تهیه فوم نانوکامپوزیت پلی‌یورتان پلی‌بوتیلن‌سوکسینات/سریم‌اکسید با استفاده از روش فروشویی نمک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی پلیمر و رنگ، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

2 دانشکده مهندسی پلیمر و رنگ، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

3 دانشکده مهندسی پزشکی ، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

چکیده
موضوع تحقیق: در این پژوهش، نمونه‌های فوم پلی‌یورتان مبتنی بر پلی‌بوتیلن‌سوکسینات دی‌ال (PBS-diol) و هگزامتیلن دی‌ایزوسیانات (HDI) با استفاده از روش فروشویی نمک تهیه شد. هویت پلیمرها با روش‌های طیف‌سنجی مطالعه و رفتار گرمایی و تشکیل فوم بررسی شد. چنین فومی با ماهیت پلی‌استر آلیفاتیک زیست‌تخریب‌پذیر دارای کاربردهای زیستی است.
روش تحقیق: پلی‌بوتیلن‌سوکسینات (PBS-diol) با روش دومرحله‌ای استری‌شدن و تراکمی‌شدن سنتز شد. سپس با افزودن هگزامتیلن دی‌ایزوسیانات (HDI) اقدام به تهیه پلی‌یورتان شد. پیشرفت واکنش با استفاده از طیف‌های FTIR بررسی شد. نانوذرات سریم‌اکسید (CeO2) در مراحل پایانی تهیه پلی‌یورتان به مقدارهای 0/5، 0/25، 0/1 در صد وزنی افزوده شد. در نهایت با افزودن نمک طعام (NaCl) با اندازه mm 170 در مرحله پایانی و سپس فروشویی نمک، فوم تهیه شد. از حلال دی متیل فرمامید (DMF) برای کاهش گرانروی استفاده شد. پس از مطالعه هویت پلیمرها، رفتار گرمایی آن‌ها بررسی و وجود بلورینگی ثانویه در آن‌ها مشاهده شد. از مدل آورامی در مطالعه بلورینگی نمونه‌ها استفاده شد. تصاویر میکروسکوپی تشکیل سلول‌های فوم را نشان می‌دهد.
نتایج اصلی: جرم مولکولی پلی‌بوتیلن‌سوکسینات حدود g/mol1800 تخمین زده شد. این ماده PBS-دی‌ال نامیده شده و به آن هگزامتیلن دی‌ایزوسیانات (HDI) اضافه شده تا پلی‌یورتان تهیه شود. پیشرفت واکنش با تغییرات قله cm-1 2265 متعلق به گروه ایزوسیاناتی در طیف FTIR مطالعه شد که با پیشرفت واکنش این قله کوچک‌تر و در نهایت حذف می‌شود. عمده واکنش در 60-120 دقیقه پس از افزودن ایزوسیانات انجام می‌شود. تغییرات ساختاری در طیف HNMR نیز بررسی شد. منحنی‌های سرمایش DSC بررسی و قله‌‌های بلورینگی قطعه‌های سخت و نرم مشاهده و سینتیک بلورینگی غیرهم‌دمای آن‌ها با مدل آورامی بررسی و ملاحظه شد که ساختار بلورها غیرمتقارن و سه‌بعدی هستند. تصاویر میکروسکوپ الکترونی اندازه سلول‌های تشکیل‌شده در فوم را حدود mm170 نشان می‌دهد، این اندازه قابل‌مقایسه با اندازه ذرات نمک استفاده‌شده اولیه است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Preparation of polyurethane nanocomposites of poly (butylene succinate) and cerium oxide using salt leaching method

نویسندگان English

Mehdi Rafizadeh 1
Sundus Alghazali 2
Iman Shabani 3
1 Department of Polymer Engineering and Color Technology, Amirkabir University of Technology (Tehran Polytechnic), Tehran, Iran
2 Department of Polymer and Color Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran =
3 Department of Biomedical Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
چکیده English

Research subject: In the present study, a series of polyurethane foams were synthesized based on polybutylene succinate (PBS) and hexamethylene isocyanate (HDI) using the salt leaching method. Polymer characterization, thermal behavior, and foam structure were studied. Such biodegradable foams, mostly aliphatic polyesters, could be applied in biomaterial and biomedical fields.
Research approach: PBS-diol was synthesized via a two-step method: esterification and polycondensation. Then, hexamethylene isocyanate (HDI) was added to produce polyurethane. Reaction progress was followed using FTIR spectra. Cerium oxide (CeO2) nanoparticles, 0.1, 0.25 and 0.5 wt.%, were added to the reactor in the final stage of synthesis. On completion of the reaction, NaCl salt, with a size of 170 μm, was added. Consequently, salt leaching was performed to produce foam. Dimethyl formamide (DMF) was added to reduce the viscosity of the mixture. Polymer characterization was performed using spectroscopy, thermal behavior was analyzed via differential scanning calorimetry, and foam structure was examined using scanning electron microscopy. DSC curves reveal the existence of secondary crystallization. SEM images show the produced foam cells.
Main results: The molecular weight of polybutylene succinate was approximately 1800 g/mol. This material, named PBS-diol, and hexamethylene isocyanate (HDI) were reacted to produce polyurethane. Reaction progress was followed using the isocyanate peak at 2265 cm-1, which decreased and diminished at the end of the reaction in the FTIR spectra. The reaction mostly occurred within 60–120 min after HDI addition. Structural variation was studied using HNMR spectra. Inspection of DSC cooling curves shows crystallization peaks for hard and soft segments. Non-isothermal crystallization kinetics were studied using the modified Avrami model. An asymmetric three-dimensional crystal structure was predicted. SEM images show 170 μm cells which are comparable to the initial diameter of the salt.

کلیدواژه‌ها English

Polybutylene Succinate Diol
Isocyanate
Polyurethane
Cerium Oxide
Foam

  • تاریخ دریافت 01 بهمن 1404
  • تاریخ بازنگری 13 بهمن 1404
  • تاریخ پذیرش 18 بهمن 1404
  • تاریخ اولین انتشار 01 خرداد 1405
  • تاریخ انتشار 01 خرداد 1405