The effect of nanosilica filler on the foaming process and properties of flexible polyurethane foams obtained with rapeseed oil-based polyol

• Autorzy: Malewska E. , Prociak A.

Identyfikatory

DOI

10.14314/polimery.2015.472

Warianty tytułu

PL

Wpływ dodatku nanokrzemionki na proces spieniania oraz właściwości elastycznych pianek poliuretanowych otrzymywanych z zastosowaniem poliolu z oleju rzepakowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper, the analysis of the foaming process of flexible polyurethane modified with the addition of silica nanoparticles is presented. Flexible polyurethane foams (FPURF) were obtained using petrochemical components and a rapeseed-oil-based polyol (used in an amount of 20 wt %). Nanosilica was added to the polyurethane system in the amount of 0.5, 1.0 and 1.5 php (parts per hundred polyols). The characteristic parameters of the foaming process, such as the growth velocity of foamed materials, the core temperature and dielectric polarization, were measured using a Foamat device. It was observed that polyurethane-forming reactions slowed down as an effect of the increase of nanosilica content in the polyurethane composition. Consequently, the temperature in the core of the reaction mixture containing 1.5 php nanosilica was lower by approx. 35 °C compared to the reference material. Moreover, the influence of the method of homogenization of the nanofiller with polyols on the selected properties of prepared foams was analyzed. The following properties of flexible polyurethane foams were determined: apparent density, resilience, compressive strength, hardness, hysteresis and support factor. The introduction of nanosilica filler to the polyurethane formulation caused an increase in the apparent density from 24.6 kg/m³ for the reference foam to 28.5 kg/m³ for the foam containing 1.5 php of nanosilica. However, this nanofiller did not significantly affect the cell structure of foamed materials. The foams obtained with the nanosilica additive of 1.0 php had the most preferred properties, such as a slightly higher value of resilience, lower hardness and higher support factor than the reference foam without nanosilica.

PL

Analizowano proces spieniania elastycznych poliuretanów modyfikowanych dodatkiem nanokrzemionki. Elastyczne pianki poliuretanowe (FPURF) otrzymywano z zastosowaniem poliolu pochodzenia petrochemicznego oraz poliolu wytworzonego z udziałem 20 % mas. oleju rzepakowego. Nanokrzemionka była dodawana do kompozycji poliuretanowej w ilości 0,5, 1,0 i 1,5 php [masa napełniacza (g) na 100 g mieszaniny polioli]. Charakterystyczne parametry procesu spieniania, takie jak: szybkość wzrostu pianki, temperatura wrdzeniu mieszaniny reakcyjnej oraz polaryzacja dielektryczna, mierzono za pomocą urządzenia Foamat. Zaobserwowano, że reakcje tworzenia poliuretanu ulegały spowolnieniu wraz ze wzrostem udziału masowego krzemionki w kompozycji poliuretanowej. Konsekwencją tego była niższa o ok. 35 °C temperatura w rdzeniu materiału zawierającego 1,5 php nanokrzemionki, w porównaniu z temperaturą w rdzeniu pianki referencyjnej. Określono też wpływ sposobu homogenizacji nanonapełniacza z poliolem na wybrane właściwości otrzymywanych pianek. Analizowano następujące właściwości fizyko-mechaniczne: gęstość pozorną, odbojność, wytrzymałość na ściskanie, twardość, histerezę i współczynnik komfortu. Dodatek krzemionki do kompozycji poliuretanowej spowodował wzrost gęstości pozornej z 24,6 kg/m³ pianki referencyjnej do 28,5 kg/m³ pianki zawierającej 1,5 php nanokrzemionki. Dodatek nanokrzemionki nie wpłynął w istotnym stopniu na strukturę komórkową pianek, jednak materiały wytworzone z udziałem nanokrzemionki w ilości 1,0 php charakteryzowały się najkorzystniejszymi właściwościami, m.in. nieznacznie większą odbojnością, mniejszą twardością i większym współczynnikiem komfortu niż pianki niezawierające nanokrzemionki.

Słowa kluczowe

EN

nanosilica; polyurethane; foaming process; flexible foam; physical-mechanical properties

PL

nanokrzemionka; poliuretan; proces spieniania; pianki elastyczne; właściwości fizykomechaniczne

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2015
• Tom: T. 60, nr 7-8
• Strony: 472--479
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys. kolor.

Twórcy

autor

Malewska E.

