Влага и монтажная пена: Пропускает ли монтажная пена воду?

by Posted on

Содержание

Монтажная пена для гидроизоляции Belinka

Нужно провести герметизацию стыков и щелей? Используйте монтажную пену BELPUR.

Повышенная влажность в помещении, мокрые стены, скопление воды на подоконнике и под ванной — неприятности, с которыми можно столкнуться, если не позаботиться о гидроизоляции. При проведении ремонтных работ необходимо заполнять все щели в строительных конструкциях, а также оконных и дверных проемах. Если оставить пустоты, через них будет просачиваться влага, что приведет к нарушению оптимального микроклимата, образованию грибка и плесени.

Для заделки трещин, дыр и стыков можно использовать монтажную пену для гидроизоляции. Она обеспечивает хорошую герметизацию: не пропускает внутреннюю влагу и атмосферные осадки. Также отличается влагостойкостью, поэтому не впитывает воду и не деформируется. Однако монтажную пену нужно защищать от ультрафиолета краской, лаком или другим герметиком.

Особенности продукции бренда Belinka

В нашем интернет-магазине можно купить монтажную пену для гидроизоляции BELPUR. Это однокомпонентный полиуретановый герметик, который подходит для решения широкого круга задач. Он обеспечивает надежную изоляцию, герметизацию и склеивание. Обладает высокими адгезионными свойствами — прочно сцепляется с бетоном, древесиной, металлом, стеклом и другими материалами.

К преимуществам монтажной пены от производителя из Словении относят:

  • отличные герметизирующие свойства,


  • хорошую шумо- и теплоизоляцию,


  • универсальность применения,


  • быстрое высыхание,


  • легкость нанесения.

В каталоге представлены два варианта монтажной пены:

  • SPRAY — для бытового применения, не нужны дополнительные инструменты для использования;


  • GUN — для нанесения необходим монтажный пистолет.

Продукция поставляется в баллонах объемом 750 мл. Перед использованием внимательно изучите инструкцию по применению.

Как оформить заказ?

Чтобы купить монтажную пену, выберите подходящий вариант, укажите количество баллонов и добавьте позицию в корзину. Цены на продукцию Belinka приведены в каталоге. Доставка заказов производится во все города России.

Остались вопросы? Задайте их нашему менеджеру по телефону, указанному на сайте.

Последние статьи

Какая грунтовка нужна под штукатурку и другие финишные покрытия?

26.03.2021

Антисептирование стен: правила проведения

22.03.2021

Какую краску выбрать для деревянных мостков на даче?

19.03.2021

Модные цвета для покраски дома: что учесть при выборе отделочных материалов?

16.03.2021

Чем покрасить стены в кладовке?

12.03.2021

Чем обработать наличники?

11.03.2021

Монтажная пена в вопросах и ответах

Перейти к Каталогу монтажной пены

1. Что такое однокомпонентная полиуретановая пена?

Однокомпонентная полиуретановая пена является полужестким изоляционным материалом, созданным как для неспециалистов так и для профессионалов, выпускаемым в баллонах различного объема.

2. Что составляет химическую основу однокомпонентной полиуретановой пены?

Химическую основу однокомпонентной полиуретановой пены составляет форполимер из Полиола и изоцианата.

3. Что такое форполимер?

Форполимер –это соединение вышеназванных химических элементов, молекулы которых уже начали реагировать друг с другом. Как только реакция полностью завершится, образуется новый материал, называемый полиуретаном.

4. Необходимо ли каким-либо способом способствовать проведению химической реакции?

Да, для правильного затвердевания однокомпонентной полиуретановой пены необходима соответствующая влажность.

5. Как обеспечить пену необходимой степенью влажности?

После выпуска пены из баллона, свежая пена берет влажность либо из поверхности, на которую она была нанесена, либо из атмосферы.

6. Можно ли как-то способствовать процессу затвердевания пены или ускорить его?

Да, нанося воду, желательно из пульверизатора, можно сократить время затвердевания пены.

7. Сколько воды необходимо для правильного застывания пены?

Количество воды зависит от количества нанесенной пены. Как правило, на 750-ти миллилитровый баллон пены требуется 40 миллилитров воды.

8. Когда необходимо сбрызгивать пену водой?

Рекомендуется наносить воду на поверхность материала, на который будет наноситься пена, а затем и на саму только что выдавленную пену. Большие объемы пены следует наносить слоями, и водой должен сбрызгиваться каждый слой.

9. Необходимо ли ждать затвердевания каждого слоя перед нанесением последующего и нужно ли наносить воду между слоями?

Содержимое всего баллона может быть использовано сразу, если наносить пену слоями и сбрызгивать водой каждый слой .

10. Не повлияет ли вода на пену?

Нет. Вода никак не повлияет на пену.

11. Сколько воды нужно наносить на поверхность?

Столько, сколько поверхность могут впитать. На поверхности не должно оставаться воды, так как вода действует на пену как репеллент и препятствует соединению пены с поверхностью.

12. Что происходит, если в атмосфере и на поверхности, на которую наносится пена, недостаточно влажности?

Недостаточная влажность ведет к недостаточному затвердеванию пены, и это может привести к расширению пены впоследствии, даже спустя месяцы после нанесения.

13. Если клиент жалуется на неправильное застывание пены, возможно ли определить, что в момент нанесения влажность была недостаточной?

Да, если нанесенную пену разрезать, изменение цвета от ярко-бежевого (нормальный цвет пены) до коричневатого указывает на то, что во время нанесения пены влажность была недостаточной. Если жалоба поступает через короткое время после нанесения пены, возможно обнаружить незатвердевшую коричневатую тягучую сердцевину внутри слоя и капли пены.

14. К чему устойчива затвердевшая пена ?

Правильно затвердевшая пена устойчива к влаге – даже соленой воде- вредителям, грызунам и разбавленным кислотам, но она не устойчива к ультрафиолетовым лучам.

15. Означает ли неустойчивость пены к ультрафиолетовым лучам то, что материал нельзя использовать снаружи?

Нет, если застывшую пену покрасить или покрыть строительным раствором или гипсом или другим материалом, пену можно использовать снаружи без каких-либо проблем.

16. Как насчет старения затвердевшей пены?

Застывшая пена устойчива к старению. Пока не известны случаи распада пены даже через 20 лет после нанесения.

17. Можно ли заполнить полиуретановой пеной стыки и щели между изоляционными слоями из полистирола?

Да, однокомпонентную полиуретановую пену можно использовать в этих целях, и пена не будет воздействовать на полистирол.

18. Выделяет ли однокомпонентная полиуретановая пена в затвердевшем виде опасные газы в течение срока службы?

Нет, застывшая однокомпонентная полиуретановая пена не выделяет никаких опасных газов.

19. Что необходимо знать в случае нанесения однокомпонентной u1087 полиуретановой пены на металлические трубы (стальные, медные и т.д.)?

Металлические трубы не должны быть без покрытия, так как возможно, что открытая ячеистая структура в месте соединения пены и металлической поверхности – в результате конденсации, вызванной веществом, пропускаемым по трубе – может ускорить процесс коррозии.

20. Верно ли то, что пена в баллоне имеет ограниченный срок хранения?

Да, пена внутри баллона имеет ограниченный срок хранения из-за химической реакции, которая –хотя и очень медленно — начинается вскоре после того, как баллон заполнили химическими продуктами.

21. Может ли внешнее воздействие повлиять на срок хранения баллона?

Да, если хранить баллон в теплом месте, срок хранения может значительно сократиться – в зависимости от температуры хранения.

22. Может ли низкая температура повлиять на пену?

Да, низкая температура при хранении положительно влияет на срок хранения.

23. Что происходит, если по какой-то причине баллон хранили при температуре ниже нуля в течение какого-то времени?

Вязкость содержимого баллона, хранимого при температуре ниже нуля в течение какого-то времени, повысится, то есть материал становится более вязким. Таким образом, перед использованием баллон надо разогреть. Эта процедура может занять определенное количество времени.

24. Влияет ли температура ниже +5 0С на хранение или нанесение однокомпонентной полиуретановой пены?

Да, пена, выдавленная из баллона при нормальной температуре (t0С содержимого выше +5 0С ) кремово — желтоватого цвета ровной округлой формы. Пена, выпущенная из баллона при более низкой температуре, выглядит как икра лягушки и имеет очень жесткую структуру с прозрачными ячейками. Затвердевшая пена хрупкая, коричневого цвета.

25. Возможно ли как-то ускорить процесс нагревания?

Да, лучше поставить баллон в теплую воду. Процесс нагревания можно ускорить, встряхивая баллон время от времени.

26. Можно ли ускорить процесс нагревания, подвергнув баллон воздействию высоких температур?

Ни в коем случае нельзя подвергать баллон воздействию высоких температур, так как это приведет к опасному повышению давления газа-вытеснителя внутри баллона, и может стать причиной взрыва баллона. Следует соблюдать меры предосторожности, указанные на этикетке баллона.

27. Возможно ли взрывание баллона, если с ним обращались правильно?

Нет. Ни при каких условиях. Если баллон правильно хранить, пользоваться и нагревать, то он никогда не взорвется. Аэрозольные баллоны созданы в соответствии с высочайшими производственными стандартами.

28. Соответствуют ли аэрозольные баллоны требованиям по давлению (испытательное давление/ давление взрыва)?

Да, аэрозольные баллоны производятся в Европе в соответствии с Немецкими правилами TRG 300. По этим правилам аэрозоль, используемый для однокомпонентной полиуретановой пены выдерживает тест на давление при 15 бар. Во время теста баллон подвергался этому давлению в течение 25 секунд, после которых не должно появиться признаков какой-либо окончательной деформации.

29. Возможно ли определить по взорвавшемуся баллону, был ли он использован неправильно, хранили ли его в несоответствующих условиях или подвергался ли баллон воздействию высокой температуры?

Да, в соответствии с тестами на давление, которые мы проводили по различным причинам (ответственность производителя за качество продукции) можно утверждать, что баллон взрывается при 20-23 бар или выше. Такое давление может быть вызвано пропеллентом в баллоне. В соответствии с законами физики давление газа (газа-вытеснителя) усиливается, если баллон подвержен высокой температуре и ослабевает при низкой температуре. У каждого пропеллента индивидуальные характеристики температуры/ давления. Поэтому по таблице можно узнать соответствующую температуру, при которой давление газа-вытеснителя увеличивается до 20-23 бар.

30. Может ли температура в автомобиле увеличиться до уровня, который может стать критическим или опасным для аэрозоля?

Да, тесты, проведенные Немецким автомобильным клубом некоторое время назад, показали возможность увеличения температуры значительно выше +70 0С в машине обычным солнечным днем в Центральной Европе. Температура внутри баллона может подняться даже выше, особенно за ветровыми стеклами и задними стеклами при угле наклона 45 0С или меньше.

31. Имеет ли пропеллент в баллоне вредное воздействие на озоновый слой?

Нет, пропеллент в баллоне одобрен по всему миру.

32. Наш конкурент заявляет о большем выходе пены из его баллонов. Если размер баллона и тип пены (монтажная пена для пистолетов) одни и те же, нет практически никакой разницы между выходом пены из баллонов разных производителей. Выход пены зависит от разных аспектов, например от срока хранения баллона и метода тестирования выхода продукта.

33. Как срок хранения баллона может повлиять на выход продукта?

В результате полимеризации, которая начинается вскоре после производства баллона, вязкость форполимера постоянно растет с течением времени. Данный процесс происходит достаточно равномерно на протяжении первых 6-7- месяцев и ускоряется к истечению срока хранения. Как уже говорилось, условия хранения могут положительно или отрицательно влиять на повышение вязкости форполимера.

34. Как вязкость форполимера влияет на выход продукта?

Чем выше вязкость жидкости или полиуретановой пены, тем меньше скорость потока. Вязкий материал не будет расширяться так, как более жидкий. В то время как выход продукта из более старого контейнера уменьшается, ячеистая структура пены становится более мелкопористой, и, следственно, более качественной.

35. Есть ли какой-нибудь фактор, влияющий на выход продукта из баллона в отношении состава?

Да, очень важным фактором в сравнении выхода продукта из баллонов различных производителей является Удельная Масса (УМ) застывшей пены. Чем выше УМ, тем меньше выход из баллона определенного размера и наоборот. Чем выше УМ, тем мельче ячеистая структура. Затвердевшая пена с низкой УМ имеет грубую ячеистую структуру, и, следственно, ее характеристики, такие как прочность на разрыв, прессуемость, прочность на сдвиг и т.д., ниже.

36. Какова Удельная Масса многофункциональной пены?

Удельная Масса многофункциональной пены составляет 17-20 кг на кубический метр.

37. Почему необходимо встряхивать однокомпонентную полиуретановую пену перед использованием?

Пропеллент в однокомпонентной полиуретановой пене используется с тремя различными целями. Во-первых, он действует как растворитель для вязкого форполимера. Во-вторых, он действует как пенообразователь в составе. В- третьих, необходимо вытеснить форполимер из баллона. Через несколько часов после заполнения баллона, впоследствии однородный раствор Изоцианата, Полиола и Пропеллента, начинает разлагаться. Поэтому перед использованием необходимо встряхивать баллон для восстановления однородности раствора.

38. Оказывается ли неблагоприятное воздействие на пену, если баллон перед использованием хорошо не встряхнули?

Да, у пены, выпущенной из баллона, который не встряхнули или встряхнули недостаточно, очень характерный внешний вид. Материал нельзя назвать пеной, он выглядит как лягушачья икра, и видно четкое отсоединение пропеллента (белая водянистая жидкость) от форполимера.

39. Необходимо ли встряхивать баллон во время использования?

Рекомендуется время от времени встряхивать баллон для того, чтобы избежать отсоединения пропеллента от форполимера.

40. Как часто надо встряхивать баллон для получения однородной смеси?

Баллон необходимо встряхнуть минимум 15-20 раз.

41. Я хотел нанести пену из баллона, который я купил на днях, и она вышла из баллона под давлением, намного большим, чем из баллона, которым я пользовался 6 месяцев назад. Вы, должно быть, переполнили баллон. Безопасные пропелленты, используемые в однокомпонентной полиуретановой пене, находятся под особым давлением, которое зависит от температуры. Вид пропеллента, используемый в нашей рецептуре, например, создает давление приблизительно 6.5 бар при температуре 20 0С. Давление растет, если пропеллент подвергается воздействию высокой температуры. Оно, соответственно, падает при низких температурах. Даже если количество препеллента в два раза превышает обычный объем — из-за переполнения баллона — его собственное давление при данных температурах не будет расти.

42. Я не смог полностью использовать весь баллон, купленный вчера, так как в нем не было достаточно пропеллента. Характеристикой пропеллента, который используется в однокомпонентных полиуретановых пенах, является то, что индивидуальное давление при определенной температуре является стабильным и – в отличии от сжатого воздуха, например, — не зависит от заполненного количества. Если мы заполнили герметичный баллон объемом в 1,000 миллилитров 2. 000 миллилитрами сжатого воздуха, давление этого сжатого воздуха будет составлять 2 бар. Допустим, 500 миллилитров этого сжатого воздуха было выпущено их баллона, тогда давление оставшегося воздуха составляет 1,5 бар. Если мы выпустим еще 500 миллилитров из баллона, давление оставшегося сжатого воздуха составит 1 бар и так далее. Другими словами, давление сжатых газов, таких как воздух, азот, кислород и т.п., соотносится с объемом баллона и заполненным объемом. Сжиженные безопасные пропелленты , с другой стороны, не имеют таких характеристик. Их давление остается одинаковым вне зависимости от объема баллона и заполненного содержания.

43. Необходимо ли использовать однокомпонентную полиуретановую пену всю сразу?

Нет, частично использованный баллон можно хранить в течение нескольких недель при соблюдении условий хранения (сухое и прохладное место).

44. Как нужно хранить частично использованный баллон?

Оставить баллон в сухом и прохладном месте с остатками застывшей u1087 пены на штоке клапана. Затвердевшая пена служит пробкой, предохраняющей от возможной утечки пропеллента.

45. Что мне нужно делать с застывшей пеной на штоке клапана, если я хочу снова воспользоваться баллоном?

Вставить штопор в затвердевшую пену до упора. Затем, вытянуть застывшую пену из стержня.

46. Я не смог приступить к работе с баллоном, который был куплен на днях. Я не смог повернуть клапан, как того требует инструкция.

Клапаны, используемые для производства аэрозолей, являются массовой продукцией, и каждый индивидуально проверить не представляется возможным. В зависимости от условий хранения на складах оптовиков или розничных торговцев (т.е. при высокой относительной влажности) со временем влага может проникать в баллон. Из-за того, что влажность действует на форполимер в баллоне как катализатор, на дне штока образуется кольцо застывшего форполимера, между черной резиновой пробкой клапана, который работает как пружина, и штоком. Если кольцо из форполимера все еще маленькое и эластичное, клапан можно активировать, отклонив шток. Если шток невозможно отклонить или на него нельзя нажать вертикально, лучше вернуть баллон в магазин и заменить его. Если сильно активировать клапан, это может привести к бесконтрольной экструзии пены из баллона и вызвать серьезные травмы для пользователя и повреждение имущества.

47. Через 10 минут после окончания работы, пена все еще выходила из переходника. Что я сделал не так?

Вы не сделали ничего неправильного. Форполимер в удлинительной трубке выходит под воздействием влажности атмосферы, и, таким образом, выталкивается из переходника. Вытекания пены можно избежать, сразу после использования, открутив переходник.

48. Как можно избавиться от пролитой пены?

Брызги и пятна свежей пены можно устранить полиуретановым очистительным средством или специальным растворителем. Затвердевшую пену можно удалить с помощью FOAMCLEAN. FOAMCLEAN – это тиксотропный гель, который размягчает затвердевшую пену, и впоследствии ее можно удалить с поврежденной поверхности.

49. Создает ли пена давление в течение периода расширения, пока она полностью не застынет?

Да, во время периода расширения и до полного застывания, пена создает давление в результате своего расширения. Поэтому рекомендуется заполнять щели, пустоты и дыры приблизительно только на треть.

50. Как насчет излишка застывшей пены на окнах и подобных местах?

Излишек застывшей пены можно легко срезать острым ножом, резаком, пилой или чем-то подобным.

51. Является ли затвердевшая пена водонепроницаемой?

Нет, затвердевшая пена не является полностью водонепроницаемой, особенно в местах среза. Хотя пена имеет закрытую ячеистую структуру, срезанные ячейки образуют пустоты, которые могут впитывать воду.

52. Является ли затвердевшая пена термостойкой?

Да, затвердевшая пена является термостойкой к температуре от — 40 0С до +100 0С (длительное время) и от — 40 0С до +130 0С (краткосрочно).

53. Можно ли использовать пену для заполнения полых профилей (ПВХ, Алюминиевые, Стальные и т.п.)?

Заполнять полые профили не рекомендуется, так как по всей длине профиля невозможно обеспечить влажность, необходимую для правильного застывания пены.

54. На какие виды поверхностей/основ можно наносить пену?

Однокомпонентную полиуретановую пену можно наносить на твердые поверхности, за исключением основ как полиэтилен, Тефлон, Силикон, масла и жиры.

55. При какой температуре рекомендуется использование или какая температура является оптимальной для использования однокомпонентной полиуретановой пены?

Для достижения лучших результатов пену нужно использовать при температуре +15 — +25 0С (температура содержимого баллона и окружающего воздуха).

56. Какова степень расширения однокомпонентной полиуретановой пены, покупаемой у вашей компании?

Однокомпонентная полиуретановая пена в аэрозольных баллонах имеет степень расширения, равную приблизительно 150%.

57. Каков уровень u1087 поглощения воды однокомпонентной полиуретановой пены?

Уровень поглощения воды однокомпонентной полиуретановой пены составляет приблизительно 0,3%.

58. Какова сила растяжения однокомпонентной полиуретановой пены?

Уровень растяжения однокомпонентной полиуретановой пены составляет приблизительно 18 Н/см2 (DIN 53455).

59. Есть ли у однокомпонентной полиуретановой пены предел прочности на разрыв?

Да, предел прочности однокомпонентной полиуретановой пены на разрыв составляет приблизительно 20 Н/см2 (DIN 53455).

60. Если по какой-либо причине мы захотим провести апробирование продукта в нашей лаборатории и обменяться результатами тестов с вашим отделом технического обслуживания, какими должны быть условия для проведения тестов для того, чтобы мы смогли сравнить результаты?

Все тесты по техническим данным, указанные в наших листках технической информации, проводились при температуре + 20 0С и относительной влажности, составляющей 60%. Поверхности были хорошо увлажнены.

61. Есть ли разница в удельной массе между однокомпонентной полиуретановой пеной, нанесенной в замкнутом пространстве и пеной, заполнившей широкую открытую щель?

Да, удельная масса пены, нанесенной в замкнутом пространстве, значительно выше, чем свободно выпущенной пены. Из-за герметизации щели, ячеистая структура пены становится очень мелкопористой.

62. Продукция вашей компании производится в соответствии с какими-либо международно-признанными программами по проверке качества?

Да, наша компания прошла сертификацию в соответствии со стандартами Международной Организацией по Стандартизации 9001 в 1993 г. Последующая проверка и сертификация были успешно пройдены в августе 1995 г.

63. Почему на рынке представлено так много размеров баллонов однокомпонентной полиуретановой пены?

Однокомпонентная полиуретановая пена доступна на рынке в различных видах. Существует стандартный баллон, которым можно пользоваться в перевернутом положении клапана и переходника. Есть также поршневой баллон, предлагаемый только POLYFOAM LTD, так как мы являемся обладателями патента на такой баллон. Все баллоны, продаваемые в Европе, должны производиться в соответствии с директивой ЕЭС (стандарты заполнения для потребительских товаров). В соответствии с этим распоряжением, аэрозольные баллоны должны быть заполнены минимум на 75% от полного заполнения баллона. В связи с данным распоряжением применяется следующее заполнение:

Максимальный объем баллона

1’000 мл

800 мл

650 мл

520 мл

405 мл

Заполнение баллона

750 мл

800 мл

500 мл

400 мл

300 мл

Данные стандарты заполнения не применяются в Австралии. Если содержимое аэрозольных баллонов по всему миру заполняется по объему, Австралийские правила требуют заполнения по весу. В отличии от стандартов заполнения перевернутых баллонов, поршневые баллоны заполняются в соответствии с подпунктом инструкции о заполнении потребительских товаров. В соответствии с этим, поршневой баллон считается многокамерным баллоном, и к нему применяются следующие стандарты:

Максимальный объем баллона

1’000 мл

800 мл

650 мл

Заполнение баллона

825 мл

560 мл

470 мл

64. Существует ли у однокомпонентной полиуретановой пены, производимой у вас, степень пожарной опасности?

Да, у нашей продукции есть степень пожарной опасности в соответствии со стандартом Немецкого института Стандартизации DIN 4102/часть 1. DIN 4102 определяет в Разделе 1, что все строительные материалы, используемые в высоких зданиях, должны соответствовать «Классификации строительных материалов». Существует три следующие классификации: Классификация В3 легко воспламеняющиеся Классификация В2 воспламенение обычное Классификация В1 воспламенение незначительное Пена по классификации В1 в данный момент не может быть предоставлена ни одним производителем в мире по техническим причинам.

65. Как можно удалить затвердевшею полиуретановую пену с кожи человека?

Рекомендуется оставлять остатки затвердевшей однокомпонентной пены как есть. Никогда не используйте твердые предметы, такие как пемза. Естественное скопление кожного жира поможет избавиться от пены в течение одного — двух дней.

66. Через пару месяцев после того, как я воспользовался полиуретановой пеной для заполнения щелей в оконных рамах из ПВХ , поверхность рамы частично изменила цвет. Я не покрывал раму перед нанесением пены, но я удалил излишки пены с рамы с помощью полиуретанового очистительного средства.

Полиуретановая пена не выделяет никаких элементов, которые меняют цвет ПВХ или другого поверхностного материала. Возможно, Вы удалили не всю пену с поверхности, и на ней остался очень тонкий слой разбавленного полиуретана. Со временем этот тонкий слой полиуретана обесцветится ультрафиолетовыми лучами, так как продукт не устойчив к ним.

67. Баллоны, которые вы прислали нам в прошлый раз, содержали пену светло-бежевого цвета. Пена, же, которую я использовал сегодня, имеет более сероватый оттенок. Может быть, с продуктом что-то не так?

Нет, одной из составляющих частей продукта является Изоцианат, являющийся производным соединением сырой нефти. Сырая нефть поступает на очистительные заводы разных стран по всему миру в различных цветах, и т. д.

68. Проводит ли затвердевшая пена тепло?

Да, теплопроводность продукта составляет 0,04 Вт/мК

69. Каково относительное удлинение при разрыве?

Относительное удлинение при разрыве составляет 30%, измеряется по стандарту DIN 53455.

70. Каков у застывшей пены предел прочности при сдвиге?

Предел прочности при сдвиге по стандарту DIN 53422 составляет 8 Вт/мК

71. Каков у застывшей пены предел прочности при изгибе?

Прочность затвердевшей пены при изгибе составляет 20 Вт/мК. (по стандарту DIN 53423).

72. Какова величина относительного сжатия застывшей пены, есть ли она?

Да, относительное сжатие продукта при 10% сжатии составляет 5 Вт/мК. (по стандарту DIN 53421).

73. Почему при использовании стандартного баллона нужно переворачивать его вверх дном?

Фаза паров пропеллента внутри баллона легче, чем форполимера. И потому он поднимается над жидким форполимером. Для правильного нанесения пропеллент должен быть ниже форполимера.

74. Почему поршневой баллон можно держать вертикально?

