سنتز كامپوزيت هاي پلي يورتان- نانوخاك رس داراي حافظه شكلي و بررسي ساختار شيميايي و برهم كنش هاي بين نانوذرات و پليمر در آنها

Synthesis of Shape Memory Polyurethane/Nanoclay Composites: Chemical Structure and Interactions between Polymer and Nanoclay Particles

تاكنون پژوهش هاي مختلفي در زمينه پلي يورتان هاي داراي حافظه شكلي انجام شده، اما درباره پلي يورتان بر پايه پلي كاپرولاكتون با وزن مولكولي g/mol2000 گزارشي اعلام نشده است. در اين پژوهش سعي شد، به اين سوال پاسخ داده شود كه ساختار شيميايي، نحوه پراكنش نانوذرات در بستر پليمر و برهم كنش هاي بين نانوذرات و پليمر در كامپوزيت هاي پلي يورتان-نانوخاك رس بر پايه پلي كاپرولاكتون با وزن مولكولي g/mol2000 چگونه است. قطعه هاي نرم و سخت به ترتيب بر پايه پلي كاپرولاكتون (PCL) با وزن مولكولي g/mol2000 و 1،4- بوتان دي ال-4،4- دي فنيل متان دي ايزوسيانات (MDI/BDO) هستند. نسبت وزني قطعه هاي نرم به سخت 65/35 در نظر گرفته شده است. كامپوزيت ها در مقادير 1 و 3 درصد وزني نانوذرات خاك رس (Closite 30B يا C30B) با پليمرشدن درجا به روش دومرحله اي سنتز شدند. اثر نانوذرات بر برهم كنش زنجيرهاي پلي يورتان – نانوخاك رس، بلورينگي، خواص مكانيكي و اثر حافظه شكلي به ترتيب با استفاده از روش هاي طيف سنجي زيرقرمز، گرماسنجي پويشي تفاضلي، آزمون كشش و آزمون حافظه شكلي بررسي شدند. مقدار اختلاط فازها و پيوندهاي هيدروژني در مقادير 1% وزني نانوذرات خاك رس افزايش يافت، در حالي كه وجود 3% وزني نانوخاك رس سبب جدايي فاز شد. روش هاي گرماسنجي پويشي تفاضلي مدوله، پراش پرتوX و ميكروسكوپي نيروي اتمي، پراكنش مناسب نانوذرات را براي 1% وزني نانوذرات خاك رس در ماتريس پليمر نشان داد. افزودن نانوذرات منجر به استحكام كششي بهتر نسبت به نمونه خالص و بازگشت شكلي بالاتر نسبت به تمام نمونه ها شد. مشخص شد، بلورينگي قطعه هاي نرم منجر به افزايش مدول و بهبود پارامتر تثبيت شكلي مي شود. نتايج حاصل از آزمون گرماوزن سنجي ساز و كار تخريب سه مرحله اي را براي پلي يورتان بر پايهPCL وMDI،BDO نشان داد.

Although there are many works published on shape memory polyurethanes, but no report is found on PCL-based polyurethane composite using PCL with molecular weight of 2000 g/mol and nanoclay particles via in-situ polymerization. In this work, we try to approach some problems concerning the chemical structure, dispersion of nanoparticles in the matrix and interaction between nanoparticles and polymer in shape memory of PCL (Mn= 2000 g/mol)-based polyurethane/nanoclay composites. While PCL (Mn= 2000 g/mol) polyurethane constituted the soft segments, MDI/BD formed the hard segments. The weight ratio of soft to hard segments was found to be 65/35. Composites were synthesized in presence 1 and 3 wt% of nanoclay (Cloisite®30B) via in-situ polymerization by a twostep method. Effect of nano particles on their interactions with polyurethane chains, crystallinity, mechanical properties and shape memory have been investigated using FTIR, DSC, tensile test and shape memory analysis, respectively. Phase mixing and hydrogen bonding intensified with 1 wt% nanoclay particles, whereas 3 wt% nanoclay led to phase separation. XRD, MTDSC, AFM analyses showed exfoliation of samples with 1 wt% nanoclay in the matrix and better tensile strength in comparison with pure sample and higher shape recovery compared to all other samples. Crystallinity of soft segments resulted in higher modulus and improvement of shape memory. TGA results showed a three-step degradation mechanism for PCL, MDI and BDO-based polyurethane.