Foaming extrusion of thermoplastic polyurethane modified by POSS nanofillers

• Autorzy: Stachak Piotr , Hebda Edyta , Pielichowski Krzysztof

Warianty tytułu

PL

Wytłaczanie porujące termoplastycznego poliuretanu modyfikowanego nanonapełniaczami POSS

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Thermoplastic polyurethane elastomers (TPU), having mechanical properties similar to chemically crosslinked rubbers, can be processed using extrusion or injection molding techniques. Combining extrusion with a foaming process leads to the fabrication of porous lightweight materials with novel properties. These properties can be further modified by applying additives, such as polyhedral oligomeric silsesquioxanes (POSS). POSS are organic-inorganic hybrid nanofillers that could enhance polymer-based composites properties, e.g. mechanical properties or thermal stability. In this work, the foaming extrusion process of TPU, utilizing azodicarboxamide (ADC), sodium bicarbonate (SC) and citric acid monohydrate (CA) as blowing agents (or their mixtures) was described. TPU was modified with two kinds of POSS nanofillers: TMP DiolIsobutyl POSS (TMP POSS) and trans-Cyclohexanediol Isobutyl POSS (TC POSS) to intensify the nucleation of the foaming process and to improve the thermal properties of the TPU matrix. A suitable processing window was determined by means of differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetric analysis (TG). The relations between the type of blowing agent mixture, POSS nanofillers and microstructure/thermal properties of TPU porous composites were evaluated using DSC and scanning electron microscopy (SEM). The blowing agent mixtures, which produce solid residue after decomposition (ADC-CA and CA-SC), influence the nucleation process in the crystalline domains of TPU. The addition of POSS nanofillers strengthens the abovementioned effect and additionally increases the amount of pores in the extrudates, as well as enhances their shape stability.

PL

Termoplastyczne elastomery poliuretanowe (TPU), o własnościach mechanicznych podobnych do chemicznie usieciowanych kauczuków, mogą być przetwarzane za pomocą technik wytłaczania lub formowania wtryskowego. Połączenie wytłaczania z procesem spieniania prowadzi do wytworzenia porowatych lekkich materiałów o nowych właściwościach. Te właściwości można dalej modyfikować przez zastosowanie dodatków, takich jak wielościenne oligomeryczne silseskwioksany (POSS). POSS są organiczno-nieorganicznymi hybrydowymi nanowypełniaczami, które mogą polepszyć właściwości kompozytów polimerowych, np. właściwości mechaniczne lub stabilność termiczną. W pracy opisano proces wytłaczania porującego TPU z użyciem azodikarboksyamidu (ADC), wodorowęglanu sodu (SC) i monohydratu kwasu cytrynowego (CA) jako środków porotwórczych (lub ich mieszanin). TPU zmodyfikowano dwoma rodzajami nanowypełniaczy POSS: TMP DiolIsobutyl POSS (TMP POSS) i trans-Cyclohexanediol Isobutyl POSS (TC POSS) w celu zintensyfikowania procesu nukleacji podczas porowania i poprawy właściwości termicznych matrycy TPU. Wyznaczenie odpowiedniego okna przetwórczego przeprowadzono za pomocą różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC) i analizy termograwimetrycznej (TG). Zależność między rodzajem mieszaniny środków porotwórczych, nanowypełniaczami POSS a właściwościami mikrostrukturalnymi/termicznymi porowatych kompozytów TPU oceniano za pomocą DSC i skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM). Mieszaniny środków porujących, które wytwarzają stałą pozostałość po rozpadzie (ADC-CA i CA-SC), wpływają na proces nukleacji w krystalicznych domenach TPU. Dodanie nanowypełniaczy POSS wzmacnia wyżej wspomniany efekt i dodatkowo zwiększa ilość porów w wytłoczynach, a także zwiększa ich stabilność kształtu.

Słowa kluczowe

EN

thermoplastic polyurethanes; chemical blowing agents; polyhedral oligosilsesquioxanes; POSS; extrusion

PL

termoplastyczne poliuretany; środki spieniające chemiczne; poliedryczne oligosilseskwioksany; POSS; wytłaczanie

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2019
• Tom: R. 19, nr 1
• Strony: 23--29
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Stachak Piotr

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

autor

Hebda Edyta

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

autor

Pielichowski Krzysztof

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

Bibliografia

• [1] Frick A., Rochman A., Characterization of TPU-elastomers by thermal analysis (DSC), Polymer Testing 2004, 23, 413-417.
• [2] Ge G., Wang S., Zheng W., Zhai W., Preparation of microcellular thermoplastic polyurethane (TPU) foam and its tensile property, Polymer Engineering & Science 2017, 158-166.
• [3] Nema A.K., Deshmukh A.V., Palanivelu K., Sharma S.K., Malik T., Effect of exo- and endothermic blowing and wetting agents on morphology, density and hardness of thermoplastic polyurethanes foams, Journal of Cellular Plastics 2008, 44, 277-292.
• [4] Stehr J., Chemical blowing agents in the rubber industry. Past - present - and future? International Polymer Science and Technology 2016, 43, 1-10.
• [5] Sadik T., Pillon C., Carrot C., Ruiz J-A.R., Dsc studies on the decomposition of chemical blowing agents based on citric acid and sodium bicarbonate, Thermochimica Acta 2018, 659, 74-81.
• [6] Stafin K., Leszczyńska A., Pielichowski K., Effect of silicon-based nanofillers on the foaming extrusion of thermoplastic polyurethane, Przemysł Chemiczny 2016, 95/10, 2054-2058.
• [7] Lach R., Michler G.H., Grellmann W., Microstructure and indentation behaviour of polyhedral oligomeric silsesquioxanes - modified thermoplastic polyurethane nanocomposites, Macromolecular Materials and Engineering 2010, 295, 484-491.
• [8] Pielichowski K., Njuguna J., Janowski B., Pielichowski J., Polyhedral oligomeric silsesquioxanes (POSS)-containing nanohybrid polymers, Advances in Polymer Science 2006, 201, 225-296.
• [9] Hebda E., Pielichowski K., Polyurethane/POSS Hybrid Materials, Polymer/POSS Nanocomposites and Hybrid Materials, Kalia S., Pielichowski K. (Eds.), Springer Nature Switzerland AG, 2018.
• [10] Stafin K., Leszczyńska A., Pielichowski K., Structure-property relationships in thermoplastic polyurethane nanocomposites containing POSS molecules, Modern Polymeric Materials for Environmental Applications 2016, 6, 325-333.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).