Пропеллент под плунжером в нижней части баллона выталкивает поршень вверх, и таким образом, вдавливает форполимер в клапан, вне зависимости от того, направлен баллон вверх или вниз.

75. Есть ли другие преимущества поршневого баллона перед стандартным?

Да, выпускная доля поршневого баллона составляет 98%, а остаток форполимера в стандартном баллоне составляет примерно 10-12% содержимого баллона.

76. Каково преимущество баллона, используемого со специальным пистолетом, перед обычным баллоном?

Нанесение пены с помощью пистолета получается более аккуратным и, потому, более экономичным.

77. Каково преимущество пластмассового пистолета перед металлическим?

Легкий вес пластмассового корпуса пистолета позволяет им дольше работать, не уставая.

78. Изнашивается ли пластмассовый пистолет быстрее, чем металлический?

Нет, при условии, что оба пистолета используются с одинаковой рабочей нагрузкой, срок их использования будет одинаковым. Механические детали внутри пластмассового пистолета – некоторые из них имеют тефлоновое покрытие – сделаны по высочайшим промышленным стандартам для того, чтобы сохранить данный прецизионный инструмент в рабочей форме.

79. Был ли у вас опыт определения срока службы пластмассового пистолета?

Да, в нашей лаборатории по контролю качества, где пистолетные баллоны монтажной пены для пистолетов различных партий проверяются несколько раз в день, есть пластмассовые пистолеты, которыми пользуются уже больше года. В отличие от использования на строительных площадках, мы не используем тестируемые баллоны до конца, но снимаем пистолет с баллона после двух – трех распылений. И потому пистолет приходится промывать с помощью очистительного средства после каждого использования. Тем не менее, прокладки в пистолете все равно герметичные и хорошо служат.

80. Возможно ли оставить баллон на пистолете, если он не был использован до конца?

Да, мы рекомендуем оставлять баллон на пистолете, пока все содержимое не закончится. Для правильного хранения баллона и пистолета, рекомендуется заблокировать спусковой механизм дозирующим винтом.

81. Как долго можно хранить соединенными баллон и пистолет до очередного использования?

При условии, что дозирующий винт хорошо затянут, баллон с пистолетом можно хранить приблизительно 2-3 недели.

82. Почему струя, получаемая из пистолета, меньше в диаметре, чем капля из углового переходника?

Проходя через ствол пистолета пена еще не расширилась в такой степени, как при выходе из наконечника ствола. Ширина ствола и диаметр наконечника (в сравнении с удлинительной трубкой углового переходника) определяют размер струи.

83. Пистолет, купленный мною недавно, течет в гнезде адаптера пистолета. Это брак?

Нет, оставшаяся пена выходит из клапана при откручивании баллона. Эта пена расширяется в гнезде, и не является следствием протекания пистолета, как Вы подумали. Информация для Вас: Поскольку клапан открывается и закрывается по осевой симметрии (т.е. вертикально), это движение происходит при откручивании (т.е. радиально) баллона от пистолета. Таким образом, два витка резьбы, один, являющийся переходным кольцом баллона, а другой- внутренним кольцом переходника пистолета, остаются сцепленными, пока клапан открыт. Таким образом, в гнездо попадает очень маленькое количество пены.

84. Необходимо ли снимать расширяющуюся пену со стакана переходника, или можно сразу же присоединить новый баллон к пистолету?

Переходник сделан из пластмассы, к которой пена не прилипает. Но все же рекомендуется сразу же вытирать свежую пену очистительным средством. Если с инструментами правильно обращаться, они служат дольше!

85. На пистолете фирмы – вашего конкурента я увидел удлинительную u1090 трубку, прикрепленную к зазубренному кончику пистолета. Есть ли в этом какие-либо преимущества перед пистолетом, который предлагается вами?

Немедленная остановка потока пены при отпускании механизма является одним из главных преимуществ пистолетного баллона перед стандартным. А после прикрепления удлинительной трубки к пистолету, бесконтрольное вытекание свежей пены будет неизбежным.

86. На что нужно обратить внимание , если придется хранить использованный пистолет в течение какого-то времени?

Отсоедините пустой или частично опустошенный баллон от пистолета и немедленно замените его на баллон с очистительным средством для пистолета. Рекомендуется ослабить давление в корпусе пистолета, легко оттягивая рычаг, отсоединяя баллон ( с пеной или с очистительным средством). Внимание! Под рукой должна быть пустая картонная коробка или что-то подобное для пены или очистительного средства в случае необходимости. Оставьте очистительное средство на пистолете на 2 минуты, чтобы полностью растворить остатки пены внутри корпуса. Потяните рычаг и выпустите раствор пены и растворитель в картонную коробку или что-то подобное. Повторять эту операцию пока не выйдет чистый раствор.

87. Вы обеспечиваете запасными частями для пистолета?

Нет пистолет нельзя разбирать. Пистолеты, которые не работают должным образом, или изношенные пистолеты заменяются на новые за полцены. Одну из самых чувствительных деталей пистолета, запорный клапан в адаптере, можно присоединить только в производственных условиях с использованием специальных инструментов.

88. К кольцу переходника средства для очистки пистолетов присоединена маленькая красная деталь. Для чего она?

Средство для очистки пистолетов можно использовать под любым углом благодаря специальному клапану баллона. Маленькая красная деталь является головкой , которую можно прикрепить к клапану для удаления свежей пены с пистолета (корпус/адаптер /стакан) и других предметов. Осторожно! Рекомендуется проводить тест в скрытом месте, прежде чем очищать чувствительные предметы, чтобы не повредить им.

89. Нужно ли применять особые меры предосторожности при хранении баллонов с однокомпонентной полиуретановой пеной на складе или в магазинах?

Да, баллоны с однокомпонентной полиуретановой пеной надо хранить в сухом прохладном месте. На складах и во время транспортировки паллеты нельзя складывать друг на друга. Баллоны, отдельные или в картоне, всегда надо хранить клапаном вверх. Хранение в горизонтальном положении приведет к блокировке клапана.

90. Назовите самый эффективный и безопасный метод работы с клапаном?

Самым эффективным способом работы с клапаном является наклонение его соответствующим рычагом углового переходника. В этом случае как минимум 2 из 4 отверстий в штоке клапана открыты для того, чтобы пена выходила с нормальной мощностью потока. Регулируя давление на рычаге, мощность потока легко контролируется. Необходимо всячески избегать операций с клапаном в вертикальном положении, так как скорее всего это приведет к обратному перемещению пояска черной резиновой пробки по пластмассовому стержню. Это приводит к тому, что клапан остается в открытом положении и к бесконтрольному вытеканию пены.

91. Под защитным колпачком клапана баллона, который я купил недавно, была застывшая пена и липкое коричневатое вещество.

Вещество, обнаруженное под защитным колпачком клапана было вытеснено из баллона либо в результате неисправности наполнительной машины на заводе либо из-за сверхвысокого давления на клапан. Это могло случиться, например, во время транспортировки, если на картонную упаковку положили тяжелый груз.

92. Когда я встряхнул баллон, купленный недавно, мне показалось, что содержимое затвердело.

Причиной для этого, по-видимому, стало то, что весь газ вышел из-за дефектного клапана.

93. Почему выход продукта из поршневого баллона выше чем из обычного 750 мл баллона?

Объем содержимого поршневого баллона (825 мл) больше объема в стандартном баллоне (750 мл). Более того, скорость откачки поршневого баллона выше. Пистолет выталкивает форполимер к клапану, и, таким образом, оставляет внутреннюю поверхность баллона совершенно чистой, тогда как в стандартном баллоне значительное количество (10-12%) вязкого форполимера прилипает к внутренним стенкам баллона.

94. Я хотел снова воспользоваться баллоном несколько дней назад, но я так и не добился получения пены.

Видимо, затвердевшие остатки пены в штоке клапана заблокировали систему.

95. Струя пены, полученной из баллона, купленного вчера, очень маленький. Я заметил при встряхивании баллона перед работой, что содержимое показалось довольно твердым.

Очевидно, Вы купили баллон, срок годности которого уже заканчивался.

96. На одной из паллет, полученных от вашей компании вчера, картон был деформирован. Открыв картонную упаковку, мы обнаружили 12 баллонов полностью покрытых затвердевшей пеной. Создалось впечатление, будто все баллоны активировались во время транспортировки. Это проблема, которая может случиться время от времени.

Скорее всего на картон, во время транспортировки, положили тяжелый груз. Давление на баллоны привело в действие один или два клапана.

97. Какова функция клапана в нижней части поршневого баллона?

Через этот клапан пропеллент попадает в пространство под поршнем.

98. После нескольких распылений из пистолетного баллона, выпущенная пена не вышла прямо, но отклонилась в сторону.

Рекомендуется чистить наконечник трубки во время использования, особенно, если работа временно была прервана. Иначе остатки свежей пены на наконечнике застынут и, таким образом, заблокируют маленькое отверстие.

99. Нужно ли уделять особое внимание баллонам полиуретановой пены во время хранения и использования?

Да, все аэрозоли, и баллоны с полиуретановой пеной, в частности, требуют особого внимания во время хранения и использования. Всю существенную информацию, в том числе о медицинской помощи при несчастном случае, можно найти на упаковке каждого баллона.

100. При работе с поршневым баллоном я заметил явное уменьшение потока пены, когда баллон практически заканчивался . Через несколько минут баллон опять стал нормально работать.

Поршень выдавливается вверх, и потому пена выталкивается из баллона из-за разницы атмосферного давления снаружи и внутри баллона, а именно, под поршнем, если клапан открыт. Давление безопасного пропеллента образуется в результате перехода (испарения) из жидкого состояния в газообразное, в зависимости от пропорции объема баллона, в который он заполняется, заполняющегося количества и температуры. Так как поршень движется в баллоне вверх, объем под ним стабильно растет, и, таким образом, требуется непрерывный переход жидкого пропеллента в газ. По законам физики для процесса испарения нужна температура окружающей среды. Этот эффект – используемый в профессиональных холодильных установках- ощущается при падении температуры и приводит к падению давления газа. Для получения постоянной мощности потока, рекомендуется держать поршневой баллон за нижнюю часть во время работы, так как переход сжиженного газа поддерживается обычной температурой тела от руки.

101. Я хотел нанести пену на вертикальную поверхность, но масса выпущенной пены сразу же отпала от поверхности.

Адгезионная прочность свежей пены меньше веса струи пены. И потому свеженанесенная пена стремится упасть с вертикальной поверхности.

102. Я слышал об однокомпонентной полиуретановой пене, срок хранения которой составляет примерно 18-20 месяцев.

Мы предлагаем однокомпонентную полиуретановую пену со сроком хранения, превышающим гарантированные 12 месяцев. Для того, чтобы продлить срок хранения , приходится жертвовать некоторыми важными характеристиками пены, такими как время исчезновения адгезии, время срезания, время застывания. В частности, время застывания намного дольше из- за пониженной пропорции катализаторов в составе, это единственный возможный способ продлить срок хранения.

103. Можно ли использовать однокомпонентную полиуретановую пену для кладки кровельной черепицы?

Да, в странах Южной Европы, таких как Франция, Италия, Испания и т.д. и в США все чаще используется однокомпонентная полиуретановая пена для ремонта кровельной черепицы, так называемой желобчатой черепицы. Филиал нашей компании Фомо Продактс, Инк., Нортон, Огайо, недавно получил одобрение ведущих организаций, а именно прошел Контроль продукции в Майами, округ Дейд (№98 — 1211.01), Классификацию Лаборатории по технике безопасности R 18615 и получил одобрение Юго-Западного Исследовательского Института по кровельным системам класса А.

Всесезонная монтажная пена Tangit M2x2

50 лет передовых решений для инженерных систем

Характеристики

  • Однокомпонентная полиуретановая пена с универсальным аппликатором.
  • Благодаря инновационному комбинированному переходнику, подходит для использования как с трубкой-аппликатором, так и с пистолетом для монтажной пены.
  • Отверждается влагой.
  • Может применяться при отрицательной температуре, дипазон температур — от -10oС до +35oС.
  • Не содержит CFC пропелленты.
  • Поверхность пены высыхает за 6-10 минут.
  • Надежная тепло-шумоизоляция.
  • Высокая устойчивость к плесени, грибкам, влаге.
  • Отличное дозирование.
  • Устойчивость к старению.

Области применение

  • Вентиляция и кондиционирование – заполнение пустот при монтаже систем вентиляции, кондиционирования и секций приточно-вытяжных установок, мест примыкания вытяжек и кондиционеров, звуко-теплоизоляционные функции;
  • Водоснабжение и системы водоотведения (канализация) – заполнение пустот вокруг труб отопления, водопроводных труб, на стыках и изгибах, герметизация пустот в стенах, через которые проходят трубы отопления, водоснабжения, канализации. Тепло-шумоизоляция. Предотвращение появления конденсата на трубах ХВС. При работе с трубами горячего и холодного водоснабжения, работы необходимо проводить только на холодных трубах.
  • Газоснабжение – герметизация пустот вокруг труб, на стыках и изгибах, мест примыкания, вводов/выводов газовых коммуникаций. Тепло-шумоизоляция.
  • Электроснабжение – монтаж и фиксация монтажных коробок, электрощитов, заполнение пустот и выравнивание при монтаже внутренних кабель-каналов, фиксация внешних кабель-каналов.

Применение

  • Поверхности д.б. очищены от частиц грязи и наледи, способных ухудшить адгезию.
  • Для улучшения отверждения пены, пористые поверхности следует увлажнить перед началом работы путем распыления воды.
  • Прилегающие поверхности следует укрыть пленкой.
  • Перед применением баллон следует выдержать при комнатной температуре в течение 12 часов. Температура баллона при применении д.б. в диапазоне от +5oС до +25oС.
  • В процессе применения пену необходимо наносить, учитывая то, что она расширяется в 1,5-2,5 раза.
  • Большие проемы следует заполнять постепенно, слой за слоем.

Работа с трубочным аппликатором:

  • Снимите пластиковый колпачок с трубочки и присоедините торцевой конец адаптера-трубочки к разъему, предназначенному для адаптера—пистолета.
  • Поверните трубочку на 90o, затем плавно, но сильно надавите для присоединения насадки-трубочки к клапану, старайтесь избежать нецелевого открытия клапана.
  • Дозировку Tangit M2х2 можно регулировать усилием нажатия на курок. Поскольку в процессе отверждения пена расширяется в 1,5
  • 2.5 раза, необходимо оставлять достаточный свободный объем для расширения.
  • Затвердевшую пену следует защищать от попадания прямых солнечных лучей.
  • Увлажнение рабочих поверхностей и пены способствует повышению адгезии и улучшает структурные свойства отвержденной пены.
  • Если перерыв в работе с баллоном занимает более 5 минут, все клапаны и насадки должны быть предварительно промыты. Для промывки адаптер-трубочку можно присоединить к клапану баллона с специальным очистителем. Важно также тщательно промыть все детали клапана и адаптера-трубочки, чтобы избежать нежелательного открытия клапана при последующем применении баллона.

Работа с монтажным пистолетом:

  • Снимите пластиковый защитный колпачок с баллона и крепко прикрутите баллон к пистолету.
  • При работе с пистолетом всегда держите баллон в положении «дном вверх».
  • Обрабатываемые поверхности должны быть чистыми и непыльными. Они могут быть влажными, но не покрытыми льдом.
  • Увлажнение рабочих поверхностей и пены способствует повышению адгезии и улучшает структурные свойства отвержденной пены.
  • Не рекомендуется удалять пистолет до полного опустошения баллона.
  • При замене, новый баллон следует тщательно встряхнуть. Открутите пустой баллон и немедленно замените его новым, убедившись, что в пистолете не осталось воздуха. Если вы не собираетесь менять баллон, удалите пену из пистолета при помощи специального очищающего средства. Затвердевшую пену можно удалить только механическим путем.

Упаковка

  • Баллон 750/1000 мл

Условия безопасного использования и хранения:

  • При попадании в глаза немедленно промойте большим количеством воды и обратитесь к врачу.
  • При попадании на кожу промойте загрязненные участки большим количеством воды с мылом.
  • Из-за выделения газообразных соединений обеспечьте хорошую вентиляцию во время работы.
  • Содержимое баллона находится под давлением. Нагревание выше +50oС может привести к взрыву.
  • Не вскрывать и не сжигать пустой баллон.
  • НЕ РАСПЫЛЯТЬ СОДЕРЖИМОЕ БАЛЛОНА ВБЛИЗИ ОТКРЫТОГО ОГНЯ И РАСКАЛЕННЫХ ПРЕДМЕТОВ! ХРАНИТЕ В НЕДОСТУПНОМ ДЛЯ ДЕТЕЙ МЕСТЕ!
  • Допускается применение продукта при температуре до -10oС.
  • Не хранить при температуре выше +50oС.
  • Для длительного хранения избегать температур выше +25oС и ниже -5oС (кратковременно, вплоть до 1 недели возможна транспортировка при температуре до -20oС).
  • Гарантийный срок хранения 12 месяцев с момента производства, при условии полного соблюдения условий хранения и использования.

Документы

Водостойкая монтажная пена – для чего она нужна, ее особенности +Видео

Приходит день, и вы начинаете требовать от себя невозможного – сделать так, чтобы все в вашем быту соответствовало европейскому стандарту качества. И в той же ванной комнате вам тоже бы хотелось уюта, красоты и комфорта. Водостойкая монтажная пена поможет достичь этого с легкостью.

Водостойкая монтажная пена для ванной – реальный шанс не инициировать ремонт снова!

Не хотите нового ремонта – воспользуйтесь новыми наработками строительной отрасли, которые обеспечат вам и хорошее качество материалов, и долгосрочное их использование. Тепло и уют – вещи для любого дома обязательные, потому совет опытных экспертов – использовать при установке ванной водостойкую монтажную пену.

К счастью, в наше время благодаря новым строительным технологиям в подобных случаях можно спокойно обойтись без традиционных инструментов и материалов и забыть про молоток, специальный клей, гвозди и даже минвату. Не понадобятся вам и тряпки с губками или пенопластом для закрывания столь привычных для советских квартир щелей. Доказано временем – для того, чтобы сохранить в любое время года тепло в вашем помещении, достаточно будет нескольких баллонов с монтажной пеной.

Среди большого количества различных смесей и материалов, именно монтажная пена поможет решить вам все вопросы со щелями и трещинами и сделать максимально уютным ваше пребывание в собственном доме. Пена, давно известная своими качествами склеивания и герметизации, а также изоляции строительных материалов, идеально подходит для монтажа в возведении новых зданий и ремонте старых.

Пену нельзя использовать с силиконом и полиэтиленом, но зато она хорошо работает с такими материалами, как древесина и кирпич, бетон и газобетон, стекло и мрамор. А самое главное, что она безопасна для долгосрочного использования в жилых помещениях – этот материал не вызывает аллергии. Так что можете спокойно работать с ним и в детской комнате, и в кухне – вреда здоровью будущим обитателям жилища он не принесет. И при этом прослужит долго, не требуя нового ремонта в ближайшее время.

Водонепроницаемая монтажная пена – воды не боится, на стыки ложится!

Купить столь универсальный изоляционный продукт можно в наши дни во многих супермаркетах и лучше, если это будут специализированные строительные магазины. Только учтите, что качество будет зависеть не только от цены и фирмы производителя, но и от условий хранения на полках. Так что внимательно читайте инструкции и не покупайте товар на стихийных рынках – он может оказаться подделкой.

При использовании в ванных комнатах, этот материал позволит вам «намертво» залатать трещины, заклеить стыкующиеся поверхности, не пропустить влагу и электричество. Отдельно следует решить вопрос собственной безопасности – не все виды монтажной пены могут отвечать параметрам пожарной безопасности (ведь существуют разные классы горючести – а об этом лучше знать, чем не знать).

Использовать такой универсальный материал можно в следующих случаях: при утеплении холодных помещений, при трещинах в кровле, для шумоизоляции при работе кондиционеров, при установке оконных и дверных проемов (заполнении пустот вокруг них), также при работе с трубами разного назначения (водопроводных, отопления) и вариантах с изгибами коммуникаций. Последнее, учитывая немалое количество труб в ванных комнатах, широко применяется при установке ванн. Как мы уже говорили – воды и повышенной влажности водонепроницаемая монтажная пена не боится.

Как привести в порядок ванную комнату при помощи монтажной пены

Вы хотите установить ванну. Решение принято. Зачастую при подобных ремонтах в ванных комнатах, хозяева предпочитают использовать плитку. А вот при ее укладке строители советуют учитывать немало важных нюансов. Так, до начала работ нужно провести основную подготовку, решив вопрос с сантехникой и всеми коммуникациями. Допускается, что приличную по габаритам ванну можно установить в небольшом помещении и самому. Учесть размеры, выбрать тип ванной и приступить к делу. Тут и приходит на помощь, в первую очередь, монтажная пена для ванной.

Но даже если вам кажется, что все трубы в квартире целы, не поленитесь узнать реальное положение дел с канализационными коммуникациями. Если их состояние оставляет желать лучшего, то стремиться быстрее завершить поверхностный ремонт не стоит. Надо сначала решить этот, достаточно трудоемкий и дорогостоящий вопрос. В наше время старые трубы (металлические) меняют достаточно быстро на новые (пластиковые). Правда практически весь пол и некоторые стены вам или рабочим придется разобрать. Если этого не сделать – рискуете заново начать ремонт уже после установки новенькой ванны.

Заранее продумайте расположение кранов и приобретите дополнительные переходники для подсоединения ванны к канализационным трубам. Не забудьте сделать уклон для спуска воды, иначе вода будет долго застаиваться (это правило используется и в случае с ванными, и в случае с душевыми поддонами). Установить ванну можно на подставку или на ножки (если они изначально предусмотрены). Затем можно приступить к обработке монтажной пеной всех стыков и щелей. Только не забудьте при установке, что существует такое понятие, как гидроизоляция ванны от стен (если, конечно же, ванная не расположена посередине комнаты, что обычно редкость). Если расстояние порядка одного сантиметра, то можно заделать такой зазор цементом, если же больше – монтажной пеной (ведь что нам требуется от такого продукта в нашей комнате? – ее основные качества, такие как водонепроницаемость и замечательные теплоизоляционные свойства).

Вспомнив про щели под ванной, не забудьте, что монтажная пена может значительно увеличиваться в объеме, поэтому закрывайте нишу лишь на две трети. Через 4 часа монтажная пена подравнивается острым ножом, а через 8 часов она засохнет окончательно. Тогда остатки не нужной вам пены можно убрать растворителем. Но не забудьте по окончании работ покрыть пену защитной эмалью (тогда сохранится и внешний вид участка с проделанной работой, и сама пена).

И только теперь можно приступать к облицовочным работам и установке керамической плитки.

Общие правила работы с пеной в ванной комнате:

Не забудьте про заземление и возможное поражение статическим электричеством. И уж тем более не стоит забывать о заземлении электрооборудования при монтаже ванн с гидромассажем.

Покупать для заделки щелей на стенах и вокруг ванны лучше дорогостоящую полиуретановую пену (обычно она привезена из-за рубежа, например, производства Швейцарии).

Соблюдайте правила безопасности – необходимо использовать резиновые перчатки, желательно надеть очки, дабы не повредить глаза, и не стоит включать электроприборы во время работы. Естественно, при воспламеняющихся свойствах пены, рядом запрещено курить. Как впрочем, нельзя и держать баллоны на солнце при высоких температурах или сжигать их после употребления.

Баллон взбалтывают более минуты, работают с ним только перевернутом виде (переворачивая вверх дном).

Следует помнить главное правило экспертов – сначала нужно привести в порядок коммуникации (это водопровод, электричество и канализация), а только затем приступать к необходимой финальной отделке.

Очень важно обработать пену после ее застывания. Иначе под воздействием влаги и перепадов температур она может начать пропускать воздух. Это приведет к нарушению герметичности всей конструкции.

Если вы учтете все вышесказанное, то для вас водостойкая монтажная пена станет основным помощником в приведении в порядок вашей ванной комнаты. Удачного ремонта и «стойкой» пены!

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Все о монтажной пене.

Монтажная пена — удобный и во многом незаменимый материал, представляющий собой однокомпонентный пенополиуретановый герметик в аэрозольной упаковке. Она появилась на нашем рынке сравнительно недавно, но ее удобство успели оценить как профессионалы, так и домашние умельцы.

Многие современные строительные технологии подразумевают именно «запенивание» разнообразных щелей и отверстий. Сегодня без пены не мыслят своей работы монтажники оконных систем и дверей, отделочники, кровельщики — перечислить всех просто невозможно.

Безусловно, такая популярность монтажной пены напрямую связана с ее уникальными качествами. Если до ее изобретения строители для герметизации и теплоизоляции с переменным успехом использовали самые разные материалы, вроде пакли, битума, цемента и т.п., то теперь все уместилось в одном небольшом баллоне. «Хитрая» смесь, состоящая из компонентов будущей пены, после выхода из емкости легко проникает в любую щель. Затем она расширяется и быстро застывает, образуя плотный мелкопористый материал. При этом образующийся полимер — пенополиуретан — отлично прилипает к большинству поверхностей (стеклу, бетону, дереву, металлу), обеспечивая надежную защиту.

Главный компонент монтажной пены — полиуретан, был изобретен более полувека назад, в 1947 году известным химиком Отто Бейером. Сначала полиуретаны нашли применение в промышленности, как изоляционные плиты. В семидесятых годах прошлого века началось широкое применение полиуретановой пены в аэрозольном баллоне (PUR). Первой компанией упаковавшей пену в баллон была английская «Royal Chemical Industry», а первой страной, применившей пену в строительстве, была Швеция в начале восьмидесятых годов. Так что на сегодняшний день пена является молодым строительным продуктом.