• Cracow University of Technology, Department of Chemistry and Technology of Polymers,Warszawska 24, 31-155 Cracow, Poland

autor

Prociak A.

• Cracow University of Technology, Department of Chemistry and Technology of Polymers,Warszawska 24, 31-155 Cracow, Poland

Bibliografia

• [1] Prociak A., Rojek P., Pawlik H.: Journal of Cellular Plastics 2012, 48, 489. http://dx.doi.org/10.1177/0021955X12446210
• [2] Zlatanić A., Lava C., Zhang W., Petrović Z.S.: Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics 2004, 42, 809. http://dx.doi.org/10.1002/polb.10737
• [3] Desroches M, Escouvois M., Auvergne R., Caillol S.: Polymer Reviews 2012, 52, 38. http://dx.doi.org/10.1080/15583724.2011.640443
• [4] Kirpluks M., Cabulis U., Kurańska M., Prociak A.: Key Engineering Materials 2013, 559, 69. http://dx.doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.559.69
• [5] Prociak A.: Cellular Polymers 2007, 26, 381.
• [6] Lubguban A.A., Tu Y.-C., Lozada Z.R. et al.: Journal of Applied Polymer Science 2009, 112, 19. http://dx.doi.org/10.1002/app.29382
• [7] Stirna U., Fridrihsone A., Misane M., Vlsone Dz.: Scientific Journal of Riga Technical University 2011, 6, 85 http://dx.doi.org/10.2478/v10145-011-0012-4
• [8] Petrovic Z.S.: Polymer Reviews 2008, 48, 109 http://dx.doi.org/10.1080/15583720701834224
• [9] Ionescu M.: “Chemistry and Technology of Polyols for Polyurethanes”, Rapra Technology Ltd, Shawbury 2005.
• [10] Prociak A., Rokicki G., Ryszkowska J.: „Materiały poliuretanowe”, PWN, Warszawa 2014.
• [11] Palanisamy A., Rao B.S., Mehazabeen S.: Journal of Polymers and the Environment 2011, 19, 698. http://dx.doi.org/10.1007/s10924-011-0316-2
• [12] Singh P., Bhattacharya M.: Polymer Engineering & Science 2004, 44, 1977. http://dx.doi.org/10.1002/pen.20201
• [13] Pawlik H., Prociak A.: Journal of Polymers and the Environment 2012, 20, 438. http://dx.doi.org/10.1007/s10924-011-0393-2
• [14] Lee W.H., Lee S.W., Kang T.J.: Fibers and Polymers 2002, 3 (4), 159. http://dx.doi.org/10.1007/BF02912661
• [15] Saint-Michel F., Chazeau L., Cavaille J.: Composites Science and Technology 2006, 66, 2709. http://dx.doi.org/10.1016/j.compscitech.2006.03.008
• [16] Lee J., Kim G-H., Ha Ch-S.: Journal of Applied Polymer Science 2012, 123, 2384. http://dx.doi.org/10.1002/app.34755
• [17] Javni I., Zhang W., Karajkov V., Petrovic Z.S.: Journal of Cellular Plastics 2002, 38, 229. http://dx.doi.org/10.1177/0021955X02038003139
• [18] Ibeh C.C., Bubacz M.: Journal of Cellular Plastics 2008, 44, 493. http://dx.doi.org/10.1177/0021955X08097707
• [19] Kabir M.E., Saga M.C., Jeelani S.: Materials Science and Engineering: A 2007, 459, 111. http://dx.doi.org/10.1016/j.msea.2007.01.031
• [20] Gayathri R., Vasanthakumari R., Padmanabhan C.: International Journal of Scientific and Engineering Research 2013, 4, 301.
• [21] Francés A.B., Navarro Bańón M.V.: IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 2014, 64, 1.
• [22] Liu T., Liangliang M., Fuwei L. et al.: Wuhan University Journal of Natural Science 2011, 16, 29. http://dx.doi.org/10.1007/s11859-011-0706-2
• [23] Ni H., Chee K.Y., Yan J.: Journal of Applied Polymer Science 2007, 104, 1679. http://dx.doi.org/10.1002/app.25798
• [24] Malewska E., Prociak A.: „Flexible polyurethane bio--foams modified with nanosilica”, Materiały konferencyjne XIII Międzynarodowej Konferencji Naukowej MAT-ECO-SHOES 2014, Kraków 20—21 listopada 2014.