تاثیر الیاف چوب و میکرو رس بر عملکرد فوم های پلی یورتان با پایه سویا
فوم های مختلف پلی یورتان (PU) با واکنش درجا ایزوسیانات و پلیول با پایه سویا تهیه شدند. اثرات الیاف چوب و میکرو رس بر روز مورفولوژی فوم، خواص مکانیکی و رفتارهای حرارتی فوم های پلی یورتان مورد بررسی قرار گرفت. شاخص NCO اثرات الیاف چوب و میکرورس بر عملکرد فوم های پلی یورتان را تحت تاثیر قرار داد. رفتار تقویتی فوم های انعطاف پذیر با فوم های نیمه سخت متفاوت بود. هم الیاف و هم میکرو رس استحکام فشاری را در شاخص NCO تا بالای 250-140 بهبود بخشیده و به دمای تجزیه نسبی بالا نیز کمک کردند. برخلاف مقاومت فشاری، مقاومت کششی به دلیل میزان تشکیل پلی اوره سخت از واکنش های ثانویه در بالاترین سطح NCO کاهش یافت. علاوه براین، الیاف چوب در مقایسه با میکرو رس، مکانیسم تقویتی متفاوتی دارند. الیاف چوب به تشکیل پیوندهای شیمیایی در حین فومینگ تمایل دارند، در حالی که میکرو رس پتانسیل تشکیل درج های فیزیکی را داشت. این تفاوت با تغییر دمای تجزیه حرارتی آنها بیان شد.
پلی یورتان های زیستی (PU) در تهیه فوم هایی با محتوای افزایش یافتۀ منابع زیست تخریب پذیر بسیار مورد توجه قرار گرفته اند که از طرفی، تقاضا برای فرآورده های پتروشیمی تجدید ناپذیر را کاهش می دهد. بسیاری از پلیول های زیستی از روغن های گیاهی و منابع گیاهی زیست تخریب پذیر مانند روغن سویا تهیه می شوند که جایگزین مناسبی برای پلیول ها با پایه نفت در تولید فوم پلی یورتان محسوب می شوند. فوم های PU ساخته شده از پلیول های طبیعی با پایه روغن گیاهی کاملا زیست سازگار هستند و معمولا در صنایع ساختمانی و خودروسازی کاربرد دارند. پلیول ها با پایه سویا به دلیل تطبیق پذیری، صرفه جویی در هزینه و ردپای کمتر کربن به جایگزین های مناسبی تبدیل می شوند. همچنین از ساختارهای تری گلیسیرید آبگریز برخوردار هستند که از روغن های خام سویا با افزودن گروه های هیدروکسیل در سایت های غیر اشباع ساخته می شود. گروه های هیدروکسیل برای واکنش با گروه های ایزوسیانیک و همچنین آب بعنوان یک عامل دمنده استفاده شدند. گزارشاتی وجود دارد مبنی بر این که الیاف لینگو سلولزی در رزین های یورتان و عایق های فوم ترکیب می شوند، یا بقایای الیاف زیست تخریب پذیر مطلوبی می توان از آنها به دست آورد. با این حال، پژوهش های کمتری به مطالعه مستقیم الیاف چوب یا میکرورس در فوم های پلی یورتان به منظور تهیه مواد فوم زیست سازگار پرداخته اند. در اینجا، مزیت های تهیه فوم های پلی اتیلن با پایه سویا با تقویت کننده های الیاف چوب و میکرورس، اثرات آنها بر خواص مکانیکی و تجزیه حرارتی بیان شده اند.
مورفولوژی فوم PU
به طور طبیعی، افزودن پلی یورتان به الیاف خمیر باعث ایجاد رنگ قهوه ای کم رنگ می شود. بدون شک، این تغییر رنگ را می توان به دنبال افزایش زمان نگهداری و زرد شدن PU نادیده گرفت. برخلاف الیاف خمیر، میکرورس به دلیل رنگ روشن خاکستری از مشهادات ما تغییر رنگ نداشت. باتوجه به اینکه ذرات خاک رس دارای تاثیر هسته زایی و همچنین الیاف هستند، افزودن الیاف میکرورس یا خمیر کاغذ به فوم های PU با ساختار سلولی خوب کمک کرد. یکی از اثرات مهم الیاف خمیر یا میکرورس افزایش ویسکوزیته است. علاوه براین، ذرات خاک رس نیز می توانند با نشان دادن انبساط آهسته فوم و افزایش چگالی، باعث کاهش واکنش شوند. همان طور که در جدول زیر بیان شده است، افزودن الیاف 2.5 php یا میکرورس منجر به تغییرات در چگالی فوم شد.