Для производства полиуретановой пены используют: полиол, полиизоционат, растворяющий газ, вытесняющий газ, катализаторы (ускорители химических процессов), поверхностно-активные вещества улучшающие адгезию (силу сцепления с основой) и вещества, повышающие огнеупорность. Промышленность производит однокомпонентные и двухкомпонентные монтажные пены. Однако в нашей стране двухкомпонентные монтажные пены не прижились из-за своей высокой цены, поэтому повсеместно применяют однокомпонентную полиуретановую пену в аэрозольных баллонах.

Критерии оценки монтажной пены:

  • время первичного отверждения. Это период, который проходит с момента выхода пены из баллона до образования пленки (поверхность перестает быть липкой). В среднем для обычной пены — это 5-10 мин. «Хитрость» такого показателя в том, что это время должно быть «быстрым», но не слишком — чтобы ячейки получившегося слоя достигли оптимального размера и структуры;
  • величина вторичного расширения. Очень важный показатель! Если вторичное расширение велико, это чревато довольно большими неудобствами в работе: процесс «запенивания» трудно контролировать, излишки приходится дополнительно обрезать после затвердевания, увеличивается расход материала. Обычная хорошая профессиональная пена должна иметь вторичное расширение менее 40-50%, стандартная — до 150%;
  • чрезвычайно важно для работы знать степень давления при расширении. Это естественно — расширяясь, пена может деформировать материалы в месте применения;
  • стабильность геометрии, т. е. усадка или расширение монтажной пены после ее полного отверждения. Для однокомпонентных пен этот показатель не должен превышать 5%;
  • самый главный критерий — это выход пены из баллона.

Следует отметить, что выход пены из баллона зависит от его наполнения. В стандартном баллоне 750 мл помещается до 45-50 литров готовой пены, но учтите, что это максимальный выход при практически идеальных условиях для полимеризации пены. Это при +20˚С окружающей среды и относительной влажности воздуха 60%. Поэтому если вы получили из стандартного баллона ответственного производителя 30-35л готовой пены, то вы добились успеха. Наполнение баллона пеной легко проверить, как говорится, «не отходя от кассы». Качественно наполненный стандартный баллон весит от 850г до 1050г, баллоны с заявленным выходом до 65 литров весят от 900г до 1200г в зависимости от производителя.

Правила применения монтажной пены.

Выход пены зависит от соблюдения потребителем несложных правил, которые производитель не зря указывает на этикетке. Внимательно почитайте инструкцию по применению! Вот несколько важных правил, которые помогут вам получить максимальный выход пены из баллона:

  1. Хранить баллон с монтажной пеной нужно только в вертикальном положении и при соблюдении температурного режима +5˚С — +25˚С, даже если пена «зимняя». При хранении пены в горизонтальном положении может произойти перекос клапана и его может заклинить. Пена через такой клапан наружу уже не выйдет. При хранении пены при высоких температурах может произойти взрыв баллона, а при низких она потеряет свои рабочие свойства.
  2. Соблюдайте температуру применения! При -10˚С летняя пена с температурой применения +5˚С …+35˚С может попросту не выйти из баллона, а если уж и соизволит выйти, то результат вас точно не устроит. Пена будет долго застывать, а может просто покрыться поверхностной пленкой, а потом, когда температура достигнет ее рабочей, начать процесс полимеризации заново и у вас из под наличников или взрывая откосы полезет вдруг пена, второй вариант не лучше, пена вообще превратиться в труху и высыпится из шва.
  3. Температура баллона перед применением должна быть +18°С…20˚С (для «зимних» пен это особенно актуально). Баллон можно нагреть путем опускания в теплую воду, но ни в коем случае не используйте горячую воду и не ставьте баллон на нагревательные приборы, может произойти взрыв баллона! Помните застывшую пену можно отчистить лишь механическим путем!
  4. Перед применение обязательно встряхните баллон 15-20 раз чтобы перемешать его содержимое чтобы получить максимальный «выход» всего содержимого баллона, а не его половины.
  5. Накручивайте баллон на пистолет дном вниз, чтобы избежать случайного загрязнения пеной одежды, стен, пола и т.д., а работы производите дном вверх — так газу легче вытеснять содержимое баллона.
  6. Увлажняйте поверхности, на которые будете наносить монтажную пену и сбрызгивайте пену водой после выхода из баллона. Влага необходима для полимеризации пены. Пена берет влагу из воздуха, а если ее увлажнить, то процесс пройдет значительно быстрее, и вы получите не только нужный объем, но и более качественную структуру конечного продукта.
  7. Заполняют швы равномерными W — образными движениями, оставляя для расширения пены примерно половину объема щели, так как в процессе полимеризации полиуретановый состав увеличивается в размере в полтора — два раза. Полости и трещины глубже 50 мм заполняют в несколько приемов, дожидаясь, когда высохнет каждый слой. При «запенивании» вертикальных щелей пену наносят снизу вверх (в таком случае еще жидкой пене будет на чем держаться).

 

… и немного теории.

Как известно, летняя и зимняя пена отличаются температурным диапазоном использования. Если вы сталкивались с «хрустом» или крошимостью пены, то это говорит о том, что вы применяли летнюю пену при отрицательных температурах, либо температурах, близким к нулевым. Защитой от подобного поведения пены является использование только зимней пены в холодных условиях. Зимняя пена отличается от летней измененным балансовым соотношением компонентов и применением специальных добавок, способствующих полимеризации состава при низких температурах.

Профессиональные монтажники знают, что время полимеризации пены зависит от влажности воздуха, т.к. отверждение пены идет за счет соединения окончаний активных компонентов входящих в пену веществ с водой, которую пена «получает» из воздуха. Но при этом не многие знают, что при понижении температуры падает показатель абсолютной влажности воздуха (т.е. количества молекул воды, содержащихся в единице объема воздуха). Так, уже при температуре минус 10°С в 1м³ воздуха содержится всего 2 гр. воды, а при плюс 25°С — 23 гр. Это уже говорит о том, что время полимеризации пены будет в разы дольше при применении ее в зимних условиях, чем в летних. Более того, при дальнейшем снижении температуры время полимеризации может занимать больше суток. При минус 20°С в 1м³ воздуха содержится 0,88 грамм воды. При этом внутри пены при длительной полимеризации и внешнем воздействии (например ветер) могут происходить необратимые изменения, нарушающие ее структуру.

Как раз для того, чтобы увеличить скорость полимеризации и применяются специальные добавки.

Исходя из всего сказанного, а также на основе опытных данных, не рекомендуется применять монтажную пену на открытом воздухе при температуре ниже минус 10°С!!! При этом, идеальный температурный показатель для зимней пены, ниже которого не стоит опускаться, если вы хотите получить гарантированный результат – ниже минус 12°С. Это правило не относится к ситуации, когда вы монтируете окна в отапливаемом помещении.

Почему течет пена?

Многие сталкивались с ситуацией текучести пены. Это свойственно в основном при применении пены в зимних условиях.

Ни в коем случае нельзя замораживать баллон с пеной. Применять пену следует только, если баллон и вещество внутри баллона имеют плюсовую температуру. То есть прогрейте баллон! (Помните, что баллон не следует греть над открытым огнем). Это снизит вязкость вещества внутри баллона и улучшит выход пены.

Если температура окружающей среды ниже минус 12°С, то происходит сжижение выталкивающих газов в баллоне, и соответственно пена может приобретать повышенную текучесть. Температура кипения (сжижения) выталкивающего газа обратно пропорциональна давлению этого газа при нормальной температуре. То есть, если газ сжижается при минус 25°С, то его давление при плюс 25°С будет выше 10 атмосфер, что может привести к взрыву баллона с пеной даже без дополнительного нагрева. Давление насыщенных паров выталкивающих газов в аэрозольном баллоне не должно превышать 6 атмосфер и все производители используют смесь газов, отвечающую этим условиям, то есть избежать сжижения отдельных газов, входящих в состав выталкивающей смеси, при низких температурах невозможно.

Итак, снизить отрицательные влияния низких температур при применении пены возможно следующим образом:

— прогреть баллон,

— по возможности утеплите монтажный шов (например, закрыв его от ветра),

— толщина шва не должна быть больше 6 см.,

— не применять пену при очень низких температурах, лучше дождаться потепления,

чем потом переделывать работу.

 

При соблюдении этих не хитрых правил вы сможете получить отличный результат!

 

 

Сколько сохнет монтажная пена | Время застывания монтажной пены


Полиуретановая или монтажная пена – это разновидность пластмасс. По своей текстуре полиуретан бывает затвердевшим и пористым в виде пены, которую часто используют для герметизации, улучшения звукоизоляции, утепления и других ремонтно-строительных задач. Пена может быть гибкой или жесткой.


Изготавливают пенополиуретан путем взаимодействия полиолов и диизоцианатов. Для производства высококачественных пенополиуретановых изделий необходим ряд добавок в зависимости от области применения, для которой будет использоваться пена. Каждый производитель наделяет монтажную пену определенными свойствами, необходимыми для выполнения поставленных задач.


Свойства строительной монтажной пены для быстрого высыхания:

  • удобные и легкие в использовании. Со временем плотность пен снижается на 30-40% при сохранении тех же механических свойств;

  • отличные звукопоглощающие и вибропоглощающие свойства пен способствуют повышению уровня комфорта и безопасности;

  • долговечность пен: полиуретан не подвержен коррозии, в течение всего срока службы он сохраняет свои свойства даже при разных факторах воздействия;

  • универсальность пен: производители полиуретановой монтажной пены предлагают широкий выбор рабочих характеристик и технологических характеристик.

Когда используют монтажную пену?


Монтажная пена – это универсальный стройматериал, который используют для выполнения ряда задач: заполнение зазоров, теплоизоляция, звукоизоляция, склеивание. Строительный сектор и ремонтные работы нельзя представить без этого изоляционного материала. Монтажную пену можно наносить вручную или пистолетом. Монтажные пистолеты, в свою очередь, бывают промышленными и бытовыми. Отличаются между собой они сроком эксплуатации. Промышленные могут прослужить несколько лет, а бытовые предназначены для одного применения. В зависимости от производителя пен и свойств материала пена может увеличиваться до 30 раз в сравнении с первоначальным объемом под воздействием влаги и попадания воздуха.


Монтажная пена предназначена для решения следующих задач:

  1. Заполнение зазоров пеной.


Полиуретановая пена может очень хорошо использоваться для заполнения трещин в строительных конструкциях и пространствах между стенами, рамами, окнами и дверьми.

  1. Теплоизоляция и герметичность пен.


Изоляция, то есть использование пены для заполнения оконных рам или строительных конструкций, такие как элементы стен и кровли. Устойчивые герметики устраняют нежелательные воздушные потоки. На рынке есть множество достойных производителей монтажных герметиков, которые выпускают надежные составы с очень высокой изоляционной способностью и очень низкой воздухопроницаемостью. Существуют международные стандарты и нормы ГОСТ, согласно которым производят такие герметики.

  1. Звукоизоляция.


Используя монтажную пену, реально добиться значительного снижения шума. Известно, что полиуретановая пена очень хорошо блокирует выделение средних частот (например, разговоры, музыка). Отличные характеристики шумоизоляции – одна из причин выбора полиуретана в процессе ремонта.

  1. Склеивание.


Монтажные герметики на основе полиуретана подходят для склеивания различных материалов. Защита окружающей среды, относительно невысокая стоимость, экономия времени при нанесении с помощью пистолета, чистота работы – ключевые причины выбора строительной пены.


По мнению специалистов, монтажные пены могут использоваться и в качестве изолирующего барьера для придания материалам свойств огнестойкости. То есть, они защищают от проникновения дыма, тепла и огня. Это помогает повысить огнестойкость зданий.

Характеристики пены


Помимо герметизации дверных и оконных проемов, с помощью пены строители приловчились устранять любые виды щелей и укреплять разные конструкции, улучшая их эксплуатационные свойства. Если оценить все характеристики полиуретана в виде пены, можно определить сферы ее использования. Универсальность материала в том, что он сочетается практически с любыми типами поверхностей.


Чтобы понять, как застывает монтажная пена, предлагаем изучить свойства полиуретана:

  • увеличение объема при взаимодействии с влагой. При заполнении зазоров нужно оставлять свободное пространство. Это связано с главной особенностью пены, которая при попадании влаги увеличивается в объеме до 30 раз. То есть, заполните до 75% пространства, после чего материал разбухнет, и вам придется даже срезать лишнее канцелярским ножом. Процент увеличения объема зависит от окружающей среды, ее влажности и температуры. Изучите рекомендации производителя перед использованием;

  • прочность сцепления. От этого фактора зависит то, насколько хорошо пена будет сцепляться с поверхностью. Поскольку это универсальный материал и с его применением чаще не бывает проблем, встречаются исключения. Например, специалисты советуют предварительно обезжирить поверхность. Плохое сцепление может быть при взаимодействии с тефлоном, силиконом или полиэтиленовым покрытием. В остальных случаях вы сможете добиться отличного результата;

  • вязкость. Этот показатель зависит от состава и свойств, предусмотренных производителем. На вязкость также влияют условия применения. Например, при низких температурах или сильной жаре (свыше 30 градусов) могут ухудшаться свойства пены. В этом случае нельзя рассчитывать на вышеуказанные свойства пены.


Чтобы оценить время застывания, обратите внимание еще на такие характеристики:

  • пористость. Визуально можно увидеть, насколько пена пористая. Чем меньше пористость, тем лучше ее использовать с целью герметизации и улучшения звукоизоляции;

  • объем. Определите, насколько пена увеличивается в объеме при застывании;

  • качество баллона. Если монтажный баллон подобран правильно для промышленного пистолета или вы купили уже сборный бытовой пистолет с баллоном, емкость должна быть герметичной и прочной.

От чего зависит время высыхания пены: главный фактор


Определить время застывания герметика можно и по составу стройматериала. Бывает два вида:

  1. Однокомпонентные пены. К этой группе относят материалы бытового назначения, которые чаще продаются вместе с баллоном, который вы используете всего один раз. Аэрозоль, который легко наносить с помощью пистолета, превращается в однородную пенную массу с увеличением объема до 40 раз. Отличный вариант для заполнения зазоров разной глубины. Химическая реакция между пропеллентом и воздухом заканчивается примерно через сутки. Только после этого уже затвердевший полиуретан можно срезать ножом.

  2. Двухкомпонентные герметики. Это профессиональные расходники, которые отличаются спецификой состава. Компоненты герметика между собой не взаимодействуют, а смешиваются уже непосредственно в самом пистолете. Под действием влажности воздуха консистенция быстро застывает – уже через 15 минут можно срезать остатки материала. Расширяется в объеме такой герметик намного быстрее и больше. Двухкомпонентный вариант подходит для строительства. По назначению определяют, что зона рабочего участка должна быть больше 2 см в ширину. Если за указанное время застывания материал не перешел в твердый полиуретан, убедитесь в подготовке поверхности. Реакция может не произойти на тефлоновом или силиконовом покрытии.

Сколько сохнет монтажная пена при установке дверей и окон?


Период засыхания строительной пены Макрофлекс или других популярных производителей зависит в большей мере от температуры и влажности. Ориентировочно, сохнет всего 3 часа. Это примерный расчет времени для засыхания слоя в 5 см. По истечению этого времени можно срезать пену, красить или продолжать ремонтные работы. Если вы работаете при низких температурах, убедитесь, что пена подходит для этого. При минусовых показателях время засыхания может продлиться до суток. Считается, что срок полимеризации составляет – 12 часов. Повышенная влажность ускоряет этот процесс. Предварительно стоит смочить поверхность, на которую хотите наносить герметик.

Нанесение монтажной пены: каких правил нужно придерживаться


Главное правило успешного использования пены – правильный расчет.  Сколько нужно пены? Для заполнения дверного проема до 5 см понадобится около 300 мл герметика. В результате получается 30 литров полиуретана. Для получения 50 литров герметика нужен расход 750 мг жидкого состава. Этого будет достаточно для монтажа двух стандартных дверей.


Обработка подразумевает зачистку, обезжиривание поверхности, смачивание водой. Нужно хорошо встряхнуть баллон с герметиком перед применением. Проследите, чтобы баллон и его содержимое были комнатной температуры. Если он охлажден, лучше подождите, пока немного нагреется естественным образом.


Баллон с пеной всегда держат вверх дном, чтобы обеспечить постоянный поток пен. Медленно нажимаем на курок и регулируем количество пены с помощью винта. Для заполнения промежутков нужно двигаться снизу. Заполняем до 75% пространства, учитывая дальнейший коэффициент увеличения объема. Если вам нужно заделать глубокие щели больше 5 см, лучше проделать два слоя. После каждого дайте время на засыхание.


 

Отраслевая энциклопедия. Окна, двери, мебель

Монтажная пена

Это пенополиуретановый герметик, застывающий под воздействием влаги воздуха.

Технические характеристики пены
  1. Объём выхода — пена, которая вышла из баллона, измеряют в литрах. На величину выхода пены влияют такие внешние условия, как температура баллона, окружающая среда и влажность.
  2. Адгезия — свойство сцепления материалов. Адгезия отсутствует к силикону, маслянистым поверхностям, тефлону, полиэтилену.
  3. Первичное расширение — свойство пены после выхода из баллона активно расширяться сразу в течение одной минуты. Увеличение рабочей массы в объёме происходит приблизительно в 30 раз относительно первоначального объёма.
  4. Вторичное расширение — расширение пены, с момента выхода из баллона и до полного высыхания. Расширение прямо пропорционально усадке. Усадка — свойство уменьшения объема. Существенное вторичное расширение способствует образованию зазоров и щелей в монтажном шве.
  5. Вязкость — консистенция рабочей массы. Рабочая масса в баллоне изменяет требуемую консистенцию, при пониженных или повышенных температурах. Это приводит к отрицательным результатам.
Монтажная пена подразделяется
  1. По составу:
    • однокомпонентная
    • двухкомпонентная
  2. По температуре использования:
    • летняя
    • зимняя
    • всесезонная
  3. По способу выпуска из баллона:
    • профессиональная
    • бытовая
  4. По классу горючести:
    • противопожарная
    • самозатухающая
    • горючая
Свойства пены
  • монтажные
  • звукоизоляционные
  • теплоизоляционные
  • уплотнительные
Достоинства пены
  • простое применение
  • предназначена для работы со многими традиционными материалами (бетоном, деревом, камнем и пр.)
  • при расширении заполняются все труднодоступные полости и стыки.
Недостатки пены
  • разрушается от воздействия УФ лучей
  • после застывания необходима дополнительная защита

Монтажные ленты

Защищают пену от УФ и влаги.

Виды лент:

  1. Внешние
    • предварительно сжатая саморасширяющаяся уплотнительная лента (ПСУЛ)
    • гидроизоляционная паропроницаемая самоклеющаяся лента
  2. Внутренние
    • пароизоляционная самоклеющаяся лента
Принцип действия монтажных лент

Для защиты пены снаружи используется лента ПСУЛ, которая внешне напоминает поролон. ПСУЛ препятствует попаданию влаги и защищает монтажную пену от солнца, но пропускает пар, не способствует накоплению конденсата, который возникает от перепадов температур. Под отливом применятся паропроницаемая влагостойкая лента, а внутри — пароизоляционная лента, у которой имеется фольга.

При применении пароизоляции внутри влага и пар, которые образуются в помещении, не будут оказывать неблагоприятного воздействия на монтажную пену и на сокращение срока ее службы. Внутренние ленты обладают высокой эластичностью, которые взаимодействуют с подвижной оконной конструкцией. При использовании таких лент есть возможность штукатурки откосов. При установке окон ПВХ с использованием лент важным преимуществом является то, что не будут образовываться трещины, возникающие в монтажном шве.

Монтажные герметики

Такие герметики как и ленты защищают монтажный шов. Соответствуют требованиям ГОСТ 30971.

Герметик для наружного слоя паропроницаем, а для внутреннего — паронепроницаем. Обладают такими же свойствами как и ленты. Нельзя наносить при температуре ниже -10 °C. Можно декорировать.

Монтажные силиконы

Это однокомпонентные высококачественные герметизирующие склеивающие массы, которые отвердевают при воздействии влажности воздуха. Преимущества монтажных силиконов – это высокая адгезия ко многим строительных материалов без использования грунтовки, стойкость к УФ излучению, термо- и морозостойкость, высокая эластичность.

В состав силиконовых герметиков входит растворитель, поэтому можно выделить два вида:

  • нейтральные
  • кислотные

Герметики, в составе которых имеется растворитель имеют свои достоинствами и недостатки. Кислотные герметики не пригодны для использования с материалами, которые реагируют с кислотой, поэтому они гораздо дешевле и у них более доступная цена, чем нейтральные.
Основные цвета: белый и прозрачный. Так же имеются черный, серый, коричневый и разные оттенки этих цветов.

Наружные отливы

Отлив — это наружный элемент окна. Верхние отливы используют при балконном остеклении. Основными материалами, из которых производят отливы – это оцинкованная сталь и алюминий, ПВХ.

Для защиты монтажного шва и оконного проема в нижней части от воздействия атмосферных осадков предназначен отлив.

Отливы производятся несколькими способами:

  • методом прессования
  • методом сгибания
  • методом экструзии

Преимущества алюминиевых отливов:

  • не подвержены коррозии
  • поверхность покрывается лаком с обжигом
  • высоко устойчивы от воздействия атмосферных осадков, УФ излучению, перепадам температур от -40 °С до +80 °С
  • устойчивость к истиранию, царапинам, пыли
  • поверхности легко очищаются водой
  • неизменный внешний вид
  • на поверхности отливов имеется защитная пленка, которая предохраняет изделия при транспортировке и монтаже и легко удаляется сразу после монтажа.

Преимущества стального отливов:

  • низкая стоимость
  • эстетичный внешний вид
  • также имеется защитная пленка,
  • устойчивость к перепадам температур и воздействию атмосферных осадков

Преимущества отливов ПВХ:

  • бесшумны
  • устойчивость к воздействию УФ излучения
  • не подвержены коррозии

Подоконник

Конструктивный элемент окна, который устанавливают на одном уровне с нижней частью рамы или соответсвенно под ней.

Основные типы подоконников:

  • подоконники ПВХ
  • подоконники ПВХ с древесным наполнителем
  • подоконники ДСП

Подоконники ПВХ – являются наиболее популярными. Пластиковые подоконники изготавливаются методом экструзий (от лат. extrusio — выталкивание). Экструзия – это способ выдавливания через отверстия определенного сечения размягченного материала.

Для того, чтобы лицевая поверхность подоконников была устойчива к различным воздействиям ее покрывают пленкой (меламин, ПВХ-пленка). Ребрами жесткости обеспечивают прочность пластикового подоконника.

Имеется 3 вида пленки, которой покрывают подоконник ПВХ
  • ламинированы ПВХ-пленкой
  • пленками на основе бумаги,
  • многослойными пленками.
Пластиковые подоконники, ламинированные ПВХ пленкой

Такие подоконники относятся к классу-эконом.

Поверхность подоконников покрыты специальными декоративно-защитными пленками ПВХ. Подоконники приобретают элегантный внешний вид, фактуру приятную на ощупь, защиту от различных механических повреждений, от воздействий невысоких температур (горячая кружка, сигаретный пепел), спиртов, едких веществ, содержащие кислоту, остатки продуктов питания.

Бумажные покрытия, в основе которых меламиновые смолы можно разделить на 3 группы:

  • меламиновая CPL пленка
  • меламиновая VPL пленка
  • акриловая EPL пленка.
Пластиковые подоконники, ламинированные меламиновой пленкой CPL

Такие подоконники относятся к классу — оптима. В данном случае ламинация делается меламиновой CPL пленкой. Пленка представляет собой сплошной слой, в основе которой находится пропитанная смолами бумага, при воздействии высоких температур и давления.

Такое покрытие предназначено для защиты от механических воздействий, включая царапины, сигареты, моющие химические средства и др.

Пластиковые подоконники, ламинированные меламиновой пленкой VPL

Подоконники покрываются защитно-декоративной пленкой последнего поколения в основе которых имеются меламиновые смолы — VPL. Подоконники приобретают элегантный внешний вид, фактуру приятную на ощупь, защиту от различных механических повреждений (царапин, сколов), воздействия высоких температур (сигареты), едких веществ, содержащих кислоту, остатков продуктов питания.

Пластиковые подоконники, ламинированные акриловой пленкой ЕPL

Такие подоконники относятся к элит — классу. Они ламинируются новым видом защитно-декоративной пленки Elesgo.

Материал Elesgo имеет многослойную структуру. Этот материал, в основе своей имеет пропитанную прозрачным акрилом бумагу, слои которой на разных стадиях производства спрессовываются между собой при помощи электронно-лучевого пучка. При такой технологии отвердение полимеров происходит без применения давления и высоких температур. Т.е. у верхнего слоя имеются высокие характеристики по сравнению со слоями внизу. В этом и заключается отличительная разница.

Оба материала — Contipal и Elesgo, обладают высокими физическими и химическими свойствами. Поверхности обладают высокой стойкостью к бытовым кислотам, щелочам и чистящим средствам, а также жаре и холоду. Не восприимчивы к грязи, стойки к выгоранию и антистатичны. Материалы имеют незначительные усадки и растяжения, обладают высокой устойчивостью к продольной и поперечной деформации.

Подоконники ПВХ с древесным наполнителем

Подоконники изготавливаются методом экструзии. Высококачественная смесь, которая состоит из дерева и пластика, является основой подоконников. Смесь представляет собой однородную, композицию компонентов ПВХ и древесной муки, в которой нет формальдегидов.

