ, ไตรเอทิลเอมีนและไดบิวทิลทินไดลอเรต คนและผสมให้เข้ากันด้วยความเร็วสูง จากนั้นวัดส่วนประกอบ MDI ที่เป็นของเหลว คนให้เข้ากันด้วยความเร็วสูง เทลงในแม่พิมพ์ ปฏิกิริยาฟองจะเกิดขึ้นภายใน 15 วินาที หลังจากเสร็จสิ้น ตัวอย่างมีอายุ 7 วันก่อนทำการทดสอบ ในการทดลอง เปลี่ยนเฉพาะปริมาณไอโซไซยาเนตและน้ำ (เทียบกับปริมาณ PCDL 100 กรัม) ค่า R เท่ากับ 1. 05 และโฟมที่มีปริมาณ ag ในน้ำถูกบันทึกเป็น SMPUF-a เช่น SMPUF-0 5 หมายถึง ปริมาณน้ำ 0.5 กรัม
1.3 การทดสอบและการกำหนดลักษณะ
ความหนาแน่นของโฟมได้รับการทดสอบตาม GB/T 6343-2009; กำลังรับแรงอัดทดสอบที่ 20 องศาตามวิธี GB/T 8813-2008
เงื่อนไขการทดสอบ DSC: บรรยากาศ N2 ช่วงอุณหภูมิ 25 ~ 125 องศา อัตราการให้ความร้อน 20 องศา/นาที
การทดสอบสัณฐานวิทยาของเซลล์: กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง, 40x, ภาพตัดขวาง, การย้อมสี Sulfonyrhodamine B
การทดสอบหน่วยความจำรูปร่าง: ตัวอย่างทั้งหมดเป็นลูกบาศก์ขนาด 25 มม. × 25 มม. × 25 มม. และระยะห่างระหว่างเส้นการทำเครื่องหมายคือ L0 อุ่นตัวอย่างให้ร้อนถึง 60 องศา (หรือ 80 องศา , 100 องศา ) ใช้แรงภายนอกบีบอัด 20 เปอร์เซ็นต์ และทำเครื่องหมายความสูงจริง เย็นถึง 0 องศา เก็บรูปร่างไว้ 10 นาที วางไว้ที่อุณหภูมิห้องเป็นเวลา 30 นาที วัดความสูง บันทึกเป็น L2; ให้ความร้อนกับตัวอย่างถึง 60 องศา (หรือ 80 องศา , 100 องศา ) บันทึกความสูงที่กู้คืนเป็น L3 และบันทึกการฟื้นตัวเป็นเวลาสูงสุด t ที่จำเป็นสำหรับความสูง คำนวณตามสูตรต่อไปนี้:
อัตราการตรึงรูปร่าง Rf=[( L0-L2 ) /( L0-L1) ]×100 เปอร์เซ็นต์
อัตราการกู้คืนการเสียรูป Rr=[( L3 - L2 ) / ( L0 - L2 ) ] × 100 เปอร์เซ็นต์
2 ผลลัพธ์และการอภิปราย
2.1 ผลของปริมาณน้ำต่อกำลังอัดของโฟม
ในการทดลองนี้ ได้ทำการศึกษาผลของปริมาณน้ำต่อกำลังรับแรงอัดของ SMPUF และผลที่ได้แสดงไว้ในตารางที่ 1
จากตารางที่ 1 จะเห็นได้ว่าปริมาณน้ำที่เพิ่มขึ้นจาก 0.5 ก. เป็น 3.0 ก. ความหนาแน่นของ SMPUF จะค่อยๆ ลดลง และกำลังรับแรงอัดในตอนแรกจะเพิ่มขึ้นแล้วจึงลดลง ทั้งนี้เนื่องจากน้ำทำปฏิกิริยากับไอโซไซยาเนตเพื่อสร้างหมู่ยูเรีย และหมู่ยูเรียบางกลุ่มสามารถทำปฏิกิริยาเพิ่มเติมเพื่อสร้างหมู่ไบยูเรตได้ พลังงานเหนียวของกลุ่มยูเรียและกลุ่มไบยูเรตสูงกว่ากลุ่มยูรีเทน ดังนั้น ด้วยปริมาณการใช้น้ำที่เพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม การเพิ่มปริมาณน้ำจะทำให้เกิดช่องว่างภายใน SMPUF มากขึ้น เพิ่มขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของโฟม ลด ความหนาแน่นของวัสดุจึงลดความแข็งแรงของวัสดุ ดังนั้น ด้วยการใช้น้ำที่เพิ่มขึ้น กำลังอัดของ SMPUF จะเพิ่มขึ้นก่อนแล้วจึงลดลง และค่าสูงสุดคือ 0.49 MPa
นอกจากนี้ยังสังเกตโครงสร้างเซลล์ของตัวอย่างด้วยกล้องจุลทรรศน์ เมื่อปริมาณน้ำเพิ่มขึ้น เส้นผ่านศูนย์กลางของเซลล์จะใหญ่ขึ้นและไม่สม่ำเสมอมากขึ้น เนื่องจากก๊าซในเซลล์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดจากปฏิกิริยาเคมีของน้ำและไอโซไซยาเนต [7] เมื่อปริมาณน้ำเพิ่มขึ้น ก๊าซจะเพิ่มขึ้นและความหนาแน่นลดลง
2.2 ผลของปริมาณน้ำต่อคุณสมบัติทางความร้อนของโฟม
รูปที่ 1 แสดงสเปกตรัม DSC ของตัวอย่าง SMPUF