جدول 1:
در صورت ادغام الیاف چوب یا میکرورس، فوم پلی یورتان انعطاف پذیر چگالی بیشتری به دست می آورد. تفاوت بین میکرورس و الیاف خمیر در تقویت کننده های فوم ناشی از اندازه ذرات و خواص سطح آنها است. اثرات جزئی ذرات به بُعد ذرات در شاخص NCO پایین نسبت داده شد. اندازه ذرات میکرورس کوچکتر از الیاف بود که سطح خاص بالایی را ایجاد کرده و همان طور که در جدول بالا مشخص شده است، منجر به چگالی نسبتا بالای فوم در فوم های انعطاف پذیر شد. با این وجود، الیاف خمیر به دنبال افزایش شاخص NCO، تاثیر قابل ملاحظه ای بر چگالی فوم دارد زیرا این الیاف دارای تعدادی گروه هیدروکسیل برای واکنش با گروه های ایزوسیاناتیک بودند. با این حال، افزایش چگالی فوم با میکرورس تهیه شده از توابع هسته آن ناشی می شود. این یافته ها با گزارشات قبلی لی و همکارانش، بانیک و همکارانش مطابقت داشت. همچنین افزودن الیاف چوب به فوم های پلی یورتان به بالا رفتن چگالی فوم کمک کرد که با مطالعات قبلی ما مطابقت داشت. شاخص بالای NCO افزایش چگالی فوم را در شرایط مشابه، به استثنای فوم های انعطاف پذیر را به دنبال داشت. در این استثناء از ایزوسیانات های مختلف استفاده می شود. فوم PU تقویت شده با الیاف به دنبال کاهش آب و یا افزایش شاخص NCO در مقایسه با میکرورس به دلیل واکنش های شیمیایی بین الیاف و ماتریس فوم در فرایند فومینگ، چگالی فوم را افزایش داد. در صورت استفاده کمتر از آب، الیاف بیشتری از لحاظ شیمیایی به ساختارهای یورتان متصل می شوند. این اثربخشی را می توان به عنوان نسبت چگالی الیاف به میکرورس دانست که با مقادیر چگالی فوم آنها محاسبه شد. این نسبت به دنبال افزایش شاخص NCO افزایش یافت که نشان داد پیوندهای شیمیایی بین الیاف و یورتان ها به دلیل افزایش مقدار ایزوسیانات قوی تر شدند. بنابراین، الیاف ترکیب شده با فوم PU با چگالی نسبتا بالا، تاثیرات قابل توجهی بر انبساط فوم داشت. محتوای سلول باز در فوم های PU نیز در جدول بالا ارائه شده است. در واقع، این فوم ها پلی یورتان سخت و نیمه سخت در مقایسه با فوم های فوم های پلی یورتان حاوی الیاف یا میکرورس، به دلیل افزایش میزان آب یا کاهش نسبی شاخص NCO از محتوای سلول باز نسبتا بالایی برخوردار هستند. نتایج مشابهی نیز توسط استرینا و همکارانش ارائه شد. بعنوان یافته های حاصل از شاخص پایین NCO و حاوی کربنات پروپیلن، فوم های انعطاف پذیر در مقایسه با فوم های سخت و نیمه سخت، دارای محتوای سلول باز بسیار بالایی بودند.
هم الیاف خمیر صنعتی و هم میکرورس در فوم های پلی یورتان چگالی فوم و محتوای سلول باز را تحت تاثیر قرار می دهند. در نهایت، اثرات تقویتی الیاف و میکرورس با شاخص NCO مشخص شد. همچنین هم الیاف و هم میکرورس استحکام فشاری و کششی فوم های انعطاف پذیر را کاهش دادند اما چسبندگی داخلی و مقاومت فشاری فوم های نیمه سخت را بالا بردند. با این حال، شاخص NCO بالا برای تهیه مقادیر زیادی از پلی لوره سخت و استحکام کششی پایین مناسب بود. علاوه براین، هر دو Td را به دلیل وجود برهمکنش ها افزایش دادند اما پایداری حرارتی کلی به حداقل رسید. با افزایش شاخص NCO، ساختارهای پلی اوره بیشتری به دلیل گروه های ایزوسیاناتیک درگیر در واکنش های ثانویه ایجاد شد. این الیاف به دلیل واکنش پذیری شان، که به وضوح با تجزیه حرارتی آن در شرایط نیتروژن مشهود بود، در مقایسه با میکرورس، بهبودی بیشتری داشت.