Преимущества:

  • влагостойкие
  • ударостойкие
  • высокая устойчивость к царапинам и воздействию УФ
  • трудновоспламеняемые
Подоконники ДСП

Подоконники изготавливаются методом прессования древесной стружки с полимерными смолами в формах при высоких показателях давления и температуры.

Преимущества:

  • материал на основе натуральной древесины
  • экологически чистый продукт
  • гарантия 15 лет.

Вклад участника

Вадим Сафронов

Влияние влагопоглощения на физические свойства пенополиуретана с памятью формы

Smart Mater Struct. Авторская рукопись; доступно в PMC 2012 1 августа.

Опубликован в окончательной редакции как:

PMCID: PMC3176498

NIHMSID: NIHMS311079

Ya-Jen Yu

1 Департамент биомедицинской инженерии, Техасский университет A&M , TX, USA

Keith Hearon

1 Департамент биомедицинской инженерии, Техасский университет A&M, Колледж-Стейшн, Техас, США

Thomas S.Wilson

2 Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса, Ливермор, Калифорния, США

Дункан Дж. Мейтленд

1 Департамент биомедицинской инженерии, Техасский университет A&M, Колледж-Стейшн, Техас, США

2 Ливерморский национальный университет имени Лоуренса Лаборатория, Ливермор, Калифорния, США

1 Департамент биомедицинской инженерии, Техасский университет A&M, Колледж-Стейшн, Техас, США

2 Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса, Ливермор, Калифорния, США

См. Другие цитируемые статьи в PMC опубликованная статья.

Abstract

Исследовано влияние влагопоглощения на температуру стеклования ( T г ) и поведение при напряжении / деформации сетчатых пенополиуретанов с памятью формы (SMP). С нашей конечной целью разработки пенополиуретана SMP для использования в среде, контактирующей с кровью, мы исследовали влияние воздействия влаги на физические свойства пенополиуретана. Насколько нам известно, это исследование является первым, в котором изучается влияние поглощения влаги при различных уровнях влажности (без погружения и погружение) на физические свойства пенополиуретана SMP.Пены SMP подвергались воздействию различных уровней влажности в течение разного времени, и они показали максимальное водопоглощение 8,0% (по массе) после воздействия 100% относительной влажности в течение 96 часов. Результаты дифференциальной сканирующей калориметрии показали, что водопоглощение значительно снизило T г пены, при этом максимальное водопоглощение сместило T г с 67 ° C до 5 ° C. Образцы, которые были погружены в воду на 96 часов и сразу же подверглись испытанию на растяжение, показали 100% увеличение деформаций разрушения и уменьшение напряжений разрушения на 500%; однако во всех случаях воздействия времени и влажности эффект пластификации был обратимым при помещении образцов, насыщенных влагой, в среду с влажностью 40% на 24 часа.

1. Введение

Полимеры с памятью формы (SMP) — это интеллектуальные материалы, которые могут сохранять метастабильную геометрию или геометрию, а затем приводить в действие первичную геометрию после воздействия такого стимула, как тепло или влажность. Благодаря этой возможности SMP привлекают все большее внимание научного сообщества и предлагаются для многочисленных приложений в различных областях, от аэрокосмической до биомедицинской [1]. Пены SMP представляют особый интерес, потому что они демонстрируют большое объемное расширение при срабатывании [2].Raytheon в настоящее время изучает пеноматериалы SMP для применения в аэрокосмической отрасли, а биомедицинский имплант на основе пенопласта SMP разрабатывается для лечения аневризм [3]. Чистые SMP и пенопласты SMP могут быть изготовлены для реакции на определенные раздражители, такие как тепло [4], свет [5], электрические поля [6], магнитные поля [7] и влажность [8]. В настоящее время термочувствительные SMP получили наибольшее внимание для реализации в приложениях на основе устройств [9].

Традиционные термочувствительные двухформные SMP нагреваются выше температуры перехода, T trans , деформируются и затем охлаждаются ниже T trans для фиксации вторичной геометрии.Вторичная геометрия сохраняется, потому что термодинамические барьеры не позволяют полимерным цепям расслабляться и возвращаться в исходное состояние с более высокой энтропией, которое цепи автоматически принимают во время начальной полимеризации или обработки. T trans может быть температурой стеклования ( T г ), температурой расплава кристаллов ( T m ) или другой температурой перехода [4]. После нагрева выше T trans деформированный SMP возвращается в свое высокоэнтропийное состояние, которое является исходной геометрией.На молекулярном уровне сетевые точки, такие как ковалентные сшивки, кристаллические фазы и переплетения цепей, повышают целостность системы SMP, не позволяя полимерным цепям скользить мимо друг друга, пока полимер нагревается выше T trans [10].

Предыдущие исследования полиуретановых SMP были сосредоточены на синтезе [11–12], структурном моделировании [13], термомеханических характеристиках [14] и влиянии влажности [15]. В частности, Ян исследовал влияние поглощения влаги на температуру стеклования и соответствующее поведение напряженно-деформированного состояния чистых полиуретановых SMP.Исследования Янга показали, что поглощенная вода в полиуретанах делится на две категории: связанная вода и свободная вода. Связанная вода, которая действует как пластификатор, занимая участки водородных связей между межцепочечными карбаматными группами N-H и C = O, значительно снижает T г и, следовательно, значительно изменяет поведение при напряжении и деформации. С другой стороны, свободная вода имеет гораздо меньший пластифицирующий эффект для полиуретанов.

Хотя исследования Янга и другие эффективно охарактеризовали влияние поглощения влаги на термические и термомеханические свойства уретановых SMP [16-17], эти исследования были ограничены чистыми полиуретановыми SMP.Исследования, связанные с воздействием влаги на пенополиуретаны, изучали скорость диффузии влаги и изменения механических свойств [18–19]; однако влияние поглощения влаги на свойства памяти формы пенополиуретана еще предстоит оценить.

В этом исследовании мы оценили влияние поглощения влаги на T г и поведение при напряжении / деформации пенополиуретанов SMP, изготовленных из уретановой композиции SMP, описанной в Wilson 2007 [11].Поглощение влаги при различных температурах и уровнях влажности измеряли с помощью термогравиметрического анализа (ТГА) и анализа массового отношения. Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR) использовалась для анализа взаимодействий абсорбированной воды с пенополиуретаном. Вызванные влагой эффекты T г измеряли с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC), а влияние поглощения воды на поведение напряжения / деформации и памяти формы пен оценивали с помощью экспериментов по деформации до разрушения и восстановлению свободной деформации.

2. Экспериментальная

2.1. Синтез пенополиуретана и подготовка образцов

Пенополиуретан SMP был приготовлен на основе методики, разработанной доктором Томасом С. Уилсоном из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса. Форполимеры были изготовлены из гексаметилендиизоцианата (HDI, 98%, TCI America), N, N, N ‘, N’-тетракис (2-гидроксипропил) этилендиамина (HPED, 98%, TCI America) и триэтаноламина (TEA, 99% , Сигма-Олдрич). Пены были составлены из форполимеров путем добавления следующих поверхностно-активных веществ, катализаторов и вспенивающих агентов в скоростном смесителе Flackteck 150 DAC в течение 15 с при 3400 об / мин: DC-5179 (Air Products), DC-I990 (Air Products), T131 (Air Products), BL-22 (Air Products), деионизированная вода и Enovate (Honeywell Corp.) Для вспенивания использовали общее отношение NCO / OH 1,05.

После подготовки образца пенополиуретан сушили при 90 ° C в течение 12 часов при давлении 1 торр для удаления остаточной влаги. Затем образцы помещали в климатическую камеру CSZ MCBH-1.2-.33-.33-H / AC при контролируемой температуре 25 ° C и контролируемой влажности 40%, 60% и 80% в течение периодов времени 0,5. ч, 1 ч, 2 ч, 3 ч, 4 ч, 5 ч, 6 ч, 12 ч, 24 ч, 48 ч и 96 ч. Для приготовления образцов при влажности 100% образцы погружали в водяную баню при контрольных температурах 25 ° C или 37 ° C на периоды времени 12 ч, 24 ч, 48 ч и 96 ч.

2.2. Характеристика

2.2.1. Поглощение влаги

Анализ ТГА использовали для измерения водопоглощения образцов, подвергшихся воздействию различной влажности в течение периодов времени 12, 24, 48 и 96 часов. ТГА проводили на образцах 10–15 мг на термогравиметрическом анализаторе TA Instruments Q80. Образцы ТГА, испытанные в трех экземплярах, нагревали от 30 ° C до 400 ° C со скоростью 10 ° C / мин. Чтобы точно оценить время, необходимое пенам для достижения насыщения влагой при каждом уровне влажности, второй набор образцов пен был подвергнут анализу массового соотношения.Были собраны пять образцов каждого образца, подвергнутые воздействию различных уровней влажности в течение 0,5 ч, 1 ч, 2 ч, 3 ч, 4 ч, 5 ч и 6 ч, и повторно собраны сразу после извлечения из климатической камеры.

2.2.2. Сдвиг температуры стеклования

ДСК эксперименты проводили с использованием дифференциального сканирующего калориметра TA Instruments Q200 от -40 ° C до 80 ° C со скоростью 10 ° C / мин на образцах 5–10 мг для оценки влияния поглощения влаги на T г . Чтобы определить, является ли сдвиг T g обратимым, образцы, которые подвергались воздействию различных уровней влажности в течение 96 часов, помещали обратно в климатическую камеру при влажности 40% на 1 день, 2 дня и 5 дней, после чего Эксперименты DSC проводили с использованием тех же экспериментальных процедур, которые описаны выше.

2.2.3. Сдвиг инфракрасной полосы

Взаимодействия между абсорбированными молекулами воды и связанными водородом группами N-H и C = O анализировали с использованием спектрометра Bruker Tensor 27 FTIR. Контрольный образец пены, который не подвергался воздействию влаги, был использован в дополнение к увлажненным образцам. Спектры FTIR были получены путем усреднения 150 сканирований с разрешением 4 см -1 и диапазоном волновых чисел от 600 см -1 до 4000 см -1 . Чтобы определить, являются ли сдвиги в ИК-спектрах обратимыми, образцы, которые подвергались воздействию различных уровней влажности в течение 96 часов, помещали обратно в климатическую камеру при влажности 40% на 1 день, 2 дня и 5 дней, после чего проводили эксперименты с FTIR. были проведены с теми же экспериментальными процедурами, описанными выше.

2.2.4. Поведение при напряжении / деформации

Эксперименты по деформации до разрушения были проведены на образцах пенополиуретана размером 60 x 15 x 6 мм с использованием универсального тестера на растяжение MTS Insight 30. В соответствии со стандартным методом испытаний свойств пластмасс на растяжение ASTM D638 образцы помещали в эпоксидные блоки и подвергали воздействию различных уровней влажности в течение 96 часов. Затем эти образцы были немедленно подвергнуты экспериментам по деформации до разрушения при постоянной скорости деформации 50 мм / мин при 25 ° C.Чтобы определить, являются ли вызванные влажностью изменения в поведении напряжения-деформации обратимыми, образцы, которые подвергались воздействию различных уровней влажности в течение 96 часов, были помещены обратно в климатическую камеру при влажности 40% на 1 день, после чего были проведены эксперименты по деформации до отказа. Выполните те же экспериментальные процедуры, которые описаны выше.

2.2.5. Эффект памяти формы

Эксперименты по восстановлению свободной деформации проводили на образцах пенополиуретана размером 60 x 15 x 6 мм в универсальном тестере на растяжение MTS Insight 30 с термокамерой.В соответствии со стандартным методом испытаний пенополиуретана ASTM D3574-08 образцы устанавливали на эпоксидные блоки и подвергали воздействию 100% влажности в течение 96 часов (один образец при 25 ° C, а другой — при 37 ° C). Затем образцы захватывали в приборе для испытания на растяжение, нагревали до 80 ° C со скоростью 1 ° C / мин и растягивали до 15%, 25% и 35%. Затем деформированные образцы охлаждали до 25 ° C со скоростью 1 ° C / мин для фиксации соответствующих деформаций. Затем для восстановления свободной деформации днища образцов разжимали внутри термокамеры, и образцы нагревали до 80 ° C со скоростью 1 ° C / мин для определения восстанавливаемой деформации, которую измеряли с помощью лазерного экстензометра.Процент извлекаемой деформации или коэффициент извлечения рассчитывается в соответствии с уравнением (1),

Коэффициент извлечения = извлеченная длина / начальная длина × 100

(1)

3. Результаты и обсуждение

3.1. Поглощение влаги

Результаты процентного поглощения влаги, измеренного с помощью ТГА и анализа массового отношения, представлены в и, соответственно. При относительной влажности 40%, 60% и 80% влагопоглощение увеличивалось с увеличением времени воздействия влажности до 6 часов, после чего оно обычно оставалось постоянным.Для образцов, подвергшихся воздействию 100% влажности (т.е. погружению в воду), достижение максимального водопоглощения заняло больше времени. Как показано, максимальное водопоглощение через 96 ч при 25 ° C в среде с относительной влажностью 100% составляло 8%, и это значение существенно не изменилось, когда температура в климатической камере была увеличена до 37 ° C. Однако повышение температуры действительно увеличивало скорость поглощения влаги [20], как показано. Образец 37 ° C достиг максимального водопоглощения через 20 часов, в то время как образец 25 ° C не достиг максимального поглощения воды до 96 часов.Как и ожидалось, уровни влагопоглощения и влагонасыщения зависели от времени воздействия влаги, уровня влажности и температуры. Наши результаты доказывают, что насыщение влагой зависит от уровня влажности окружающей среды: чем выше уровень влажности, тем больше возможное поглощение воды [21].

Влияние времени воздействия влажности на поглощение влаги, измеренное с помощью ТГА.

Влияние времени воздействия влажности на время воздействия влаги, измеренное с помощью анализа массового отношения.

и показывают, что влагопоглощение при погружении в воду отличается от водопоглощения без погружения. Несмотря на то, что климатическая камера обеспечивает 100% влажность, поглощение 100% влажности не эквивалентно погружению в воду. Наши результаты согласуются с данными Loos et al., Которые показали, что различное воздействие окружающей среды влияет на поведение поглощения воды [22].

3.2. Сдвиг температуры стеклования

Температуры стеклования всех образцов снизились при поглощении влаги, как показано на рис.Через 12 часов пены T г обычно выходили на плато. Максимальное смещение T г произошло для пен со 100% влажностью (как 25 ° C, так и 37 ° C), где T г упало с 67 ° C до 5 ° C через 96 часов. Воздействие влаги на T г было обратимым, как показано на. Образцы, которые подвергались воздействию влажности в течение 96 часов, а затем помещались в климатическую камеру с влажностью 40%, демонстрировали значительную потерю влаги через 1 день.Поглощенная влага для всех образцов была примерно одинаковой через сутки (2,2%). Это значение 2,2% соответствует начальному значению поглощенной влаги для пеноматериала, подвергающегося воздействию относительной влажности 40%, которое нанесено на график. Эта потеря влаги сопровождалась увеличением T г : после помещения в климатическую камеру при влажности 40% на один день значения T г для всех образцов увеличились примерно до того же значения: 42 ° C, значение T г для исходной пены, подвергшейся воздействию влажности 40%, которая нанесена на график.

Эффект влагопоглощения Т г .

Влияние контролируемой влажности на обратимое T г .

3.3. Сдвиг инфракрасной полосы

Контрольный образец пены, который не подвергался воздействию влаги, показал пик интенсивности растяжения связующего N-H при 3307 см -1 . Как показано, пики интенсивности растяжения N-H связи были смещены как в сторону более высоких волновых чисел, так и в сторону большей интенсивности с увеличением поглощения влаги, при этом образцы со 100% влажностью демонстрируют пики интенсивности растяжения N-H при приблизительно 3332 см -1 .показывает влияние поглощенной влаги на пики интенсивности растяжения карбамата и мочевины C = O, которые возникают при 1687 см, -1, и 1647 см, -1, , соответственно. Хотя повышенное содержание воды привело к увеличению интенсивности соответствующих пиков C = O, наблюдаемых сдвигов волнового числа не произошло.

FTIR-спектры области растяжения N-H пенополиуретана с различными уровнями водопоглощения.

FTIR-спектры области растяжения C = O пенополиуретана с различными уровнями водопоглощения.

В пенополиуретане, не содержащем влаги, водородная связь возникает между карбаматными группами N-H и C = O. После поглощения влаги водороды в молекулах воды могут образовывать водородные мостики между двумя карбаматными C = O группами или занимать места водородных связей в карбаматных N-H группах [23]. Водородные связи, образованные с группами N-H, вызывают увеличение интенсивности инфракрасных полос N-H и переход к более высоким волновым числам. Такое поведение проявляется в ИК-спектрах наших пенополиуретанов SMP.Напротив, водородные связи, образованные с группами C = O, вызывают увеличение интенсивности инфракрасных полос C = O и смещение к более низким волновым числам [24]. Хотя наши пены демонстрируют повышенную интенсивность пиков карбамата C = O с увеличением поглощения влаги, заметного сдвига волнового числа не наблюдалось.

Одно из возможных объяснений такого поведения заключается в том, что химическая структура пенополиуретана, охарактеризованная в этой работе, значительно отличается от таковой других уретанов: нет традиционных твердых и мягких сегментов.Кроме того, наш процесс вспенивания включает добавление воды, что приводит к увеличению содержания мочевины и еще большему взаимодействию водородных связей. Пены полностью состоят из диизоцианатов с длиной 6 атомов углерода и низкомолекулярных три- и тетрафункциональных спиртов, поэтому отношение карбаматных и мочевинных связей к общему количеству молекул в полимере намного выше, чем у SMP с олигомерный мягкий сегмент. Поскольку каждая карбаматная связь имеет два участка водородных связей (C = O и N-H; три в случае связей мочевины), наши пены имеют значительно больше участков водородных связей, чем полиуретан, например, с полиэтиленоксидом или мягким сегментом полибутадиена.Уретан и мочевина в этом исследовании могли иметь такое большое количество связанных карбонилов до поглощения влаги, что даже после максимального поглощения влаги не могло быть заметного изменения волнового числа. Эта теория также может объяснить, почему в нашем ИК-спектре нет явных пиков свободных карбонилов. Поскольку связанные карбонильные пики значительно шире, чем свободные карбонильные пики, возможно, что широта и интенсивность связанных карбонильных пиков делает невозможным наблюдение свободных карбонильных пиков [25–26].

Мы обнаружили, что вызванные влажностью сдвиги пиков N-H в пике ИК-спектра являются обратимыми. Ян и др. продемонстрировали такую ​​обратимость, отогнав поглощенную влагу путем нагрева образцов полиуретана [8]. Мы продемонстрировали аналогичный эффект, поместив образцы, насыщенные влагой, в среду с более низкой влажностью (влажность 40%). Пики N-H смещаются обратно к 3307 см, -1, , а пики C = O смещаются обратно к более низким интенсивностям после воздействия влажности 40% при 25 ° C (данные не показаны).Хотя кажется, что влага испаряется из наших пен относительно легко (Ян и др. Нагревали чистый полиуретан при разных температурах, чтобы отогнать влагу), это наблюдение не обязательно указывает на то, что в нашем уретане существуют более слабые взаимодействия водородных связей, чем в других уретанах. Пенополиуретан имеет значительно большую площадь поверхности, чем чистые уретановые пленки, поэтому значительное испарение влаги из пен может быть просто результатом увеличения площади поверхности.

3.4. Поведение при напряжении / деформации

Данные испытаний на растяжение для всех образцов представлены в. Результаты деформации до разрушения показали, что поглощенная влага значительно пластифицирует пенополиуретан [27], хотя этот эффект пластификации оказался обратимым. Образцы, которые были подвергнуты воздействию различной влажности, а затем помещены в комнатную температуру на 1 день, показали деформации разрушения порядка 20% и напряжения разрушения порядка 50 кПа. Образцы подвергали воздействию 100% влажности, а затем сразу же испытывали в течение 1 часа, обнаружив деформации разрушения порядка 30–40% и напряжения разрушения порядка 15 кПа.Аналогичные тенденции наблюдались и для значений модуля Юнга. Типичная кривая напряжения-деформации для пенополиуретана показана на рис. представляющие собой молекулы воды, действующие как пластификатор. Эта пластификация увеличивает разрывную деформацию и снижает напряжение разрушения и модуль Юнга. Наблюдаемый эффект пластификации соответствовал результатам исследований Янга по влиянию влаги на поведение при напряжении / деформации чистых полиуретанов.

Типичная кривая растяжения для пенополиуретана в.

(Пена № 1: водопоглощение в течение 96 часов при 37 ° C после испытания; Пена № 2: такой же тестовый запуск через 24 часа при комнатной температуре, приблизительно 20 ° C и относительной влажности 40% на протяжении всего испытания.)

Таблица 1

Разрывная деформация (%) Предел прочности на разрыв (кПа) Модуль упругости (кПа)
25 ° C-40% H-96h-24h STP * 21 ± 7 52 ± 11 281 ± 117
25 ° C-60% H-96h-24h STP * 18 ± 5 50 ± 12 282 ± 56
25 ° C-80% H-96ч-24ч STP * 18 ± 6 43 ± 13 275 ± 143
25 ° C-100% H-96ч-24ч STP * 23 ± 5 55 ± 13 247 ± 77
37 ° C-100% H-96h-24h STP * 21 ± 6 43 ± 11 226 ± 108
25 ° C-100% H-96h 31 ± 1 17 ± 1 52 ± 2
37 ° C-100% H-96h 41 ± 12 14 ± 5 ​​ 35 ± 13

3.5. Эффект памяти формы

Результаты восстановления свободной деформации для образцов, подвергшихся воздействию 100% влажности при 37 ° C в течение 96 часов, представлены в. Для штаммов 15% и 25% наблюдаемый коэффициент восстановления составлял приблизительно 95%. Для 35% штаммов коэффициент извлечения снизился до 87%. Так как пенополиуретаны, охарактеризованные в этой работе, были сильно сшитыми, даже деформации до 35% могли привести к локализованным постоянным деформациям и разрушению ячеек пенопласта [28].

4. Выводы

Водопоглощение полиуретановых пен SMP, охарактеризованных в этой работе, увеличивалось с увеличением времени воздействия влажности, повышенной влажности и повышенной температуры.Максимальное водопоглощение составило 8%, что произошло после выдержки в 100% влажности в течение 96 часов при комнатной температуре и 20 часов при 37 ° C. При влажности менее или равной 80% насыщение влагой наступало через 6 часов.

T г пенополиуретана уменьшилось при поглощении влаги, и максимальный сдвиг с 67 ° C на 5 ° C произошел после 8% поглощения воды. Этот сдвиг T г повлиял на переход от стеклообразного к вязкоупругому поведению, когда пенопласт SMP подвергали испытанию на растяжение при 25 ° C.Как сдвиги T g , так и результирующие изменения механического поведения были обратимыми после помещения пен в среду с влажностью 40% на 24 часа.

Кривая растяжения показывает, что молекулы воды проникают во внутреннюю структуру пенополиуретана, действуя как пластификатор. Молекулы воды образуют водородные связи между группами N-H и C = O, разрывая исходные водородные связи, позволяя полимерным цепям свободно перемещаться и тем самым увеличивая разрывную деформацию и уменьшая напряжение разрушения и модуль Юнга.

Коэффициенты извлечения, приближающиеся к 100% для образцов, деформированных до 25% или менее, демонстрируют, что пенопласты SMP, описанные в этой работе, потенциально полезны для приложений, где необходимо полное восстановление деформации при растяжении.

Благодарности

Мы благодарим Аманду Коннор и Брента Волка за обсуждение и техническую поддержку. Эта работа была поддержана Национальным институтом здравоохранения / Национальным институтом биомедицинской визуализации и биоинженерии, грант R01EB000462 и частично выполнена под эгидой U.S. Министерство энергетики Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса по контракту DE-AC52-07NA27344.

