ایجاد پلی‏ یورتان گرماسخت متخلخل با استفاده از کربن دی‏ اکسید ابر‏بحرانی به عنوان ضدحلال

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 تهران، دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی پلیمر، صندوق پستی 143-14115

2 مشهد، دانشگاه فردوسی مشهد، دانشکده مهندسی، گروه مهندسی شیمی، کد پستی 9177948974

چکیده

بسیاری از مواد پلیمری متخلخل با وارونگی فاز محلول پلیمری ایجاد می ‏شوند. فرایند جدایی با تبادل حلال-ضدحلال نفوذی در مخلوط‏ های دوتایی، سه ‏تایی و چندتایی شروع می‏ شود. در دهه اخیر، استفاده از گاز کربن دی اکسید ابربحرانی به­ عنوان ضدحلال به دلیل مزایایی مانند زیست ­سازگاری خوب، چگالی زیاد (مانند مایع) و نفوذ بسیار زیاد که نسبت به ضدحلال‏ های مایع دارد، مورد توجه قرار گرفته است. در پژوهش حاضر، از محلول پلیمر- دی‏ متیل‏ فرمامید و گاز کربن دی­ اکسید به ­عنوان ضدحلال برای ایجاد ساختار متخلخل پلی‏ یورتان گرماسخت استفاده شده است. اثر زمان درنگ، دمای ریخته‏ گری و نسبت POL/CE (نسبت زنجیرافزا - پلی ‏ال) بر مشخصه ‏های شکل‏ شناسی و ساختاری مانند اندازه و توزیع اندازه سلول‏ ها، ضخامت لایه چگال و مقدار تخلخل بررسی شد. براساس نتایج، حداقل زمان درنگ مناسب برای دستیابی به ساختاری یک دست 120 دقیقه معین شد. دمای ریخته ‏گری نیز سازوکار جدایی فاز و لایه چگال را تحت تأثیر قرار داد. مشاهده شد، با تغییر دمای ریخته­ گری از 55 به 35 درجه سلسیوس، ضخامت لایه چگال از 77.6 به 43.1 میکرومتر تغییر کرد. با تغییر نسبت POL/CE خواص ترمودینامیکی و سینتیکی سامانه تحت تأثیر قرار گرفت. کاهش نسبت POL/CE باعث شد تا اندازه سلول‏ ها کوچک ‏تر و یکنواخت‏ تر شود و مقدار تخلخل افزایش یابد. با کاهش نسبت POL/CE از 2 به 0.25، میانگین اندازه سلول‏ ها از  6.3 به 3 میکرومتر کاهش یافت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Preparation of Porous Thermoset Polyurethane with Supercritical CO2 as Non-solvent

نویسندگان [English]

  • Mohsen Izadi 1
  • Mohammad Hossein Navid Famili 1
  • Zahra Maghsoud 2
1 Polymer Engineering Group, Faculty of Engineering, Tarbiat Modares University, P.O. Box: 14115-143, Tehran, Iran
2 Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Postal Code: 9177948974, Mashhad, Iran
چکیده [English]

Most of porous polymer materials are mainly prepared by solution phase inversion method. The de-mixing process can be initiated by diffusive solvent/non-solvent exchange of binary, ternary or multicomponent mixture. Recently, supercritical CO2 (ScCO2) is used as a non-solvent to prepare porous polymers. ScCO2 possesses excellent properties, such as environmental friendliness, liquid-like density and gas-like diffusivity in comparison with conventional liquid non-solvents. Porous polyurethane was prepared from polymer/N-dimethylformamide (DMF) solution using a supercritical fluid-phase inversion process in which carbon dioxide acted as the non-solvent. The effects of time delay, casting temperature and ratio of polyol/chain extender (POL/CE) on the membrane morphology and structure (size and distribution of cells and pores, thickness of dense layer and porosity) were studied. According to the results, a minimum time delay of 120 min was determined for formation of a suitable structure. The dense layer of 77.6 μm thickness was decreased to 43.1 μm by lowering casting temperature from 55°C to 35°C. The ratio of POL/CE influenced the thermodynamic and kinetic properties. A decrease in POL/CE ratio led to formation of smaller and uniform cells and increased porosity. On decreasing the ratio of POL/CE from 2 to 0.25, the mean diameter of the cells at 6.3 μm dropped to 3 μm.

کلیدواژه‌ها [English]

  • phase inversion
  • thermoset polyurethane
  • cells and pores size distribution
  • nucleation and growth
  • spinodal de-mixing