จากรูปที่ 1 เมื่อปริมาณน้ำเพิ่มขึ้น อุณหภูมิหลอมเหลวส่วนอ่อน (Tm) ของ SMPUF จะเพิ่มขึ้นทีละน้อย (37 องศา 43 องศา 47 องศา 50 องศา และ 54 องศา ตามลำดับ) ทั้งนี้เนื่องจากหมู่ยูเรียมีขั้วมากกว่ากลุ่มยูรีเทน [8] และปริมาณน้ำที่เพิ่มขึ้นจะนำไปสู่การก่อตัวของกลุ่มยูเรียใน SMPUF มากขึ้น ซึ่งจะเพิ่มอุปสรรค steric ของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลพอลิเมอร์ โซ่. Tm เพิ่มขึ้น
2.3 ผลกระทบของปริมาณน้ำต่อคุณสมบัติหน่วยความจำรูปร่างของโฟม
ตารางที่ 2 แสดงคุณสมบัติหน่วยความจำรูปร่างของตัวอย่าง SMPUF ที่เตรียมด้วยน้ำปริมาณต่างๆ ที่อุณหภูมิต่างกัน
จากตารางที่ 2 จะเห็นได้ว่าอัตราการตรึงรูปร่าง Rf ของตัวอย่าง SMPUF ที่เตรียมด้วยปริมาณน้ำต่างๆ ที่อุณหภูมิต่างกันนั้นทั้งหมด 100 เปอร์เซ็นต์; ที่อุณหภูมิเดียวกัน เมื่อปริมาณน้ำเพิ่มขึ้น อัตราการกู้คืนรูปร่าง Rr และเวลาการกู้คืนรูปร่าง t ของโฟมจะเพิ่มขึ้น ทั้งสองค่อยๆลดลง เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น อัตราการฟื้นตัวของรูปร่างของโฟมจะค่อยๆ เพิ่มขึ้น และเวลาฟื้นตัวของรูปร่างก็ค่อยๆ ลดลง
PCDL ที่ประกอบขึ้นเป็นส่วนที่อ่อนนุ่มของ SMPUF มีความเป็นผลึก หลังจากที่อุณหภูมิของ SMPUF เพิ่มขึ้นและอุณหภูมิลดลง สายโมเลกุลของส่วนอ่อนของ PCDL จะ "แข็งตัว" เมื่ออุณหภูมิลดลง ดังนั้น SMPUF นี้มีอัตราการตรึงรูปร่างที่ดี [9] อัตราการกู้คืนรูปร่างของ SMPUF ได้รับผลกระทบจากความหนาแน่นของโฟม ยิ่งความหนาแน่นน้อยเท่าใด สัดส่วนของเรซินต่อหน่วยปริมาตรก็จะยิ่งน้อยลง และเนื้อหาส่วนแข็งก็จะยิ่งเล็กลง ดังนั้น เมื่ออุณหภูมิคงที่ ผลการคืนรูปของโฟมจะแย่ลงตามปริมาณการใช้น้ำที่เพิ่มขึ้น 60 อัตราการกู้คืนรูปร่างของ SMPUF-30 ที่ระดับ , 80 องศา และ 100 องศา เท่ากับ 93.2 เปอร์เซ็นต์ , 96.0 เปอร์เซ็นต์ และ 98.0 เปอร์เซ็นต์ ตามลำดับ ยิ่งขนาดรูพรุนของเซลล์ SMPUF ใหญ่ขึ้น การเสียรูปของโครงกระดูกโฟมยิ่งมากขึ้น พลังงานที่เก็บไว้ก็จะยิ่งสูงขึ้น และความเค้นของการฟื้นฟูสายโซ่โมเลกุลก็จะยิ่งมากขึ้น [10] ดังนั้นเมื่ออุณหภูมิคงที่ ระยะเวลาการคืนรูปของโฟมจะค่อยๆ ลดลงตามปริมาณการใช้น้ำที่เพิ่มขึ้น , เวลาพักฟื้นรูปร่างของ SMPUF-3.0 ที่ 60 องศา , 80 องศา และ 100 องศา คือ 26 วินาที, 18 วินาที และ 9 วินาที ตามลำดับ
นอกจากนี้ยังสามารถเห็นได้จากตารางที่ 2 ว่าอัตราการฟื้นตัวของ SMPUF-30 เพิ่มขึ้นและเวลาในการฟื้นตัวของรูปร่างจะลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น นี่เป็นเพราะว่ายิ่งอุณหภูมิสูงขึ้นเท่าไร ส่วนของโมเลกุลก็จะยิ่งได้รับพลังงานมากเท่านั้น การเคลื่อนไหวของส่วนนั้นก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้น และการเคลื่อนไหวของส่วนที่อ่อนและส่วนที่แข็งก็จะยิ่งสมบูรณ์มากขึ้น
3 บทสรุป
(1) เตรียมโฟมโพลียูรีเทนหน่วยความจำรูปทรงสำเร็จ อัตราการกู้คืนรูปร่างและอัตราการตรึงรูปร่างสูงถึง 100 เปอร์เซ็นต์ (ด้วยปริมาณน้ำ 0.5 กรัมและ 1 กรัม) และรูปร่าง เวลาพักฟื้นสั้นเพียง 9 วินาที (ปริมาณน้ำ 3.0 วินาที) g อุณหภูมิ 100 องศา ).
(2) เมื่อปริมาณน้ำเพิ่มขึ้น ความหนาแน่นของเมมโมรี่โฟมโพลียูรีเทนโฟมค่อยๆ ลดลง แรงอัดในตอนแรกเพิ่มขึ้นแล้วลดลง และ Tm ค่อยๆ เพิ่มขึ้น