Ссылки

1. Бель М., Лендлейн А. Полимеры с памятью формы. Mater Today. 2007; 10: 20–28. [Google Scholar] 2. Хуан ВМ, Ли CW, Тео ХП. Термомеханическое поведение пенополиуретана с памятью формы. J Intell Mater Syst Struct. 2006; 17: 753–60. [Google Scholar] 3. Мэйтленд Диджей, Смолл В., Ортега Дж. М., Бакли П. Р., Родригес Дж., Хартман Дж., Уилсон Т. С.. Прототип активируемого лазером устройства из полимерной пены с памятью формы для эмболического лечения аневризм.J Biomed Opt. 2007; 12: 030504. [PubMed] [Google Scholar] 4. Лендлейн А., Кельч С. Полимеры с памятью формы. Angew Chem Int Ed. 2002; 41: 2034–57. [PubMed] [Google Scholar] 5. Лендлейн А., Цзян Х., Юнгер О., Лангер Р. Светоиндуцированные полимеры с памятью формы. Природа. 2005; 434: 879–82. [PubMed] [Google Scholar] 6. Саху Н.Г., Юнг Ю.К., Гу Н.С., Чо Дж.В. Проводящие полиуретан-полипиррольные композиты с памятью формы для электроактивного исполнительного механизма. Macromol Mater Eng. 2005; 290: 1049–55. [Google Scholar] 7. Бакли П.Р., Маккинли Г.Х., Уилсон Т.С., Смолл В.Дж., Бенетт В.Дж., Берингер Дж.П., Макелфреш М.В., Мейтленд ди-джей.Индуктивно нагретый полимер с памятью формы для магнитного срабатывания медицинских устройств. IEEE Trans Biomed Eng. 2006. 53: 2075–83. [PubMed] [Google Scholar] 8. Ян Б., Хуанг В. М., Ли Ц., Ли Л. Влияние влаги на термомеханические свойства полиуретанового полимера с памятью формы. Полимер. 2006; 47: 1348–56. [Google Scholar] 9. Смолл В., Сингхал П., Уилсон Т.С., Мейтленд ди-джей. Биомедицинские применения термически активированных полимеров с памятью формы. J Mater Chem. 2010. 20: 3356–66. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 10.Бехл М., Раззак М.Ю., Лендлейн А. Многофункциональные полимеры с памятью формы. Adv Mater. 2010; 22: 3388–410. [PubMed] [Google Scholar] 11. Уилсон Т.С., Барингер Дж. П., Херберг Дж. Л., Марион Дж. Э., Райт В. Дж., Эванс К. Л., Мейтленд Д. Д.. Полимеры с памятью формы на основе однородных алифатических уретановых сеток. J Appl Polym Sci. 2007; 106: 540–51. [Google Scholar] 12. Хиерон К., Галл К., Уэр Т, Мейтленд ди-джей, Барингер Дж. П., Уилсон Т. С.. Постполимеризационные сшитые полиуретановые полимеры с памятью формы. J App Poly Sci. 2010; 121: 141–53. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 13.Volk BL, Lagoudas DC, Chen YC. Анализ реакции конечной деформации полимеров с памятью формы: II. 1D калибровка и численная реализация термоупругой модели конечной деформации. Smart Mater Struct. 2010; 19: 075006. [Google Scholar] 14. Тобуши Х., Хара Х., Ямада Э., Хаяши С. Термомеханические свойства тонкой пленки полимера с памятью формы из полиуретанового ряда. Smart Mater Struct. 1996; 5: 483–91. [Google Scholar] 15. Ян Б., Хуанг В. М., Ли К., Ли С. М., Ли Л. О влиянии влаги на полиуретановый полимер с памятью формы.Smart Mater Struct. 2004; 13: 191–5. [Google Scholar] 16. Сюй Б., Хуан В.М., Пей Ю.Т., Чен З.Г., Крафт А., Рубен Р., Де Хоссон Д.Т., Фу Ю. Механические свойства полиуретановых нанокомпозитов с памятью формы, армированных аттапульгитовой глиной. Eur Polym J. 2009; 45: 1904–11. [Google Scholar] 17. Претч Т., Якоб И., Мюллер В. Гидролитическая деградация и функциональная стабильность сегментированного поли (сложного эфира уретана) с памятью формы Polym Degrad Stab. 2009. 94: 61–73. [Google Scholar] 18. Эртель Г. Справочник по полиуретану. Нью-Йорк: Хансер; 1985 г.[Google Scholar] 19. Чжао Д., Литтл Джей Си, Кокс СС. Характеристика пенополиуретана как поглотителя или источника летучих органических соединений в воздухе помещений. J Environ Eng. 2004. 130: 983–89. [Google Scholar] 20. Бассирирад Х., Радин Дж. В., Мацуда К. Температурно-зависимые водные и ионные транспортные свойства корней ячменя и сорго: I. Взаимосвязь с ростом листьев. Plant Physiol. 1991; 97: 426–32. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 21. Авилес Ф., Агилар-Монтеро М. Поглощение влаги в композитных сэндвич-конструкциях с пенопластом.Polym Compos. 2010; 31: 714–22. [Google Scholar] 22. Лоос Альфред С., Спрингер Джордж С., Сандерс Барбара А., Тунг Р.В. Влагопоглощение композитов из полиэфирного стекла. J Compos Mater. 1980; 14: 142–54. [Google Scholar] 23. Лим Л.Т., Бритт И.Дж., Тунг М.А. Сорбция и перенос водяного пара в пленке нейлон 6,6. J Appl Polym Sci. 1999. 71: 197–206. [Google Scholar] 24. Йен F-S, Lin L-L, Hong J-L. Взаимодействие водородных связей между связями уретан-уретана и уретан-сложного эфира в жидкокристаллических макромолекулах поли (сложного эфира-уретана).1999; 32: 3068–79. [Google Scholar] 25. Маттиа Дж., Художник П. Сравнение водородной связи и порядка в полиуретане и поли (уретан-мочевине) и их смесях с макромолекулами поли (этиленгликоля). 2007; 40: 1546–54. [Google Scholar] 26. Yilgör E, Burgaz E, Yurtsever E, Yilgör I. Сравнение водородных связей в сополимерах уретана и мочевины на основе полидиметилсилоксана и полиэфира. Полимер. 2000; 41: 849–57. [Google Scholar] 27. Дхакал Х.Н., Чжан З.Й., Ричардсон Мау. Влияние водопоглощения на механические свойства ненасыщенных полиэфирных композитов, армированных пеньковым волокном.Compos Sci Technol. 2007. 67: 1674–83. [Google Scholar] 28. Volk BL, Lagoudas DC, Chen YC, Whitley KS. Анализ реакции конечной деформации полимеров с памятью формы: I. Термомеханические характеристики. Smart Mater Struct. 2010; 19: 075005. [Google Scholar]

Влияние поглощения влаги на физические свойства пенополиуретана с памятью формы

Smart Mater Struct. Авторская рукопись; доступно в PMC 2012 1 августа.

Опубликован в окончательной редакции как:

PMCID: PMC3176498

NIHMSID: NIHMS311079

Ya-Jen Yu

1 Департамент биомедицинской инженерии, Техасский университет A&M , TX, USA

Keith Hearon

1 Департамент биомедицинской инженерии, Техасский университет A&M, Колледж-Стейшн, Техас, США

Thomas S.Wilson

2 Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса, Ливермор, Калифорния, США

Дункан Дж. Мейтленд

1 Департамент биомедицинской инженерии, Техасский университет A&M, Колледж-Стейшн, Техас, США

2 Ливерморский национальный университет имени Лоуренса Лаборатория, Ливермор, Калифорния, США

1 Департамент биомедицинской инженерии, Техасский университет A&M, Колледж-Стейшн, Техас, США

2 Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса, Ливермор, Калифорния, США

См. Другие цитируемые статьи в PMC опубликованная статья.

Abstract

Исследовано влияние влагопоглощения на температуру стеклования ( T г ) и поведение при напряжении / деформации сетчатых пенополиуретанов с памятью формы (SMP). С нашей конечной целью разработки пенополиуретана SMP для использования в среде, контактирующей с кровью, мы исследовали влияние воздействия влаги на физические свойства пенополиуретана. Насколько нам известно, это исследование является первым, в котором изучается влияние поглощения влаги при различных уровнях влажности (без погружения и погружение) на физические свойства пенополиуретана SMP.Пены SMP подвергались воздействию различных уровней влажности в течение разного времени, и они показали максимальное водопоглощение 8,0% (по массе) после воздействия 100% относительной влажности в течение 96 часов. Результаты дифференциальной сканирующей калориметрии показали, что водопоглощение значительно снизило T г пены, при этом максимальное водопоглощение сместило T г с 67 ° C до 5 ° C. Образцы, которые были погружены в воду на 96 часов и сразу же подверглись испытанию на растяжение, показали 100% увеличение деформаций разрушения и уменьшение напряжений разрушения на 500%; однако во всех случаях воздействия времени и влажности эффект пластификации был обратимым при помещении образцов, насыщенных влагой, в среду с влажностью 40% на 24 часа.

1. Введение

Полимеры с памятью формы (SMP) — это интеллектуальные материалы, которые могут сохранять метастабильную геометрию или геометрию, а затем приводить в действие первичную геометрию после воздействия такого стимула, как тепло или влажность. Благодаря этой возможности SMP привлекают все большее внимание научного сообщества и предлагаются для многочисленных приложений в различных областях, от аэрокосмической до биомедицинской [1]. Пены SMP представляют особый интерес, потому что они демонстрируют большое объемное расширение при срабатывании [2].Raytheon в настоящее время изучает пеноматериалы SMP для применения в аэрокосмической отрасли, а биомедицинский имплант на основе пенопласта SMP разрабатывается для лечения аневризм [3]. Чистые SMP и пенопласты SMP могут быть изготовлены для реакции на определенные раздражители, такие как тепло [4], свет [5], электрические поля [6], магнитные поля [7] и влажность [8]. В настоящее время термочувствительные SMP получили наибольшее внимание для реализации в приложениях на основе устройств [9].

Традиционные термочувствительные двухформные SMP нагреваются выше температуры перехода, T trans , деформируются и затем охлаждаются ниже T trans для фиксации вторичной геометрии.Вторичная геометрия сохраняется, потому что термодинамические барьеры не позволяют полимерным цепям расслабляться и возвращаться в исходное состояние с более высокой энтропией, которое цепи автоматически принимают во время начальной полимеризации или обработки. T trans может быть температурой стеклования ( T г ), температурой расплава кристаллов ( T m ) или другой температурой перехода [4]. После нагрева выше T trans деформированный SMP возвращается в свое высокоэнтропийное состояние, которое является исходной геометрией.На молекулярном уровне сетевые точки, такие как ковалентные сшивки, кристаллические фазы и переплетения цепей, повышают целостность системы SMP, не позволяя полимерным цепям скользить мимо друг друга, пока полимер нагревается выше T trans [10].

Предыдущие исследования полиуретановых SMP были сосредоточены на синтезе [11–12], структурном моделировании [13], термомеханических характеристиках [14] и влиянии влажности [15]. В частности, Ян исследовал влияние поглощения влаги на температуру стеклования и соответствующее поведение напряженно-деформированного состояния чистых полиуретановых SMP.Исследования Янга показали, что поглощенная вода в полиуретанах делится на две категории: связанная вода и свободная вода. Связанная вода, которая действует как пластификатор, занимая участки водородных связей между межцепочечными карбаматными группами N-H и C = O, значительно снижает T г и, следовательно, значительно изменяет поведение при напряжении и деформации. С другой стороны, свободная вода имеет гораздо меньший пластифицирующий эффект для полиуретанов.

Хотя исследования Янга и другие эффективно охарактеризовали влияние поглощения влаги на термические и термомеханические свойства уретановых SMP [16-17], эти исследования были ограничены чистыми полиуретановыми SMP.Исследования, связанные с воздействием влаги на пенополиуретаны, изучали скорость диффузии влаги и изменения механических свойств [18–19]; однако влияние поглощения влаги на свойства памяти формы пенополиуретана еще предстоит оценить.

В этом исследовании мы оценили влияние поглощения влаги на T г и поведение при напряжении / деформации пенополиуретанов SMP, изготовленных из уретановой композиции SMP, описанной в Wilson 2007 [11].Поглощение влаги при различных температурах и уровнях влажности измеряли с помощью термогравиметрического анализа (ТГА) и анализа массового отношения. Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR) использовалась для анализа взаимодействий абсорбированной воды с пенополиуретаном. Вызванные влагой эффекты T г измеряли с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC), а влияние поглощения воды на поведение напряжения / деформации и памяти формы пен оценивали с помощью экспериментов по деформации до разрушения и восстановлению свободной деформации.

2. Экспериментальная

2.1. Синтез пенополиуретана и подготовка образцов

Пенополиуретан SMP был приготовлен на основе методики, разработанной доктором Томасом С. Уилсоном из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса. Форполимеры были изготовлены из гексаметилендиизоцианата (HDI, 98%, TCI America), N, N, N ‘, N’-тетракис (2-гидроксипропил) этилендиамина (HPED, 98%, TCI America) и триэтаноламина (TEA, 99% , Сигма-Олдрич). Пены были составлены из форполимеров путем добавления следующих поверхностно-активных веществ, катализаторов и вспенивающих агентов в скоростном смесителе Flackteck 150 DAC в течение 15 с при 3400 об / мин: DC-5179 (Air Products), DC-I990 (Air Products), T131 (Air Products), BL-22 (Air Products), деионизированная вода и Enovate (Honeywell Corp.) Для вспенивания использовали общее отношение NCO / OH 1,05.

После подготовки образца пенополиуретан сушили при 90 ° C в течение 12 часов при давлении 1 торр для удаления остаточной влаги. Затем образцы помещали в климатическую камеру CSZ MCBH-1.2-.33-.33-H / AC при контролируемой температуре 25 ° C и контролируемой влажности 40%, 60% и 80% в течение периодов времени 0,5. ч, 1 ч, 2 ч, 3 ч, 4 ч, 5 ч, 6 ч, 12 ч, 24 ч, 48 ч и 96 ч. Для приготовления образцов при влажности 100% образцы погружали в водяную баню при контрольных температурах 25 ° C или 37 ° C на периоды времени 12 ч, 24 ч, 48 ч и 96 ч.

2.2. Характеристика

2.2.1. Поглощение влаги

Анализ ТГА использовали для измерения водопоглощения образцов, подвергшихся воздействию различной влажности в течение периодов времени 12, 24, 48 и 96 часов. ТГА проводили на образцах 10–15 мг на термогравиметрическом анализаторе TA Instruments Q80. Образцы ТГА, испытанные в трех экземплярах, нагревали от 30 ° C до 400 ° C со скоростью 10 ° C / мин. Чтобы точно оценить время, необходимое пенам для достижения насыщения влагой при каждом уровне влажности, второй набор образцов пен был подвергнут анализу массового соотношения.Были собраны пять образцов каждого образца, подвергнутые воздействию различных уровней влажности в течение 0,5 ч, 1 ч, 2 ч, 3 ч, 4 ч, 5 ч и 6 ч, и повторно собраны сразу после извлечения из климатической камеры.

2.2.2. Сдвиг температуры стеклования

ДСК эксперименты проводили с использованием дифференциального сканирующего калориметра TA Instruments Q200 от -40 ° C до 80 ° C со скоростью 10 ° C / мин на образцах 5–10 мг для оценки влияния поглощения влаги на T г . Чтобы определить, является ли сдвиг T g обратимым, образцы, которые подвергались воздействию различных уровней влажности в течение 96 часов, помещали обратно в климатическую камеру при влажности 40% на 1 день, 2 дня и 5 дней, после чего Эксперименты DSC проводили с использованием тех же экспериментальных процедур, которые описаны выше.

2.2.3. Сдвиг инфракрасной полосы

Взаимодействия между абсорбированными молекулами воды и связанными водородом группами N-H и C = O анализировали с использованием спектрометра Bruker Tensor 27 FTIR. Контрольный образец пены, который не подвергался воздействию влаги, был использован в дополнение к увлажненным образцам. Спектры FTIR были получены путем усреднения 150 сканирований с разрешением 4 см -1 и диапазоном волновых чисел от 600 см -1 до 4000 см -1 . Чтобы определить, являются ли сдвиги в ИК-спектрах обратимыми, образцы, которые подвергались воздействию различных уровней влажности в течение 96 часов, помещали обратно в климатическую камеру при влажности 40% на 1 день, 2 дня и 5 дней, после чего проводили эксперименты с FTIR. были проведены с теми же экспериментальными процедурами, описанными выше.

2.2.4. Поведение при напряжении / деформации

Эксперименты по деформации до разрушения были проведены на образцах пенополиуретана размером 60 x 15 x 6 мм с использованием универсального тестера на растяжение MTS Insight 30. В соответствии со стандартным методом испытаний свойств пластмасс на растяжение ASTM D638 образцы помещали в эпоксидные блоки и подвергали воздействию различных уровней влажности в течение 96 часов. Затем эти образцы были немедленно подвергнуты экспериментам по деформации до разрушения при постоянной скорости деформации 50 мм / мин при 25 ° C.Чтобы определить, являются ли вызванные влажностью изменения в поведении напряжения-деформации обратимыми, образцы, которые подвергались воздействию различных уровней влажности в течение 96 часов, были помещены обратно в климатическую камеру при влажности 40% на 1 день, после чего были проведены эксперименты по деформации до отказа. Выполните те же экспериментальные процедуры, которые описаны выше.

2.2.5. Эффект памяти формы

Эксперименты по восстановлению свободной деформации проводили на образцах пенополиуретана размером 60 x 15 x 6 мм в универсальном тестере на растяжение MTS Insight 30 с термокамерой.В соответствии со стандартным методом испытаний пенополиуретана ASTM D3574-08 образцы устанавливали на эпоксидные блоки и подвергали воздействию 100% влажности в течение 96 часов (один образец при 25 ° C, а другой — при 37 ° C). Затем образцы захватывали в приборе для испытания на растяжение, нагревали до 80 ° C со скоростью 1 ° C / мин и растягивали до 15%, 25% и 35%. Затем деформированные образцы охлаждали до 25 ° C со скоростью 1 ° C / мин для фиксации соответствующих деформаций. Затем для восстановления свободной деформации днища образцов разжимали внутри термокамеры, и образцы нагревали до 80 ° C со скоростью 1 ° C / мин для определения восстанавливаемой деформации, которую измеряли с помощью лазерного экстензометра.Процент извлекаемой деформации или коэффициент извлечения рассчитывается в соответствии с уравнением (1),

Коэффициент извлечения = извлеченная длина / начальная длина × 100

(1)

3. Результаты и обсуждение

3.1. Поглощение влаги

Результаты процентного поглощения влаги, измеренного с помощью ТГА и анализа массового отношения, представлены в и, соответственно. При относительной влажности 40%, 60% и 80% влагопоглощение увеличивалось с увеличением времени воздействия влажности до 6 часов, после чего оно обычно оставалось постоянным.Для образцов, подвергшихся воздействию 100% влажности (т.е. погружению в воду), достижение максимального водопоглощения заняло больше времени. Как показано, максимальное водопоглощение через 96 ч при 25 ° C в среде с относительной влажностью 100% составляло 8%, и это значение существенно не изменилось, когда температура в климатической камере была увеличена до 37 ° C. Однако повышение температуры действительно увеличивало скорость поглощения влаги [20], как показано. Образец 37 ° C достиг максимального водопоглощения через 20 часов, в то время как образец 25 ° C не достиг максимального поглощения воды до 96 часов.Как и ожидалось, уровни влагопоглощения и влагонасыщения зависели от времени воздействия влаги, уровня влажности и температуры. Наши результаты доказывают, что насыщение влагой зависит от уровня влажности окружающей среды: чем выше уровень влажности, тем больше возможное поглощение воды [21].

Влияние времени воздействия влажности на поглощение влаги, измеренное с помощью ТГА.

Влияние времени воздействия влажности на время воздействия влаги, измеренное с помощью анализа массового отношения.

и показывают, что влагопоглощение при погружении в воду отличается от водопоглощения без погружения. Несмотря на то, что климатическая камера обеспечивает 100% влажность, поглощение 100% влажности не эквивалентно погружению в воду. Наши результаты согласуются с данными Loos et al., Которые показали, что различное воздействие окружающей среды влияет на поведение поглощения воды [22].

3.2. Сдвиг температуры стеклования

Температуры стеклования всех образцов снизились при поглощении влаги, как показано на рис.Через 12 часов пены T г обычно выходили на плато. Максимальное смещение T г произошло для пен со 100% влажностью (как 25 ° C, так и 37 ° C), где T г упало с 67 ° C до 5 ° C через 96 часов. Воздействие влаги на T г было обратимым, как показано на. Образцы, которые подвергались воздействию влажности в течение 96 часов, а затем помещались в климатическую камеру с влажностью 40%, демонстрировали значительную потерю влаги через 1 день.Поглощенная влага для всех образцов была примерно одинаковой через сутки (2,2%). Это значение 2,2% соответствует начальному значению поглощенной влаги для пеноматериала, подвергающегося воздействию относительной влажности 40%, которое нанесено на график. Эта потеря влаги сопровождалась увеличением T г : после помещения в климатическую камеру при влажности 40% на один день значения T г для всех образцов увеличились примерно до того же значения: 42 ° C, значение T г для исходной пены, подвергшейся воздействию влажности 40%, которая нанесена на график.

Эффект влагопоглощения Т г .

Влияние контролируемой влажности на обратимое T г .

3.3. Сдвиг инфракрасной полосы

Контрольный образец пены, который не подвергался воздействию влаги, показал пик интенсивности растяжения связующего N-H при 3307 см -1 . Как показано, пики интенсивности растяжения N-H связи были смещены как в сторону более высоких волновых чисел, так и в сторону большей интенсивности с увеличением поглощения влаги, при этом образцы со 100% влажностью демонстрируют пики интенсивности растяжения N-H при приблизительно 3332 см -1 .показывает влияние поглощенной влаги на пики интенсивности растяжения карбамата и мочевины C = O, которые возникают при 1687 см, -1, и 1647 см, -1, , соответственно. Хотя повышенное содержание воды привело к увеличению интенсивности соответствующих пиков C = O, наблюдаемых сдвигов волнового числа не произошло.

FTIR-спектры области растяжения N-H пенополиуретана с различными уровнями водопоглощения.

FTIR-спектры области растяжения C = O пенополиуретана с различными уровнями водопоглощения.

В пенополиуретане, не содержащем влаги, водородная связь возникает между карбаматными группами N-H и C = O. После поглощения влаги водороды в молекулах воды могут образовывать водородные мостики между двумя карбаматными C = O группами или занимать места водородных связей в карбаматных N-H группах [23]. Водородные связи, образованные с группами N-H, вызывают увеличение интенсивности инфракрасных полос N-H и переход к более высоким волновым числам. Такое поведение проявляется в ИК-спектрах наших пенополиуретанов SMP.Напротив, водородные связи, образованные с группами C = O, вызывают увеличение интенсивности инфракрасных полос C = O и смещение к более низким волновым числам [24]. Хотя наши пены демонстрируют повышенную интенсивность пиков карбамата C = O с увеличением поглощения влаги, заметного сдвига волнового числа не наблюдалось.

Одно из возможных объяснений такого поведения заключается в том, что химическая структура пенополиуретана, охарактеризованная в этой работе, значительно отличается от таковой других уретанов: нет традиционных твердых и мягких сегментов.Кроме того, наш процесс вспенивания включает добавление воды, что приводит к увеличению содержания мочевины и еще большему взаимодействию водородных связей. Пены полностью состоят из диизоцианатов с длиной 6 атомов углерода и низкомолекулярных три- и тетрафункциональных спиртов, поэтому отношение карбаматных и мочевинных связей к общему количеству молекул в полимере намного выше, чем у SMP с олигомерный мягкий сегмент. Поскольку каждая карбаматная связь имеет два участка водородных связей (C = O и N-H; три в случае связей мочевины), наши пены имеют значительно больше участков водородных связей, чем полиуретан, например, с полиэтиленоксидом или мягким сегментом полибутадиена.Уретан и мочевина в этом исследовании могли иметь такое большое количество связанных карбонилов до поглощения влаги, что даже после максимального поглощения влаги не могло быть заметного изменения волнового числа. Эта теория также может объяснить, почему в нашем ИК-спектре нет явных пиков свободных карбонилов. Поскольку связанные карбонильные пики значительно шире, чем свободные карбонильные пики, возможно, что широта и интенсивность связанных карбонильных пиков делает невозможным наблюдение свободных карбонильных пиков [25–26].

Мы обнаружили, что вызванные влажностью сдвиги пиков N-H в пике ИК-спектра являются обратимыми. Ян и др. продемонстрировали такую ​​обратимость, отогнав поглощенную влагу путем нагрева образцов полиуретана [8]. Мы продемонстрировали аналогичный эффект, поместив образцы, насыщенные влагой, в среду с более низкой влажностью (влажность 40%). Пики N-H смещаются обратно к 3307 см, -1, , а пики C = O смещаются обратно к более низким интенсивностям после воздействия влажности 40% при 25 ° C (данные не показаны).Хотя кажется, что влага испаряется из наших пен относительно легко (Ян и др. Нагревали чистый полиуретан при разных температурах, чтобы отогнать влагу), это наблюдение не обязательно указывает на то, что в нашем уретане существуют более слабые взаимодействия водородных связей, чем в других уретанах. Пенополиуретан имеет значительно большую площадь поверхности, чем чистые уретановые пленки, поэтому значительное испарение влаги из пен может быть просто результатом увеличения площади поверхности.

3.4. Поведение при напряжении / деформации

Данные испытаний на растяжение для всех образцов представлены в. Результаты деформации до разрушения показали, что поглощенная влага значительно пластифицирует пенополиуретан [27], хотя этот эффект пластификации оказался обратимым. Образцы, которые были подвергнуты воздействию различной влажности, а затем помещены в комнатную температуру на 1 день, показали деформации разрушения порядка 20% и напряжения разрушения порядка 50 кПа. Образцы подвергали воздействию 100% влажности, а затем сразу же испытывали в течение 1 часа, обнаружив деформации разрушения порядка 30–40% и напряжения разрушения порядка 15 кПа.Аналогичные тенденции наблюдались и для значений модуля Юнга. Типичная кривая напряжения-деформации для пенополиуретана показана на рис. представляющие собой молекулы воды, действующие как пластификатор. Эта пластификация увеличивает разрывную деформацию и снижает напряжение разрушения и модуль Юнга. Наблюдаемый эффект пластификации соответствовал результатам исследований Янга по влиянию влаги на поведение при напряжении / деформации чистых полиуретанов.

Типичная кривая растяжения для пенополиуретана в.

(Пена № 1: водопоглощение в течение 96 часов при 37 ° C после испытания; Пена № 2: такой же тестовый запуск через 24 часа при комнатной температуре, приблизительно 20 ° C и относительной влажности 40% на протяжении всего испытания.)

Таблица 1

Разрывная деформация (%) Предел прочности на разрыв (кПа) Модуль упругости (кПа)
25 ° C-40% H-96h-24h STP * 21 ± 7 52 ± 11 281 ± 117
25 ° C-60% H-96h-24h STP * 18 ± 5 50 ± 12 282 ± 56
25 ° C-80% H-96ч-24ч STP * 18 ± 6 43 ± 13 275 ± 143
25 ° C-100% H-96ч-24ч STP * 23 ± 5 55 ± 13 247 ± 77
37 ° C-100% H-96h-24h STP * 21 ± 6 43 ± 11 226 ± 108
25 ° C-100% H-96h 31 ± 1 17 ± 1 52 ± 2
37 ° C-100% H-96h 41 ± 12 14 ± 5 ​​ 35 ± 13

3.5. Эффект памяти формы

Результаты восстановления свободной деформации для образцов, подвергшихся воздействию 100% влажности при 37 ° C в течение 96 часов, представлены в. Для штаммов 15% и 25% наблюдаемый коэффициент восстановления составлял приблизительно 95%. Для 35% штаммов коэффициент извлечения снизился до 87%. Так как пенополиуретаны, охарактеризованные в этой работе, были сильно сшитыми, даже деформации до 35% могли привести к локализованным постоянным деформациям и разрушению ячеек пенопласта [28].

4. Выводы

Водопоглощение полиуретановых пен SMP, охарактеризованных в этой работе, увеличивалось с увеличением времени воздействия влажности, повышенной влажности и повышенной температуры.Максимальное водопоглощение составило 8%, что произошло после выдержки в 100% влажности в течение 96 часов при комнатной температуре и 20 часов при 37 ° C. При влажности менее или равной 80% насыщение влагой наступало через 6 часов.

T г пенополиуретана уменьшилось при поглощении влаги, и максимальный сдвиг с 67 ° C на 5 ° C произошел после 8% поглощения воды. Этот сдвиг T г повлиял на переход от стеклообразного к вязкоупругому поведению, когда пенопласт SMP подвергали испытанию на растяжение при 25 ° C.Как сдвиги T g , так и результирующие изменения механического поведения были обратимыми после помещения пен в среду с влажностью 40% на 24 часа.

Кривая растяжения показывает, что молекулы воды проникают во внутреннюю структуру пенополиуретана, действуя как пластификатор. Молекулы воды образуют водородные связи между группами N-H и C = O, разрывая исходные водородные связи, позволяя полимерным цепям свободно перемещаться и тем самым увеличивая разрывную деформацию и уменьшая напряжение разрушения и модуль Юнга.

Коэффициенты извлечения, приближающиеся к 100% для образцов, деформированных до 25% или менее, демонстрируют, что пенопласты SMP, описанные в этой работе, потенциально полезны для приложений, где необходимо полное восстановление деформации при растяжении.

Благодарности

Мы благодарим Аманду Коннор и Брента Волка за обсуждение и техническую поддержку. Эта работа была поддержана Национальным институтом здравоохранения / Национальным институтом биомедицинской визуализации и биоинженерии, грант R01EB000462 и частично выполнена под эгидой U.S. Министерство энергетики Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса по контракту DE-AC52-07NA27344.

Ссылки

1. Бель М., Лендлейн А. Полимеры с памятью формы. Mater Today. 2007; 10: 20–28. [Google Scholar] 2. Хуан ВМ, Ли CW, Тео ХП. Термомеханическое поведение пенополиуретана с памятью формы. J Intell Mater Syst Struct. 2006; 17: 753–60. [Google Scholar] 3. Мэйтленд Диджей, Смолл В., Ортега Дж. М., Бакли П. Р., Родригес Дж., Хартман Дж., Уилсон Т. С.. Прототип активируемого лазером устройства из полимерной пены с памятью формы для эмболического лечения аневризм.J Biomed Opt. 2007; 12: 030504. [PubMed] [Google Scholar] 4. Лендлейн А., Кельч С. Полимеры с памятью формы. Angew Chem Int Ed. 2002; 41: 2034–57. [PubMed] [Google Scholar] 5. Лендлейн А., Цзян Х., Юнгер О., Лангер Р. Светоиндуцированные полимеры с памятью формы. Природа. 2005; 434: 879–82. [PubMed] [Google Scholar] 6. Саху Н.Г., Юнг Ю.К., Гу Н.С., Чо Дж.В. Проводящие полиуретан-полипиррольные композиты с памятью формы для электроактивного исполнительного механизма. Macromol Mater Eng. 2005; 290: 1049–55. [Google Scholar] 7. Бакли П.Р., Маккинли Г.Х., Уилсон Т.С., Смолл В.Дж., Бенетт В.Дж., Берингер Дж.П., Макелфреш М.В., Мейтленд ди-джей.Индуктивно нагретый полимер с памятью формы для магнитного срабатывания медицинских устройств. IEEE Trans Biomed Eng. 2006. 53: 2075–83. [PubMed] [Google Scholar] 8. Ян Б., Хуанг В. М., Ли Ц., Ли Л. Влияние влаги на термомеханические свойства полиуретанового полимера с памятью формы. Полимер. 2006; 47: 1348–56. [Google Scholar] 9. Смолл В., Сингхал П., Уилсон Т.С., Мейтленд ди-джей. Биомедицинские применения термически активированных полимеров с памятью формы. J Mater Chem. 2010. 20: 3356–66. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 10.Бехл М., Раззак М.Ю., Лендлейн А. Многофункциональные полимеры с памятью формы. Adv Mater. 2010; 22: 3388–410. [PubMed] [Google Scholar] 11. Уилсон Т.С., Барингер Дж. П., Херберг Дж. Л., Марион Дж. Э., Райт В. Дж., Эванс К. Л., Мейтленд Д. Д.. Полимеры с памятью формы на основе однородных алифатических уретановых сеток. J Appl Polym Sci. 2007; 106: 540–51. [Google Scholar] 12. Хиерон К., Галл К., Уэр Т, Мейтленд ди-джей, Барингер Дж. П., Уилсон Т. С.. Постполимеризационные сшитые полиуретановые полимеры с памятью формы. J App Poly Sci. 2010; 121: 141–53. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 13.Volk BL, Lagoudas DC, Chen YC. Анализ реакции конечной деформации полимеров с памятью формы: II. 1D калибровка и численная реализация термоупругой модели конечной деформации. Smart Mater Struct. 2010; 19: 075006. [Google Scholar] 14. Тобуши Х., Хара Х., Ямада Э., Хаяши С. Термомеханические свойства тонкой пленки полимера с памятью формы из полиуретанового ряда. Smart Mater Struct. 1996; 5: 483–91. [Google Scholar] 15. Ян Б., Хуанг В. М., Ли К., Ли С. М., Ли Л. О влиянии влаги на полиуретановый полимер с памятью формы.Smart Mater Struct. 2004; 13: 191–5. [Google Scholar] 16. Сюй Б., Хуан В.М., Пей Ю.Т., Чен З.Г., Крафт А., Рубен Р., Де Хоссон Д.Т., Фу Ю. Механические свойства полиуретановых нанокомпозитов с памятью формы, армированных аттапульгитовой глиной. Eur Polym J. 2009; 45: 1904–11. [Google Scholar] 17. Претч Т., Якоб И., Мюллер В. Гидролитическая деградация и функциональная стабильность сегментированного поли (сложного эфира уретана) с памятью формы Polym Degrad Stab. 2009. 94: 61–73. [Google Scholar] 18. Эртель Г. Справочник по полиуретану. Нью-Йорк: Хансер; 1985 г.[Google Scholar] 19. Чжао Д., Литтл Джей Си, Кокс СС. Характеристика пенополиуретана как поглотителя или источника летучих органических соединений в воздухе помещений. J Environ Eng. 2004. 130: 983–89. [Google Scholar] 20. Бассирирад Х., Радин Дж. В., Мацуда К. Температурно-зависимые водные и ионные транспортные свойства корней ячменя и сорго: I. Взаимосвязь с ростом листьев. Plant Physiol. 1991; 97: 426–32. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 21. Авилес Ф., Агилар-Монтеро М. Поглощение влаги в композитных сэндвич-конструкциях с пенопластом.Polym Compos. 2010; 31: 714–22. [Google Scholar] 22. Лоос Альфред С., Спрингер Джордж С., Сандерс Барбара А., Тунг Р.В. Влагопоглощение композитов из полиэфирного стекла. J Compos Mater. 1980; 14: 142–54. [Google Scholar] 23. Лим Л.Т., Бритт И.Дж., Тунг М.А. Сорбция и перенос водяного пара в пленке нейлон 6,6. J Appl Polym Sci. 1999. 71: 197–206. [Google Scholar] 24. Йен F-S, Lin L-L, Hong J-L. Взаимодействие водородных связей между связями уретан-уретана и уретан-сложного эфира в жидкокристаллических макромолекулах поли (сложного эфира-уретана).1999; 32: 3068–79. [Google Scholar] 25. Маттиа Дж., Художник П. Сравнение водородной связи и порядка в полиуретане и поли (уретан-мочевине) и их смесях с макромолекулами поли (этиленгликоля). 2007; 40: 1546–54. [Google Scholar] 26. Yilgör E, Burgaz E, Yurtsever E, Yilgör I. Сравнение водородных связей в сополимерах уретана и мочевины на основе полидиметилсилоксана и полиэфира. Полимер. 2000; 41: 849–57. [Google Scholar] 27. Дхакал Х.Н., Чжан З.Й., Ричардсон Мау. Влияние водопоглощения на механические свойства ненасыщенных полиэфирных композитов, армированных пеньковым волокном.Compos Sci Technol. 2007. 67: 1674–83. [Google Scholar] 28. Volk BL, Lagoudas DC, Chen YC, Whitley KS. Анализ реакции конечной деформации полимеров с памятью формы: I. Термомеханические характеристики. Smart Mater Struct. 2010; 19: 075005. [Google Scholar]

Влияние поглощения влаги на физические свойства пенополиуретана с памятью формы

Smart Mater Struct. Авторская рукопись; доступно в PMC 2012 1 августа.

Опубликован в окончательной редакции как:

PMCID: PMC3176498

NIHMSID: NIHMS311079

Ya-Jen Yu

1 Департамент биомедицинской инженерии, Техасский университет A&M , TX, USA

Keith Hearon

1 Департамент биомедицинской инженерии, Техасский университет A&M, Колледж-Стейшн, Техас, США

Thomas S.Wilson

2 Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса, Ливермор, Калифорния, США

Дункан Дж. Мейтленд

1 Департамент биомедицинской инженерии, Техасский университет A&M, Колледж-Стейшн, Техас, США

2 Ливерморский национальный университет имени Лоуренса Лаборатория, Ливермор, Калифорния, США

1 Департамент биомедицинской инженерии, Техасский университет A&M, Колледж-Стейшн, Техас, США

2 Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса, Ливермор, Калифорния, США

См. Другие цитируемые статьи в PMC опубликованная статья.

Abstract

Исследовано влияние влагопоглощения на температуру стеклования ( T г ) и поведение при напряжении / деформации сетчатых пенополиуретанов с памятью формы (SMP). С нашей конечной целью разработки пенополиуретана SMP для использования в среде, контактирующей с кровью, мы исследовали влияние воздействия влаги на физические свойства пенополиуретана. Насколько нам известно, это исследование является первым, в котором изучается влияние поглощения влаги при различных уровнях влажности (без погружения и погружение) на физические свойства пенополиуретана SMP.Пены SMP подвергались воздействию различных уровней влажности в течение разного времени, и они показали максимальное водопоглощение 8,0% (по массе) после воздействия 100% относительной влажности в течение 96 часов. Результаты дифференциальной сканирующей калориметрии показали, что водопоглощение значительно снизило T г пены, при этом максимальное водопоглощение сместило T г с 67 ° C до 5 ° C. Образцы, которые были погружены в воду на 96 часов и сразу же подверглись испытанию на растяжение, показали 100% увеличение деформаций разрушения и уменьшение напряжений разрушения на 500%; однако во всех случаях воздействия времени и влажности эффект пластификации был обратимым при помещении образцов, насыщенных влагой, в среду с влажностью 40% на 24 часа.

1. Введение

Полимеры с памятью формы (SMP) — это интеллектуальные материалы, которые могут сохранять метастабильную геометрию или геометрию, а затем приводить в действие первичную геометрию после воздействия такого стимула, как тепло или влажность. Благодаря этой возможности SMP привлекают все большее внимание научного сообщества и предлагаются для многочисленных приложений в различных областях, от аэрокосмической до биомедицинской [1]. Пены SMP представляют особый интерес, потому что они демонстрируют большое объемное расширение при срабатывании [2].Raytheon в настоящее время изучает пеноматериалы SMP для применения в аэрокосмической отрасли, а биомедицинский имплант на основе пенопласта SMP разрабатывается для лечения аневризм [3]. Чистые SMP и пенопласты SMP могут быть изготовлены для реакции на определенные раздражители, такие как тепло [4], свет [5], электрические поля [6], магнитные поля [7] и влажность [8]. В настоящее время термочувствительные SMP получили наибольшее внимание для реализации в приложениях на основе устройств [9].

Традиционные термочувствительные двухформные SMP нагреваются выше температуры перехода, T trans , деформируются и затем охлаждаются ниже T trans для фиксации вторичной геометрии.Вторичная геометрия сохраняется, потому что термодинамические барьеры не позволяют полимерным цепям расслабляться и возвращаться в исходное состояние с более высокой энтропией, которое цепи автоматически принимают во время начальной полимеризации или обработки. T trans может быть температурой стеклования ( T г ), температурой расплава кристаллов ( T m ) или другой температурой перехода [4]. После нагрева выше T trans деформированный SMP возвращается в свое высокоэнтропийное состояние, которое является исходной геометрией.На молекулярном уровне сетевые точки, такие как ковалентные сшивки, кристаллические фазы и переплетения цепей, повышают целостность системы SMP, не позволяя полимерным цепям скользить мимо друг друга, пока полимер нагревается выше T trans [10].

Предыдущие исследования полиуретановых SMP были сосредоточены на синтезе [11–12], структурном моделировании [13], термомеханических характеристиках [14] и влиянии влажности [15]. В частности, Ян исследовал влияние поглощения влаги на температуру стеклования и соответствующее поведение напряженно-деформированного состояния чистых полиуретановых SMP.Исследования Янга показали, что поглощенная вода в полиуретанах делится на две категории: связанная вода и свободная вода. Связанная вода, которая действует как пластификатор, занимая участки водородных связей между межцепочечными карбаматными группами N-H и C = O, значительно снижает T г и, следовательно, значительно изменяет поведение при напряжении и деформации. С другой стороны, свободная вода имеет гораздо меньший пластифицирующий эффект для полиуретанов.

Хотя исследования Янга и другие эффективно охарактеризовали влияние поглощения влаги на термические и термомеханические свойства уретановых SMP [16-17], эти исследования были ограничены чистыми полиуретановыми SMP.Исследования, связанные с воздействием влаги на пенополиуретаны, изучали скорость диффузии влаги и изменения механических свойств [18–19]; однако влияние поглощения влаги на свойства памяти формы пенополиуретана еще предстоит оценить.

В этом исследовании мы оценили влияние поглощения влаги на T г и поведение при напряжении / деформации пенополиуретанов SMP, изготовленных из уретановой композиции SMP, описанной в Wilson 2007 [11].Поглощение влаги при различных температурах и уровнях влажности измеряли с помощью термогравиметрического анализа (ТГА) и анализа массового отношения. Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR) использовалась для анализа взаимодействий абсорбированной воды с пенополиуретаном. Вызванные влагой эффекты T г измеряли с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC), а влияние поглощения воды на поведение напряжения / деформации и памяти формы пен оценивали с помощью экспериментов по деформации до разрушения и восстановлению свободной деформации.

2. Экспериментальная

2.1. Синтез пенополиуретана и подготовка образцов

Пенополиуретан SMP был приготовлен на основе методики, разработанной доктором Томасом С. Уилсоном из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса. Форполимеры были изготовлены из гексаметилендиизоцианата (HDI, 98%, TCI America), N, N, N ‘, N’-тетракис (2-гидроксипропил) этилендиамина (HPED, 98%, TCI America) и триэтаноламина (TEA, 99% , Сигма-Олдрич). Пены были составлены из форполимеров путем добавления следующих поверхностно-активных веществ, катализаторов и вспенивающих агентов в скоростном смесителе Flackteck 150 DAC в течение 15 с при 3400 об / мин: DC-5179 (Air Products), DC-I990 (Air Products), T131 (Air Products), BL-22 (Air Products), деионизированная вода и Enovate (Honeywell Corp.) Для вспенивания использовали общее отношение NCO / OH 1,05.

После подготовки образца пенополиуретан сушили при 90 ° C в течение 12 часов при давлении 1 торр для удаления остаточной влаги. Затем образцы помещали в климатическую камеру CSZ MCBH-1.2-.33-.33-H / AC при контролируемой температуре 25 ° C и контролируемой влажности 40%, 60% и 80% в течение периодов времени 0,5. ч, 1 ч, 2 ч, 3 ч, 4 ч, 5 ч, 6 ч, 12 ч, 24 ч, 48 ч и 96 ч. Для приготовления образцов при влажности 100% образцы погружали в водяную баню при контрольных температурах 25 ° C или 37 ° C на периоды времени 12 ч, 24 ч, 48 ч и 96 ч.

2.2. Характеристика

2.2.1. Поглощение влаги

Анализ ТГА использовали для измерения водопоглощения образцов, подвергшихся воздействию различной влажности в течение периодов времени 12, 24, 48 и 96 часов. ТГА проводили на образцах 10–15 мг на термогравиметрическом анализаторе TA Instruments Q80. Образцы ТГА, испытанные в трех экземплярах, нагревали от 30 ° C до 400 ° C со скоростью 10 ° C / мин. Чтобы точно оценить время, необходимое пенам для достижения насыщения влагой при каждом уровне влажности, второй набор образцов пен был подвергнут анализу массового соотношения.Были собраны пять образцов каждого образца, подвергнутые воздействию различных уровней влажности в течение 0,5 ч, 1 ч, 2 ч, 3 ч, 4 ч, 5 ч и 6 ч, и повторно собраны сразу после извлечения из климатической камеры.

2.2.2. Сдвиг температуры стеклования

ДСК эксперименты проводили с использованием дифференциального сканирующего калориметра TA Instruments Q200 от -40 ° C до 80 ° C со скоростью 10 ° C / мин на образцах 5–10 мг для оценки влияния поглощения влаги на T г . Чтобы определить, является ли сдвиг T g обратимым, образцы, которые подвергались воздействию различных уровней влажности в течение 96 часов, помещали обратно в климатическую камеру при влажности 40% на 1 день, 2 дня и 5 дней, после чего Эксперименты DSC проводили с использованием тех же экспериментальных процедур, которые описаны выше.

2.2.3. Сдвиг инфракрасной полосы

Взаимодействия между абсорбированными молекулами воды и связанными водородом группами N-H и C = O анализировали с использованием спектрометра Bruker Tensor 27 FTIR. Контрольный образец пены, который не подвергался воздействию влаги, был использован в дополнение к увлажненным образцам. Спектры FTIR были получены путем усреднения 150 сканирований с разрешением 4 см -1 и диапазоном волновых чисел от 600 см -1 до 4000 см -1 . Чтобы определить, являются ли сдвиги в ИК-спектрах обратимыми, образцы, которые подвергались воздействию различных уровней влажности в течение 96 часов, помещали обратно в климатическую камеру при влажности 40% на 1 день, 2 дня и 5 дней, после чего проводили эксперименты с FTIR. были проведены с теми же экспериментальными процедурами, описанными выше.

2.2.4. Поведение при напряжении / деформации

Эксперименты по деформации до разрушения были проведены на образцах пенополиуретана размером 60 x 15 x 6 мм с использованием универсального тестера на растяжение MTS Insight 30. В соответствии со стандартным методом испытаний свойств пластмасс на растяжение ASTM D638 образцы помещали в эпоксидные блоки и подвергали воздействию различных уровней влажности в течение 96 часов. Затем эти образцы были немедленно подвергнуты экспериментам по деформации до разрушения при постоянной скорости деформации 50 мм / мин при 25 ° C.Чтобы определить, являются ли вызванные влажностью изменения в поведении напряжения-деформации обратимыми, образцы, которые подвергались воздействию различных уровней влажности в течение 96 часов, были помещены обратно в климатическую камеру при влажности 40% на 1 день, после чего были проведены эксперименты по деформации до отказа. Выполните те же экспериментальные процедуры, которые описаны выше.

2.2.5. Эффект памяти формы

Эксперименты по восстановлению свободной деформации проводили на образцах пенополиуретана размером 60 x 15 x 6 мм в универсальном тестере на растяжение MTS Insight 30 с термокамерой.В соответствии со стандартным методом испытаний пенополиуретана ASTM D3574-08 образцы устанавливали на эпоксидные блоки и подвергали воздействию 100% влажности в течение 96 часов (один образец при 25 ° C, а другой — при 37 ° C). Затем образцы захватывали в приборе для испытания на растяжение, нагревали до 80 ° C со скоростью 1 ° C / мин и растягивали до 15%, 25% и 35%. Затем деформированные образцы охлаждали до 25 ° C со скоростью 1 ° C / мин для фиксации соответствующих деформаций. Затем для восстановления свободной деформации днища образцов разжимали внутри термокамеры, и образцы нагревали до 80 ° C со скоростью 1 ° C / мин для определения восстанавливаемой деформации, которую измеряли с помощью лазерного экстензометра.Процент извлекаемой деформации или коэффициент извлечения рассчитывается в соответствии с уравнением (1),

Коэффициент извлечения = извлеченная длина / начальная длина × 100

(1)

3. Результаты и обсуждение

3.1. Поглощение влаги

Результаты процентного поглощения влаги, измеренного с помощью ТГА и анализа массового отношения, представлены в и, соответственно. При относительной влажности 40%, 60% и 80% влагопоглощение увеличивалось с увеличением времени воздействия влажности до 6 часов, после чего оно обычно оставалось постоянным.Для образцов, подвергшихся воздействию 100% влажности (т.е. погружению в воду), достижение максимального водопоглощения заняло больше времени. Как показано, максимальное водопоглощение через 96 ч при 25 ° C в среде с относительной влажностью 100% составляло 8%, и это значение существенно не изменилось, когда температура в климатической камере была увеличена до 37 ° C. Однако повышение температуры действительно увеличивало скорость поглощения влаги [20], как показано. Образец 37 ° C достиг максимального водопоглощения через 20 часов, в то время как образец 25 ° C не достиг максимального поглощения воды до 96 часов.Как и ожидалось, уровни влагопоглощения и влагонасыщения зависели от времени воздействия влаги, уровня влажности и температуры. Наши результаты доказывают, что насыщение влагой зависит от уровня влажности окружающей среды: чем выше уровень влажности, тем больше возможное поглощение воды [21].

Влияние времени воздействия влажности на поглощение влаги, измеренное с помощью ТГА.

Влияние времени воздействия влажности на время воздействия влаги, измеренное с помощью анализа массового отношения.

и показывают, что влагопоглощение при погружении в воду отличается от водопоглощения без погружения. Несмотря на то, что климатическая камера обеспечивает 100% влажность, поглощение 100% влажности не эквивалентно погружению в воду. Наши результаты согласуются с данными Loos et al., Которые показали, что различное воздействие окружающей среды влияет на поведение поглощения воды [22].

3.2. Сдвиг температуры стеклования

Температуры стеклования всех образцов снизились при поглощении влаги, как показано на рис.Через 12 часов пены T г обычно выходили на плато. Максимальное смещение T г произошло для пен со 100% влажностью (как 25 ° C, так и 37 ° C), где T г упало с 67 ° C до 5 ° C через 96 часов. Воздействие влаги на T г было обратимым, как показано на. Образцы, которые подвергались воздействию влажности в течение 96 часов, а затем помещались в климатическую камеру с влажностью 40%, демонстрировали значительную потерю влаги через 1 день.Поглощенная влага для всех образцов была примерно одинаковой через сутки (2,2%). Это значение 2,2% соответствует начальному значению поглощенной влаги для пеноматериала, подвергающегося воздействию относительной влажности 40%, которое нанесено на график. Эта потеря влаги сопровождалась увеличением T г : после помещения в климатическую камеру при влажности 40% на один день значения T г для всех образцов увеличились примерно до того же значения: 42 ° C, значение T г для исходной пены, подвергшейся воздействию влажности 40%, которая нанесена на график.

Эффект влагопоглощения Т г .

Влияние контролируемой влажности на обратимое T г .

3.3. Сдвиг инфракрасной полосы

Контрольный образец пены, который не подвергался воздействию влаги, показал пик интенсивности растяжения связующего N-H при 3307 см -1 . Как показано, пики интенсивности растяжения N-H связи были смещены как в сторону более высоких волновых чисел, так и в сторону большей интенсивности с увеличением поглощения влаги, при этом образцы со 100% влажностью демонстрируют пики интенсивности растяжения N-H при приблизительно 3332 см -1 .показывает влияние поглощенной влаги на пики интенсивности растяжения карбамата и мочевины C = O, которые возникают при 1687 см, -1, и 1647 см, -1, , соответственно. Хотя повышенное содержание воды привело к увеличению интенсивности соответствующих пиков C = O, наблюдаемых сдвигов волнового числа не произошло.

FTIR-спектры области растяжения N-H пенополиуретана с различными уровнями водопоглощения.

FTIR-спектры области растяжения C = O пенополиуретана с различными уровнями водопоглощения.

В пенополиуретане, не содержащем влаги, водородная связь возникает между карбаматными группами N-H и C = O. После поглощения влаги водороды в молекулах воды могут образовывать водородные мостики между двумя карбаматными C = O группами или занимать места водородных связей в карбаматных N-H группах [23]. Водородные связи, образованные с группами N-H, вызывают увеличение интенсивности инфракрасных полос N-H и переход к более высоким волновым числам. Такое поведение проявляется в ИК-спектрах наших пенополиуретанов SMP.Напротив, водородные связи, образованные с группами C = O, вызывают увеличение интенсивности инфракрасных полос C = O и смещение к более низким волновым числам [24]. Хотя наши пены демонстрируют повышенную интенсивность пиков карбамата C = O с увеличением поглощения влаги, заметного сдвига волнового числа не наблюдалось.

Одно из возможных объяснений такого поведения заключается в том, что химическая структура пенополиуретана, охарактеризованная в этой работе, значительно отличается от таковой других уретанов: нет традиционных твердых и мягких сегментов.Кроме того, наш процесс вспенивания включает добавление воды, что приводит к увеличению содержания мочевины и еще большему взаимодействию водородных связей. Пены полностью состоят из диизоцианатов с длиной 6 атомов углерода и низкомолекулярных три- и тетрафункциональных спиртов, поэтому отношение карбаматных и мочевинных связей к общему количеству молекул в полимере намного выше, чем у SMP с олигомерный мягкий сегмент. Поскольку каждая карбаматная связь имеет два участка водородных связей (C = O и N-H; три в случае связей мочевины), наши пены имеют значительно больше участков водородных связей, чем полиуретан, например, с полиэтиленоксидом или мягким сегментом полибутадиена.Уретан и мочевина в этом исследовании могли иметь такое большое количество связанных карбонилов до поглощения влаги, что даже после максимального поглощения влаги не могло быть заметного изменения волнового числа. Эта теория также может объяснить, почему в нашем ИК-спектре нет явных пиков свободных карбонилов. Поскольку связанные карбонильные пики значительно шире, чем свободные карбонильные пики, возможно, что широта и интенсивность связанных карбонильных пиков делает невозможным наблюдение свободных карбонильных пиков [25–26].

Мы обнаружили, что вызванные влажностью сдвиги пиков N-H в пике ИК-спектра являются обратимыми. Ян и др. продемонстрировали такую ​​обратимость, отогнав поглощенную влагу путем нагрева образцов полиуретана [8]. Мы продемонстрировали аналогичный эффект, поместив образцы, насыщенные влагой, в среду с более низкой влажностью (влажность 40%). Пики N-H смещаются обратно к 3307 см, -1, , а пики C = O смещаются обратно к более низким интенсивностям после воздействия влажности 40% при 25 ° C (данные не показаны).Хотя кажется, что влага испаряется из наших пен относительно легко (Ян и др. Нагревали чистый полиуретан при разных температурах, чтобы отогнать влагу), это наблюдение не обязательно указывает на то, что в нашем уретане существуют более слабые взаимодействия водородных связей, чем в других уретанах. Пенополиуретан имеет значительно большую площадь поверхности, чем чистые уретановые пленки, поэтому значительное испарение влаги из пен может быть просто результатом увеличения площади поверхности.

3.4. Поведение при напряжении / деформации

Данные испытаний на растяжение для всех образцов представлены в. Результаты деформации до разрушения показали, что поглощенная влага значительно пластифицирует пенополиуретан [27], хотя этот эффект пластификации оказался обратимым. Образцы, которые были подвергнуты воздействию различной влажности, а затем помещены в комнатную температуру на 1 день, показали деформации разрушения порядка 20% и напряжения разрушения порядка 50 кПа. Образцы подвергали воздействию 100% влажности, а затем сразу же испытывали в течение 1 часа, обнаружив деформации разрушения порядка 30–40% и напряжения разрушения порядка 15 кПа.Аналогичные тенденции наблюдались и для значений модуля Юнга. Типичная кривая напряжения-деформации для пенополиуретана показана на рис. представляющие собой молекулы воды, действующие как пластификатор. Эта пластификация увеличивает разрывную деформацию и снижает напряжение разрушения и модуль Юнга. Наблюдаемый эффект пластификации соответствовал результатам исследований Янга по влиянию влаги на поведение при напряжении / деформации чистых полиуретанов.

Типичная кривая растяжения для пенополиуретана в.

(Пена № 1: водопоглощение в течение 96 часов при 37 ° C после испытания; Пена № 2: такой же тестовый запуск через 24 часа при комнатной температуре, приблизительно 20 ° C и относительной влажности 40% на протяжении всего испытания.)

Таблица 1

Разрывная деформация (%) Предел прочности на разрыв (кПа) Модуль упругости (кПа)
25 ° C-40% H-96h-24h STP * 21 ± 7 52 ± 11 281 ± 117
25 ° C-60% H-96h-24h STP * 18 ± 5 50 ± 12 282 ± 56
25 ° C-80% H-96ч-24ч STP * 18 ± 6 43 ± 13 275 ± 143
25 ° C-100% H-96ч-24ч STP * 23 ± 5 55 ± 13 247 ± 77
37 ° C-100% H-96h-24h STP * 21 ± 6 43 ± 11 226 ± 108
25 ° C-100% H-96h 31 ± 1 17 ± 1 52 ± 2
37 ° C-100% H-96h 41 ± 12 14 ± 5 ​​ 35 ± 13

3.5. Эффект памяти формы

Результаты восстановления свободной деформации для образцов, подвергшихся воздействию 100% влажности при 37 ° C в течение 96 часов, представлены в. Для штаммов 15% и 25% наблюдаемый коэффициент восстановления составлял приблизительно 95%. Для 35% штаммов коэффициент извлечения снизился до 87%. Так как пенополиуретаны, охарактеризованные в этой работе, были сильно сшитыми, даже деформации до 35% могли привести к локализованным постоянным деформациям и разрушению ячеек пенопласта [28].

4. Выводы

Водопоглощение полиуретановых пен SMP, охарактеризованных в этой работе, увеличивалось с увеличением времени воздействия влажности, повышенной влажности и повышенной температуры.Максимальное водопоглощение составило 8%, что произошло после выдержки в 100% влажности в течение 96 часов при комнатной температуре и 20 часов при 37 ° C. При влажности менее или равной 80% насыщение влагой наступало через 6 часов.

T г пенополиуретана уменьшилось при поглощении влаги, и максимальный сдвиг с 67 ° C на 5 ° C произошел после 8% поглощения воды. Этот сдвиг T г повлиял на переход от стеклообразного к вязкоупругому поведению, когда пенопласт SMP подвергали испытанию на растяжение при 25 ° C.Как сдвиги T g , так и результирующие изменения механического поведения были обратимыми после помещения пен в среду с влажностью 40% на 24 часа.

Кривая растяжения показывает, что молекулы воды проникают во внутреннюю структуру пенополиуретана, действуя как пластификатор. Молекулы воды образуют водородные связи между группами N-H и C = O, разрывая исходные водородные связи, позволяя полимерным цепям свободно перемещаться и тем самым увеличивая разрывную деформацию и уменьшая напряжение разрушения и модуль Юнга.

Коэффициенты извлечения, приближающиеся к 100% для образцов, деформированных до 25% или менее, демонстрируют, что пенопласты SMP, описанные в этой работе, потенциально полезны для приложений, где необходимо полное восстановление деформации при растяжении.

Благодарности

Мы благодарим Аманду Коннор и Брента Волка за обсуждение и техническую поддержку. Эта работа была поддержана Национальным институтом здравоохранения / Национальным институтом биомедицинской визуализации и биоинженерии, грант R01EB000462 и частично выполнена под эгидой U.S. Министерство энергетики Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса по контракту DE-AC52-07NA27344.

Ссылки

1. Бель М., Лендлейн А. Полимеры с памятью формы. Mater Today. 2007; 10: 20–28. [Google Scholar] 2. Хуан ВМ, Ли CW, Тео ХП. Термомеханическое поведение пенополиуретана с памятью формы. J Intell Mater Syst Struct. 2006; 17: 753–60. [Google Scholar] 3. Мэйтленд Диджей, Смолл В., Ортега Дж. М., Бакли П. Р., Родригес Дж., Хартман Дж., Уилсон Т. С.. Прототип активируемого лазером устройства из полимерной пены с памятью формы для эмболического лечения аневризм.J Biomed Opt. 2007; 12: 030504. [PubMed] [Google Scholar] 4. Лендлейн А., Кельч С. Полимеры с памятью формы. Angew Chem Int Ed. 2002; 41: 2034–57. [PubMed] [Google Scholar] 5. Лендлейн А., Цзян Х., Юнгер О., Лангер Р. Светоиндуцированные полимеры с памятью формы. Природа. 2005; 434: 879–82. [PubMed] [Google Scholar] 6. Саху Н.Г., Юнг Ю.К., Гу Н.С., Чо Дж.В. Проводящие полиуретан-полипиррольные композиты с памятью формы для электроактивного исполнительного механизма. Macromol Mater Eng. 2005; 290: 1049–55. [Google Scholar] 7. Бакли П.Р., Маккинли Г.Х., Уилсон Т.С., Смолл В.Дж., Бенетт В.Дж., Берингер Дж.П., Макелфреш М.В., Мейтленд ди-джей.Индуктивно нагретый полимер с памятью формы для магнитного срабатывания медицинских устройств. IEEE Trans Biomed Eng. 2006. 53: 2075–83. [PubMed] [Google Scholar] 8. Ян Б., Хуанг В. М., Ли Ц., Ли Л. Влияние влаги на термомеханические свойства полиуретанового полимера с памятью формы. Полимер. 2006; 47: 1348–56. [Google Scholar] 9. Смолл В., Сингхал П., Уилсон Т.С., Мейтленд ди-джей. Биомедицинские применения термически активированных полимеров с памятью формы. J Mater Chem. 2010. 20: 3356–66. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 10.Бехл М., Раззак М.Ю., Лендлейн А. Многофункциональные полимеры с памятью формы. Adv Mater. 2010; 22: 3388–410. [PubMed] [Google Scholar] 11. Уилсон Т.С., Барингер Дж. П., Херберг Дж. Л., Марион Дж. Э., Райт В. Дж., Эванс К. Л., Мейтленд Д. Д.. Полимеры с памятью формы на основе однородных алифатических уретановых сеток. J Appl Polym Sci. 2007; 106: 540–51. [Google Scholar] 12. Хиерон К., Галл К., Уэр Т, Мейтленд ди-джей, Барингер Дж. П., Уилсон Т. С.. Постполимеризационные сшитые полиуретановые полимеры с памятью формы. J App Poly Sci. 2010; 121: 141–53. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 13.Volk BL, Lagoudas DC, Chen YC. Анализ реакции конечной деформации полимеров с памятью формы: II. 1D калибровка и численная реализация термоупругой модели конечной деформации. Smart Mater Struct. 2010; 19: 075006. [Google Scholar] 14. Тобуши Х., Хара Х., Ямада Э., Хаяши С. Термомеханические свойства тонкой пленки полимера с памятью формы из полиуретанового ряда. Smart Mater Struct. 1996; 5: 483–91. [Google Scholar] 15. Ян Б., Хуанг В. М., Ли К., Ли С. М., Ли Л. О влиянии влаги на полиуретановый полимер с памятью формы.Smart Mater Struct. 2004; 13: 191–5. [Google Scholar] 16. Сюй Б., Хуан В.М., Пей Ю.Т., Чен З.Г., Крафт А., Рубен Р., Де Хоссон Д.Т., Фу Ю. Механические свойства полиуретановых нанокомпозитов с памятью формы, армированных аттапульгитовой глиной. Eur Polym J. 2009; 45: 1904–11. [Google Scholar] 17. Претч Т., Якоб И., Мюллер В. Гидролитическая деградация и функциональная стабильность сегментированного поли (сложного эфира уретана) с памятью формы Polym Degrad Stab. 2009. 94: 61–73. [Google Scholar] 18. Эртель Г. Справочник по полиуретану. Нью-Йорк: Хансер; 1985 г.[Google Scholar] 19. Чжао Д., Литтл Джей Си, Кокс СС. Характеристика пенополиуретана как поглотителя или источника летучих органических соединений в воздухе помещений. J Environ Eng. 2004. 130: 983–89. [Google Scholar] 20. Бассирирад Х., Радин Дж. В., Мацуда К. Температурно-зависимые водные и ионные транспортные свойства корней ячменя и сорго: I. Взаимосвязь с ростом листьев. Plant Physiol. 1991; 97: 426–32. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 21. Авилес Ф., Агилар-Монтеро М. Поглощение влаги в композитных сэндвич-конструкциях с пенопластом.Polym Compos. 2010; 31: 714–22. [Google Scholar] 22. Лоос Альфред С., Спрингер Джордж С., Сандерс Барбара А., Тунг Р.В. Влагопоглощение композитов из полиэфирного стекла. J Compos Mater. 1980; 14: 142–54. [Google Scholar] 23. Лим Л.Т., Бритт И.Дж., Тунг М.А. Сорбция и перенос водяного пара в пленке нейлон 6,6. J Appl Polym Sci. 1999. 71: 197–206. [Google Scholar] 24. Йен F-S, Lin L-L, Hong J-L. Взаимодействие водородных связей между связями уретан-уретана и уретан-сложного эфира в жидкокристаллических макромолекулах поли (сложного эфира-уретана).1999; 32: 3068–79. [Google Scholar] 25. Маттиа Дж., Художник П. Сравнение водородной связи и порядка в полиуретане и поли (уретан-мочевине) и их смесях с макромолекулами поли (этиленгликоля). 2007; 40: 1546–54. [Google Scholar] 26. Yilgör E, Burgaz E, Yurtsever E, Yilgör I. Сравнение водородных связей в сополимерах уретана и мочевины на основе полидиметилсилоксана и полиэфира. Полимер. 2000; 41: 849–57. [Google Scholar] 27. Дхакал Х.Н., Чжан З.Й., Ричардсон Мау. Влияние водопоглощения на механические свойства ненасыщенных полиэфирных композитов, армированных пеньковым волокном.Compos Sci Technol. 2007. 67: 1674–83. [Google Scholar] 28. Volk BL, Lagoudas DC, Chen YC, Whitley KS. Анализ реакции конечной деформации полимеров с памятью формы: I. Термомеханические характеристики. Smart Mater Struct. 2010; 19: 075005. [Google Scholar]

Влияние поглощения влаги на физические свойства пенополиуретана с памятью формы

Smart Mater Struct. Авторская рукопись; доступно в PMC 2012 1 августа.

Опубликован в окончательной редакции как:

PMCID: PMC3176498

NIHMSID: NIHMS311079

Ya-Jen Yu

1 Департамент биомедицинской инженерии, Техасский университет A&M , TX, USA

Keith Hearon

1 Департамент биомедицинской инженерии, Техасский университет A&M, Колледж-Стейшн, Техас, США

Thomas S.Wilson

2 Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса, Ливермор, Калифорния, США

Дункан Дж. Мейтленд

1 Департамент биомедицинской инженерии, Техасский университет A&M, Колледж-Стейшн, Техас, США

2 Ливерморский национальный университет имени Лоуренса Лаборатория, Ливермор, Калифорния, США

1 Департамент биомедицинской инженерии, Техасский университет A&M, Колледж-Стейшн, Техас, США

2 Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса, Ливермор, Калифорния, США

См. Другие цитируемые статьи в PMC опубликованная статья.

Abstract

Исследовано влияние влагопоглощения на температуру стеклования ( T г ) и поведение при напряжении / деформации сетчатых пенополиуретанов с памятью формы (SMP). С нашей конечной целью разработки пенополиуретана SMP для использования в среде, контактирующей с кровью, мы исследовали влияние воздействия влаги на физические свойства пенополиуретана. Насколько нам известно, это исследование является первым, в котором изучается влияние поглощения влаги при различных уровнях влажности (без погружения и погружение) на физические свойства пенополиуретана SMP.Пены SMP подвергались воздействию различных уровней влажности в течение разного времени, и они показали максимальное водопоглощение 8,0% (по массе) после воздействия 100% относительной влажности в течение 96 часов. Результаты дифференциальной сканирующей калориметрии показали, что водопоглощение значительно снизило T г пены, при этом максимальное водопоглощение сместило T г с 67 ° C до 5 ° C. Образцы, которые были погружены в воду на 96 часов и сразу же подверглись испытанию на растяжение, показали 100% увеличение деформаций разрушения и уменьшение напряжений разрушения на 500%; однако во всех случаях воздействия времени и влажности эффект пластификации был обратимым при помещении образцов, насыщенных влагой, в среду с влажностью 40% на 24 часа.

1. Введение

Полимеры с памятью формы (SMP) — это интеллектуальные материалы, которые могут сохранять метастабильную геометрию или геометрию, а затем приводить в действие первичную геометрию после воздействия такого стимула, как тепло или влажность. Благодаря этой возможности SMP привлекают все большее внимание научного сообщества и предлагаются для многочисленных приложений в различных областях, от аэрокосмической до биомедицинской [1]. Пены SMP представляют особый интерес, потому что они демонстрируют большое объемное расширение при срабатывании [2].Raytheon в настоящее время изучает пеноматериалы SMP для применения в аэрокосмической отрасли, а биомедицинский имплант на основе пенопласта SMP разрабатывается для лечения аневризм [3]. Чистые SMP и пенопласты SMP могут быть изготовлены для реакции на определенные раздражители, такие как тепло [4], свет [5], электрические поля [6], магнитные поля [7] и влажность [8]. В настоящее время термочувствительные SMP получили наибольшее внимание для реализации в приложениях на основе устройств [9].

Традиционные термочувствительные двухформные SMP нагреваются выше температуры перехода, T trans , деформируются и затем охлаждаются ниже T trans для фиксации вторичной геометрии.Вторичная геометрия сохраняется, потому что термодинамические барьеры не позволяют полимерным цепям расслабляться и возвращаться в исходное состояние с более высокой энтропией, которое цепи автоматически принимают во время начальной полимеризации или обработки. T trans может быть температурой стеклования ( T г ), температурой расплава кристаллов ( T m ) или другой температурой перехода [4]. После нагрева выше T trans деформированный SMP возвращается в свое высокоэнтропийное состояние, которое является исходной геометрией.На молекулярном уровне сетевые точки, такие как ковалентные сшивки, кристаллические фазы и переплетения цепей, повышают целостность системы SMP, не позволяя полимерным цепям скользить мимо друг друга, пока полимер нагревается выше T trans [10].

Предыдущие исследования полиуретановых SMP были сосредоточены на синтезе [11–12], структурном моделировании [13], термомеханических характеристиках [14] и влиянии влажности [15]. В частности, Ян исследовал влияние поглощения влаги на температуру стеклования и соответствующее поведение напряженно-деформированного состояния чистых полиуретановых SMP.Исследования Янга показали, что поглощенная вода в полиуретанах делится на две категории: связанная вода и свободная вода. Связанная вода, которая действует как пластификатор, занимая участки водородных связей между межцепочечными карбаматными группами N-H и C = O, значительно снижает T г и, следовательно, значительно изменяет поведение при напряжении и деформации. С другой стороны, свободная вода имеет гораздо меньший пластифицирующий эффект для полиуретанов.

Хотя исследования Янга и другие эффективно охарактеризовали влияние поглощения влаги на термические и термомеханические свойства уретановых SMP [16-17], эти исследования были ограничены чистыми полиуретановыми SMP.Исследования, связанные с воздействием влаги на пенополиуретаны, изучали скорость диффузии влаги и изменения механических свойств [18–19]; однако влияние поглощения влаги на свойства памяти формы пенополиуретана еще предстоит оценить.

В этом исследовании мы оценили влияние поглощения влаги на T г и поведение при напряжении / деформации пенополиуретанов SMP, изготовленных из уретановой композиции SMP, описанной в Wilson 2007 [11].Поглощение влаги при различных температурах и уровнях влажности измеряли с помощью термогравиметрического анализа (ТГА) и анализа массового отношения. Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR) использовалась для анализа взаимодействий абсорбированной воды с пенополиуретаном. Вызванные влагой эффекты T г измеряли с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC), а влияние поглощения воды на поведение напряжения / деформации и памяти формы пен оценивали с помощью экспериментов по деформации до разрушения и восстановлению свободной деформации.

2. Экспериментальная

2.1. Синтез пенополиуретана и подготовка образцов

Пенополиуретан SMP был приготовлен на основе методики, разработанной доктором Томасом С. Уилсоном из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса. Форполимеры были изготовлены из гексаметилендиизоцианата (HDI, 98%, TCI America), N, N, N ‘, N’-тетракис (2-гидроксипропил) этилендиамина (HPED, 98%, TCI America) и триэтаноламина (TEA, 99% , Сигма-Олдрич). Пены были составлены из форполимеров путем добавления следующих поверхностно-активных веществ, катализаторов и вспенивающих агентов в скоростном смесителе Flackteck 150 DAC в течение 15 с при 3400 об / мин: DC-5179 (Air Products), DC-I990 (Air Products), T131 (Air Products), BL-22 (Air Products), деионизированная вода и Enovate (Honeywell Corp.) Для вспенивания использовали общее отношение NCO / OH 1,05.

После подготовки образца пенополиуретан сушили при 90 ° C в течение 12 часов при давлении 1 торр для удаления остаточной влаги. Затем образцы помещали в климатическую камеру CSZ MCBH-1.2-.33-.33-H / AC при контролируемой температуре 25 ° C и контролируемой влажности 40%, 60% и 80% в течение периодов времени 0,5. ч, 1 ч, 2 ч, 3 ч, 4 ч, 5 ч, 6 ч, 12 ч, 24 ч, 48 ч и 96 ч. Для приготовления образцов при влажности 100% образцы погружали в водяную баню при контрольных температурах 25 ° C или 37 ° C на периоды времени 12 ч, 24 ч, 48 ч и 96 ч.

2.2. Характеристика

2.2.1. Поглощение влаги

Анализ ТГА использовали для измерения водопоглощения образцов, подвергшихся воздействию различной влажности в течение периодов времени 12, 24, 48 и 96 часов. ТГА проводили на образцах 10–15 мг на термогравиметрическом анализаторе TA Instruments Q80. Образцы ТГА, испытанные в трех экземплярах, нагревали от 30 ° C до 400 ° C со скоростью 10 ° C / мин. Чтобы точно оценить время, необходимое пенам для достижения насыщения влагой при каждом уровне влажности, второй набор образцов пен был подвергнут анализу массового соотношения.Были собраны пять образцов каждого образца, подвергнутые воздействию различных уровней влажности в течение 0,5 ч, 1 ч, 2 ч, 3 ч, 4 ч, 5 ч и 6 ч, и повторно собраны сразу после извлечения из климатической камеры.

2.2.2. Сдвиг температуры стеклования

ДСК эксперименты проводили с использованием дифференциального сканирующего калориметра TA Instruments Q200 от -40 ° C до 80 ° C со скоростью 10 ° C / мин на образцах 5–10 мг для оценки влияния поглощения влаги на T г . Чтобы определить, является ли сдвиг T g обратимым, образцы, которые подвергались воздействию различных уровней влажности в течение 96 часов, помещали обратно в климатическую камеру при влажности 40% на 1 день, 2 дня и 5 дней, после чего Эксперименты DSC проводили с использованием тех же экспериментальных процедур, которые описаны выше.

2.2.3. Сдвиг инфракрасной полосы

Взаимодействия между абсорбированными молекулами воды и связанными водородом группами N-H и C = O анализировали с использованием спектрометра Bruker Tensor 27 FTIR. Контрольный образец пены, который не подвергался воздействию влаги, был использован в дополнение к увлажненным образцам. Спектры FTIR были получены путем усреднения 150 сканирований с разрешением 4 см -1 и диапазоном волновых чисел от 600 см -1 до 4000 см -1 . Чтобы определить, являются ли сдвиги в ИК-спектрах обратимыми, образцы, которые подвергались воздействию различных уровней влажности в течение 96 часов, помещали обратно в климатическую камеру при влажности 40% на 1 день, 2 дня и 5 дней, после чего проводили эксперименты с FTIR. были проведены с теми же экспериментальными процедурами, описанными выше.

2.2.4. Поведение при напряжении / деформации

Эксперименты по деформации до разрушения были проведены на образцах пенополиуретана размером 60 x 15 x 6 мм с использованием универсального тестера на растяжение MTS Insight 30. В соответствии со стандартным методом испытаний свойств пластмасс на растяжение ASTM D638 образцы помещали в эпоксидные блоки и подвергали воздействию различных уровней влажности в течение 96 часов. Затем эти образцы были немедленно подвергнуты экспериментам по деформации до разрушения при постоянной скорости деформации 50 мм / мин при 25 ° C.Чтобы определить, являются ли вызванные влажностью изменения в поведении напряжения-деформации обратимыми, образцы, которые подвергались воздействию различных уровней влажности в течение 96 часов, были помещены обратно в климатическую камеру при влажности 40% на 1 день, после чего были проведены эксперименты по деформации до отказа. Выполните те же экспериментальные процедуры, которые описаны выше.

2.2.5. Эффект памяти формы

Эксперименты по восстановлению свободной деформации проводили на образцах пенополиуретана размером 60 x 15 x 6 мм в универсальном тестере на растяжение MTS Insight 30 с термокамерой.В соответствии со стандартным методом испытаний пенополиуретана ASTM D3574-08 образцы устанавливали на эпоксидные блоки и подвергали воздействию 100% влажности в течение 96 часов (один образец при 25 ° C, а другой — при 37 ° C). Затем образцы захватывали в приборе для испытания на растяжение, нагревали до 80 ° C со скоростью 1 ° C / мин и растягивали до 15%, 25% и 35%. Затем деформированные образцы охлаждали до 25 ° C со скоростью 1 ° C / мин для фиксации соответствующих деформаций. Затем для восстановления свободной деформации днища образцов разжимали внутри термокамеры, и образцы нагревали до 80 ° C со скоростью 1 ° C / мин для определения восстанавливаемой деформации, которую измеряли с помощью лазерного экстензометра.Процент извлекаемой деформации или коэффициент извлечения рассчитывается в соответствии с уравнением (1),

Коэффициент извлечения = извлеченная длина / начальная длина × 100

(1)

3. Результаты и обсуждение

3.1. Поглощение влаги

Результаты процентного поглощения влаги, измеренного с помощью ТГА и анализа массового отношения, представлены в и, соответственно. При относительной влажности 40%, 60% и 80% влагопоглощение увеличивалось с увеличением времени воздействия влажности до 6 часов, после чего оно обычно оставалось постоянным.Для образцов, подвергшихся воздействию 100% влажности (т.е. погружению в воду), достижение максимального водопоглощения заняло больше времени. Как показано, максимальное водопоглощение через 96 ч при 25 ° C в среде с относительной влажностью 100% составляло 8%, и это значение существенно не изменилось, когда температура в климатической камере была увеличена до 37 ° C. Однако повышение температуры действительно увеличивало скорость поглощения влаги [20], как показано. Образец 37 ° C достиг максимального водопоглощения через 20 часов, в то время как образец 25 ° C не достиг максимального поглощения воды до 96 часов.Как и ожидалось, уровни влагопоглощения и влагонасыщения зависели от времени воздействия влаги, уровня влажности и температуры. Наши результаты доказывают, что насыщение влагой зависит от уровня влажности окружающей среды: чем выше уровень влажности, тем больше возможное поглощение воды [21].

Влияние времени воздействия влажности на поглощение влаги, измеренное с помощью ТГА.

Влияние времени воздействия влажности на время воздействия влаги, измеренное с помощью анализа массового отношения.

и показывают, что влагопоглощение при погружении в воду отличается от водопоглощения без погружения. Несмотря на то, что климатическая камера обеспечивает 100% влажность, поглощение 100% влажности не эквивалентно погружению в воду. Наши результаты согласуются с данными Loos et al., Которые показали, что различное воздействие окружающей среды влияет на поведение поглощения воды [22].

3.2. Сдвиг температуры стеклования

Температуры стеклования всех образцов снизились при поглощении влаги, как показано на рис.Через 12 часов пены T г обычно выходили на плато. Максимальное смещение T г произошло для пен со 100% влажностью (как 25 ° C, так и 37 ° C), где T г упало с 67 ° C до 5 ° C через 96 часов. Воздействие влаги на T г было обратимым, как показано на. Образцы, которые подвергались воздействию влажности в течение 96 часов, а затем помещались в климатическую камеру с влажностью 40%, демонстрировали значительную потерю влаги через 1 день.Поглощенная влага для всех образцов была примерно одинаковой через сутки (2,2%). Это значение 2,2% соответствует начальному значению поглощенной влаги для пеноматериала, подвергающегося воздействию относительной влажности 40%, которое нанесено на график. Эта потеря влаги сопровождалась увеличением T г : после помещения в климатическую камеру при влажности 40% на один день значения T г для всех образцов увеличились примерно до того же значения: 42 ° C, значение T г для исходной пены, подвергшейся воздействию влажности 40%, которая нанесена на график.

Эффект влагопоглощения Т г .

Влияние контролируемой влажности на обратимое T г .

3.3. Сдвиг инфракрасной полосы

Контрольный образец пены, который не подвергался воздействию влаги, показал пик интенсивности растяжения связующего N-H при 3307 см -1 . Как показано, пики интенсивности растяжения N-H связи были смещены как в сторону более высоких волновых чисел, так и в сторону большей интенсивности с увеличением поглощения влаги, при этом образцы со 100% влажностью демонстрируют пики интенсивности растяжения N-H при приблизительно 3332 см -1 .показывает влияние поглощенной влаги на пики интенсивности растяжения карбамата и мочевины C = O, которые возникают при 1687 см, -1, и 1647 см, -1, , соответственно. Хотя повышенное содержание воды привело к увеличению интенсивности соответствующих пиков C = O, наблюдаемых сдвигов волнового числа не произошло.

FTIR-спектры области растяжения N-H пенополиуретана с различными уровнями водопоглощения.

FTIR-спектры области растяжения C = O пенополиуретана с различными уровнями водопоглощения.

В пенополиуретане, не содержащем влаги, водородная связь возникает между карбаматными группами N-H и C = O. После поглощения влаги водороды в молекулах воды могут образовывать водородные мостики между двумя карбаматными C = O группами или занимать места водородных связей в карбаматных N-H группах [23]. Водородные связи, образованные с группами N-H, вызывают увеличение интенсивности инфракрасных полос N-H и переход к более высоким волновым числам. Такое поведение проявляется в ИК-спектрах наших пенополиуретанов SMP.Напротив, водородные связи, образованные с группами C = O, вызывают увеличение интенсивности инфракрасных полос C = O и смещение к более низким волновым числам [24]. Хотя наши пены демонстрируют повышенную интенсивность пиков карбамата C = O с увеличением поглощения влаги, заметного сдвига волнового числа не наблюдалось.

Одно из возможных объяснений такого поведения заключается в том, что химическая структура пенополиуретана, охарактеризованная в этой работе, значительно отличается от таковой других уретанов: нет традиционных твердых и мягких сегментов.Кроме того, наш процесс вспенивания включает добавление воды, что приводит к увеличению содержания мочевины и еще большему взаимодействию водородных связей. Пены полностью состоят из диизоцианатов с длиной 6 атомов углерода и низкомолекулярных три- и тетрафункциональных спиртов, поэтому отношение карбаматных и мочевинных связей к общему количеству молекул в полимере намного выше, чем у SMP с олигомерный мягкий сегмент. Поскольку каждая карбаматная связь имеет два участка водородных связей (C = O и N-H; три в случае связей мочевины), наши пены имеют значительно больше участков водородных связей, чем полиуретан, например, с полиэтиленоксидом или мягким сегментом полибутадиена.Уретан и мочевина в этом исследовании могли иметь такое большое количество связанных карбонилов до поглощения влаги, что даже после максимального поглощения влаги не могло быть заметного изменения волнового числа. Эта теория также может объяснить, почему в нашем ИК-спектре нет явных пиков свободных карбонилов. Поскольку связанные карбонильные пики значительно шире, чем свободные карбонильные пики, возможно, что широта и интенсивность связанных карбонильных пиков делает невозможным наблюдение свободных карбонильных пиков [25–26].

Мы обнаружили, что вызванные влажностью сдвиги пиков N-H в пике ИК-спектра являются обратимыми. Ян и др. продемонстрировали такую ​​обратимость, отогнав поглощенную влагу путем нагрева образцов полиуретана [8]. Мы продемонстрировали аналогичный эффект, поместив образцы, насыщенные влагой, в среду с более низкой влажностью (влажность 40%). Пики N-H смещаются обратно к 3307 см, -1, , а пики C = O смещаются обратно к более низким интенсивностям после воздействия влажности 40% при 25 ° C (данные не показаны).Хотя кажется, что влага испаряется из наших пен относительно легко (Ян и др. Нагревали чистый полиуретан при разных температурах, чтобы отогнать влагу), это наблюдение не обязательно указывает на то, что в нашем уретане существуют более слабые взаимодействия водородных связей, чем в других уретанах. Пенополиуретан имеет значительно большую площадь поверхности, чем чистые уретановые пленки, поэтому значительное испарение влаги из пен может быть просто результатом увеличения площади поверхности.

3.4. Поведение при напряжении / деформации

Данные испытаний на растяжение для всех образцов представлены в. Результаты деформации до разрушения показали, что поглощенная влага значительно пластифицирует пенополиуретан [27], хотя этот эффект пластификации оказался обратимым. Образцы, которые были подвергнуты воздействию различной влажности, а затем помещены в комнатную температуру на 1 день, показали деформации разрушения порядка 20% и напряжения разрушения порядка 50 кПа. Образцы подвергали воздействию 100% влажности, а затем сразу же испытывали в течение 1 часа, обнаружив деформации разрушения порядка 30–40% и напряжения разрушения порядка 15 кПа.Аналогичные тенденции наблюдались и для значений модуля Юнга. Типичная кривая напряжения-деформации для пенополиуретана показана на рис. представляющие собой молекулы воды, действующие как пластификатор. Эта пластификация увеличивает разрывную деформацию и снижает напряжение разрушения и модуль Юнга. Наблюдаемый эффект пластификации соответствовал результатам исследований Янга по влиянию влаги на поведение при напряжении / деформации чистых полиуретанов.

Типичная кривая растяжения для пенополиуретана в.

(Пена № 1: водопоглощение в течение 96 часов при 37 ° C после испытания; Пена № 2: такой же тестовый запуск через 24 часа при комнатной температуре, приблизительно 20 ° C и относительной влажности 40% на протяжении всего испытания.)

Таблица 1

Разрывная деформация (%) Предел прочности на разрыв (кПа) Модуль упругости (кПа)
25 ° C-40% H-96h-24h STP * 21 ± 7 52 ± 11 281 ± 117
25 ° C-60% H-96h-24h STP * 18 ± 5 50 ± 12 282 ± 56
25 ° C-80% H-96ч-24ч STP * 18 ± 6 43 ± 13 275 ± 143
25 ° C-100% H-96ч-24ч STP * 23 ± 5 55 ± 13 247 ± 77
37 ° C-100% H-96h-24h STP * 21 ± 6 43 ± 11 226 ± 108
25 ° C-100% H-96h 31 ± 1 17 ± 1 52 ± 2
37 ° C-100% H-96h 41 ± 12 14 ± 5 ​​ 35 ± 13

3.5. Эффект памяти формы

Результаты восстановления свободной деформации для образцов, подвергшихся воздействию 100% влажности при 37 ° C в течение 96 часов, представлены в. Для штаммов 15% и 25% наблюдаемый коэффициент восстановления составлял приблизительно 95%. Для 35% штаммов коэффициент извлечения снизился до 87%. Так как пенополиуретаны, охарактеризованные в этой работе, были сильно сшитыми, даже деформации до 35% могли привести к локализованным постоянным деформациям и разрушению ячеек пенопласта [28].

4. Выводы

Водопоглощение полиуретановых пен SMP, охарактеризованных в этой работе, увеличивалось с увеличением времени воздействия влажности, повышенной влажности и повышенной температуры.Максимальное водопоглощение составило 8%, что произошло после выдержки в 100% влажности в течение 96 часов при комнатной температуре и 20 часов при 37 ° C. При влажности менее или равной 80% насыщение влагой наступало через 6 часов.

T г пенополиуретана уменьшилось при поглощении влаги, и максимальный сдвиг с 67 ° C на 5 ° C произошел после 8% поглощения воды. Этот сдвиг T г повлиял на переход от стеклообразного к вязкоупругому поведению, когда пенопласт SMP подвергали испытанию на растяжение при 25 ° C.Как сдвиги T g , так и результирующие изменения механического поведения были обратимыми после помещения пен в среду с влажностью 40% на 24 часа.

Кривая растяжения показывает, что молекулы воды проникают во внутреннюю структуру пенополиуретана, действуя как пластификатор. Молекулы воды образуют водородные связи между группами N-H и C = O, разрывая исходные водородные связи, позволяя полимерным цепям свободно перемещаться и тем самым увеличивая разрывную деформацию и уменьшая напряжение разрушения и модуль Юнга.

Коэффициенты извлечения, приближающиеся к 100% для образцов, деформированных до 25% или менее, демонстрируют, что пенопласты SMP, описанные в этой работе, потенциально полезны для приложений, где необходимо полное восстановление деформации при растяжении.

Благодарности

Мы благодарим Аманду Коннор и Брента Волка за обсуждение и техническую поддержку. Эта работа была поддержана Национальным институтом здравоохранения / Национальным институтом биомедицинской визуализации и биоинженерии, грант R01EB000462 и частично выполнена под эгидой U.S. Министерство энергетики Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса по контракту DE-AC52-07NA27344.

Ссылки

1. Бель М., Лендлейн А. Полимеры с памятью формы. Mater Today. 2007; 10: 20–28. [Google Scholar] 2. Хуан ВМ, Ли CW, Тео ХП. Термомеханическое поведение пенополиуретана с памятью формы. J Intell Mater Syst Struct. 2006; 17: 753–60. [Google Scholar] 3. Мэйтленд Диджей, Смолл В., Ортега Дж. М., Бакли П. Р., Родригес Дж., Хартман Дж., Уилсон Т. С.. Прототип активируемого лазером устройства из полимерной пены с памятью формы для эмболического лечения аневризм.J Biomed Opt. 2007; 12: 030504. [PubMed] [Google Scholar] 4. Лендлейн А., Кельч С. Полимеры с памятью формы. Angew Chem Int Ed. 2002; 41: 2034–57. [PubMed] [Google Scholar] 5. Лендлейн А., Цзян Х., Юнгер О., Лангер Р. Светоиндуцированные полимеры с памятью формы. Природа. 2005; 434: 879–82. [PubMed] [Google Scholar] 6. Саху Н.Г., Юнг Ю.К., Гу Н.С., Чо Дж.В. Проводящие полиуретан-полипиррольные композиты с памятью формы для электроактивного исполнительного механизма. Macromol Mater Eng. 2005; 290: 1049–55. [Google Scholar] 7. Бакли П.Р., Маккинли Г.Х., Уилсон Т.С., Смолл В.Дж., Бенетт В.Дж., Берингер Дж.П., Макелфреш М.В., Мейтленд ди-джей.Индуктивно нагретый полимер с памятью формы для магнитного срабатывания медицинских устройств. IEEE Trans Biomed Eng. 2006. 53: 2075–83. [PubMed] [Google Scholar] 8. Ян Б., Хуанг В. М., Ли Ц., Ли Л. Влияние влаги на термомеханические свойства полиуретанового полимера с памятью формы. Полимер. 2006; 47: 1348–56. [Google Scholar] 9. Смолл В., Сингхал П., Уилсон Т.С., Мейтленд ди-джей. Биомедицинские применения термически активированных полимеров с памятью формы. J Mater Chem. 2010. 20: 3356–66. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 10.Бехл М., Раззак М.Ю., Лендлейн А. Многофункциональные полимеры с памятью формы. Adv Mater. 2010; 22: 3388–410. [PubMed] [Google Scholar] 11. Уилсон Т.С., Барингер Дж. П., Херберг Дж. Л., Марион Дж. Э., Райт В. Дж., Эванс К. Л., Мейтленд Д. Д.. Полимеры с памятью формы на основе однородных алифатических уретановых сеток. J Appl Polym Sci. 2007; 106: 540–51. [Google Scholar] 12. Хиерон К., Галл К., Уэр Т, Мейтленд ди-джей, Барингер Дж. П., Уилсон Т. С.. Постполимеризационные сшитые полиуретановые полимеры с памятью формы. J App Poly Sci. 2010; 121: 141–53. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 13.Volk BL, Lagoudas DC, Chen YC. Анализ реакции конечной деформации полимеров с памятью формы: II. 1D калибровка и численная реализация термоупругой модели конечной деформации. Smart Mater Struct. 2010; 19: 075006. [Google Scholar] 14. Тобуши Х., Хара Х., Ямада Э., Хаяши С. Термомеханические свойства тонкой пленки полимера с памятью формы из полиуретанового ряда. Smart Mater Struct. 1996; 5: 483–91. [Google Scholar] 15. Ян Б., Хуанг В. М., Ли К., Ли С. М., Ли Л. О влиянии влаги на полиуретановый полимер с памятью формы.Smart Mater Struct. 2004; 13: 191–5. [Google Scholar] 16. Сюй Б., Хуан В.М., Пей Ю.Т., Чен З.Г., Крафт А., Рубен Р., Де Хоссон Д.Т., Фу Ю. Механические свойства полиуретановых нанокомпозитов с памятью формы, армированных аттапульгитовой глиной. Eur Polym J. 2009; 45: 1904–11. [Google Scholar] 17. Претч Т., Якоб И., Мюллер В. Гидролитическая деградация и функциональная стабильность сегментированного поли (сложного эфира уретана) с памятью формы Polym Degrad Stab. 2009. 94: 61–73. [Google Scholar] 18. Эртель Г. Справочник по полиуретану. Нью-Йорк: Хансер; 1985 г.[Google Scholar] 19. Чжао Д., Литтл Джей Си, Кокс СС. Характеристика пенополиуретана как поглотителя или источника летучих органических соединений в воздухе помещений. J Environ Eng. 2004. 130: 983–89. [Google Scholar] 20. Бассирирад Х., Радин Дж. В., Мацуда К. Температурно-зависимые водные и ионные транспортные свойства корней ячменя и сорго: I. Взаимосвязь с ростом листьев. Plant Physiol. 1991; 97: 426–32. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 21. Авилес Ф., Агилар-Монтеро М. Поглощение влаги в композитных сэндвич-конструкциях с пенопластом.Polym Compos. 2010; 31: 714–22. [Google Scholar] 22. Лоос Альфред С., Спрингер Джордж С., Сандерс Барбара А., Тунг Р.В. Влагопоглощение композитов из полиэфирного стекла. J Compos Mater. 1980; 14: 142–54. [Google Scholar] 23. Лим Л.Т., Бритт И.Дж., Тунг М.А. Сорбция и перенос водяного пара в пленке нейлон 6,6. J Appl Polym Sci. 1999. 71: 197–206. [Google Scholar] 24. Йен F-S, Lin L-L, Hong J-L. Взаимодействие водородных связей между связями уретан-уретана и уретан-сложного эфира в жидкокристаллических макромолекулах поли (сложного эфира-уретана).1999; 32: 3068–79. [Google Scholar] 25. Маттиа Дж., Художник П. Сравнение водородной связи и порядка в полиуретане и поли (уретан-мочевине) и их смесях с макромолекулами поли (этиленгликоля). 2007; 40: 1546–54. [Google Scholar] 26. Yilgör E, Burgaz E, Yurtsever E, Yilgör I. Сравнение водородных связей в сополимерах уретана и мочевины на основе полидиметилсилоксана и полиэфира. Полимер. 2000; 41: 849–57. [Google Scholar] 27. Дхакал Х.Н., Чжан З.Й., Ричардсон Мау. Влияние водопоглощения на механические свойства ненасыщенных полиэфирных композитов, армированных пеньковым волокном.Compos Sci Technol. 2007. 67: 1674–83. [Google Scholar] 28. Volk BL, Lagoudas DC, Chen YC, Whitley KS. Анализ реакции конечной деформации полимеров с памятью формы: I. Термомеханические характеристики. Smart Mater Struct. 2010; 19: 075005. [Google Scholar]

Водонепроницаемый ли полиуретан?

Короткий ответ — да, в определенной степени. Есть несколько факторов, которые делают одни полиуретаны более абсорбирующими, чем другие. В зависимости от физических свойств и материала термореактивные полиуретаны могут практически иметь нулевое водопоглощение по сравнению с другими известными материалами.В этом посте мы подробнее объясним, что такое водопоглощение и как оно может играть роль в дизайне вашего продукта.

Водопоглощение обычно определяется количеством воды, проникающей через материал. Чем пористее материал, тем быстрее деталь будет удерживать воду. Например, пена с открытыми порами имеет крошечные воздушные карманы, пригодные для дыхания, которые позволяют воде проникать в материал, тогда как ячеистая структура пены с закрытыми порами не позволяет воде легко проходить через нее. Если вы хотите узнать больше об адаптируемости пенополиуретана, щелкните здесь.

Тест на водопоглощение

Значения водопоглощения часто измеряются в процентах от прибавки в весе. Этот метод обычно состоит из недельного процесса сравнения влажного веса с сухим. Как правило, результаты будут различаться в зависимости от типа полимера, добавок, температуры и продолжительности воздействия. Однако стабильные результаты часто достигаются при использовании теста ASTM-Standard D570.

Водопоглощение по сравнению с другими материалами

Как обсуждалось ранее, полиуретаны бывают разных форм, включая твердые вещества и пену, которые демонстрируют разные уровни водопоглощения.Однако в целом, в отличие от металлов, пластмасс, резины и других природных материалов, термореактивные полиуретаны можно настроить таким образом, чтобы они отталкивали большую часть воды без эффектов набухания, окисления или коррозии. Приложения, которые обычно погружаются в воду или испытывают высокую влажность, часто требуют низкого водопоглощения для сохранения механических и физических свойств деталей.

Проектирование с водопоглощением

Хотя некоторые термопласты, металл, резина и другие природные материалы могут со временем абсорбировать воду, это все же может быть очень невыгодным для многих приложений.Дизайнеры продукции сейчас ищут альтернативные материалы, чтобы избежать изменений жесткости, твердости и размеров при воздействии воды. Благодаря использованию термореактивных полиуретанов, степень водопоглощения может быть определена в соответствии с потребностями вашего применения. Например, Durethane ® G стал стандартным материалом для многих критически важных морских применений из-за его чрезвычайно низкой скорости поглощения и уникальных свойств. Durethane ® G обеспечивает более длительный срок службы компонентов и снижает требования к техническому обслуживанию даже в высококоррозионных средах.Чтобы узнать больше об этом высокопрочном материале, щелкните здесь, чтобы загрузить листы технических данных Durethane ® .

Заключение

Благодаря индивидуальным рецептурам термореактивные полиуретаны могут практически не иметь водопоглощения по сравнению с другими известными материалами. В отличие от термопластов, металлов и каучуков, термореактивные полиуретаны предлагают дизайнерам изделий возможность без компромиссов разрабатывать то, что они представляют. Если вы обнаружите, что водопоглощение является ключевой характеристикой вашего приложения, свяжитесь с нашими экспертами по полиуретану, чтобы улучшить характеристики вашего продукта.

_____________________________________________ Другие связанные темы ____________________________________________

Сопротивление истиранию полиуретана

Температурный диапазон полиуретана

Химическая стойкость полиуретана

Контроль влажности из полиуретана: как избежать конденсации

Контроль влажности воздуха в помещении — ключ к здоровью зданий . Даже если на первый взгляд мы не можем определить количество водяного пара, присутствующего в комнате, в среднем человек выделяет от 3 до 5 литров водяного пара в день.К этому числу следует добавить пар, выделяемый в результате деятельности дома: душевые, ванные комнаты, стиральные машины, приготовление пищи, растения, домашние животные, неконтролируемые утечки и т. Д.

Согласно действующим нормам, рекомендуемая относительная влажность для внутреннего пространства должна быть в пределах 40-60% . Однако, когда он ниже или выше, могут возникнуть проблемы как для пользователей, так и для здания.

Например, если относительная влажность в доме превышает 60%, может образоваться плесень, бактерии и вирусы легче размножаются, вода конденсируется на холодных поверхностях, таких как окна и стены, и все это ухудшает общее состояние помещения. дом (краска, мебель, утеплитель и т. д.).

Виды конденсации

Конденсация происходит, когда водяной пар принимает жидкую форму, обычно контактируя с поверхностью при другой температуре. Можно выделить следующие типы влажности:

  • Конденсация на внутренней поверхности , которая возникает, когда температура поверхности в помещении ниже, чем температура в помещении. Этот тип конденсата обычно образуется в ванных комнатах и ​​кухнях, когда окна окна запотели или предметы, находящиеся рядом с огнем, запотели.Это может также произойти в спальнях или гостиных из-за плохой изоляции вольеров или наличия тепловых мостов .
  • Промежуточная конденсация , которая возникает внутри корпуса из-за потока водяного пара, проходящего через стену, температуры и состава слоев этой стены (степень проницаемости, гигротермическая проницаемость и материалы).

Контроль влажности в помещении с полиуретановой изоляцией

Оба типа конденсации , промежуточная и внутренняя конденсация, могут происходить одновременно, , потому что водяной пар, присутствующий в окружающей среде, продолжает перемещаться через внутреннее пространство.

Одним из решений для контроля такой влажности внутри зданий является полиуретановая изоляция . Полиуретан действует как мембрана, регулирующая влажность. является водонепроницаемой и проницаемой для водяного пара. Такую степень проницаемости для водяного пара можно уменьшить за счет увеличения плотности пенополиуретана и содержания закрытых ячеек.

Узнайте больше о различных применениях полиуретана в зданиях, загрузив документ:

Водонепроницаемость и влагостойкость жесткого пенополиуретана

Попадание воды или влаги может значительно увеличить теплопроводность некоторых утеплителей.При содержании влаги около 1% по объему теплопроводность некоторых волокнистых материалов резко возрастает примерно на 85%. Это может привести к значительно более высокой теплопередаче через изоляционный слой в таких применениях, как периметр или крыши.

Благодаря своей закрытой структуре ячеек, жесткая полиуретановая изоляция практически не подвержена воздействию воды и влаги: она не впитывает и не переносит воду, т.е. отсутствует капиллярное действие, поэтому нормальная влажность в зданиях не приводит к увеличению теплопроводности.

Диффузия водяного пара не может вызвать повышенный уровень влажности в изоляционных плитах из жесткого пенополиуретана, если они не были правильно установлены с точки зрения конструкции, например, при отсутствии пароизоляции, или из-за воздушных карманов или неисправных уплотнений.

Способность изоляции PUR / PIR противостоять воде и быстро возвращаться к прежним характеристикам после воздействия избыточной влаги делает ее предпочтительным выбором для зданий, устойчивых к наводнениям. Он рекомендован как для целей страхования, так и в государственных руководящих документах как часть растущей потребности в стратегиях управления наводнениями1.

Только 2% содержания воды в некоторых волокнистых материалах снижает значение R на 30%.

Коэффициент паростойкости полиуретановых изделий
по разным видам покрытия
Покрытие Сопротивление диффузии водяного пара: (Z) Коэффициент сопротивления диффузии водяного пара (μ)
Металл, толщина> 50 мкм– ∞
Алюминий с тиснением 40 мкм–> 89900
Водостойкая фанера 21 м 2 / гПа 148
Минеральное волокно, просмоленное 4.

Published by alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

2024 © Все права защищены.