Preparation of thermo-responsive shape memory copolyester thermoplastic elastomer (COPE) and poly(ethylene-co-vinyl acetate) polymer blends

Öz

Thermo-responsive shape memory polymers (SMP) are smart materials that have the ability to change their shape in the presence of a heat stimuli. In this study, Thermo-responsive shape memory polymer blends which contain different portions of copolyester thermoplastic elastomer (COPE) and poly (ethylene-co-vinyl acetate) polymers were prepared by using melt mixing method. Morphological, thermal, mechanical and shape memory properties of the prepared blends were investigated. The polymer blend containing 50 wt% COPE and 50 wt% EVA showed co-continuous morphology, while other compositions were found to exhibit droplet morphology. While the melting and crystallization temperature of the COPE polymer increased in the presence of EVA, the melting and crystallization temperatures of the EVA polymer did not change. Thermo-responsive shape memory property analyses showed that the shape fixing (Rf) and shape recovery (Rr) ratios were increased when the amount of EVA increase in the polymer blend. 30C-70E blend exhibited 94.88 % shape fixing ratio and 89.20 % shape recovery ratio indicating the best shape-memory property. On the other hand, 50C-50E exhibited optimum properties with relatively higher deformability and modarate Rf and Rr values. The shape memory test of the 50C-50E polymer blend in hot water showed that after the material was deformed and cooled, it retained its temporary shape, and when it was reheated, it quickly returned to its permanent shape.

Anahtar Kelimeler

• shape memory,polymer blend,COPE,EVA,morphological properties

Isıl-duyarlı şekil hafızalı kopoliester termoplastik elastomer (COPE) ve poli(etilen-ko-vinil asetat) (EVA) polimer harmanlarının hazırlanması

Öz

Isıl-duyarlı şekil hafızalı polimerler (ŞHP) bir ısıl uyarıcı varlığında şeklini değitirebilme yeteğine sahip olan akıllı malzemelerdir. Bu çalışmada, farklı oranlarda kopoliester termoplastik elastomer (COPE) ve poli(etilen-ko-vinil asetat) polimerleri kullanılarak, eriyik harmanlama yöntemiyle ısıl-duyarlı şekil hafızalı polimer alaşımlar hazırlanmıştır. Hazırlanan polimer alaşımların morfolojik, ısıl, mekanik ve şekil hafızası özellikleri incelenmiştir. Ağırlıkça % 50 COPE ve % 50 EVA içeren polimer alaşım birlikte-sürekli morfolojisi gösterirken, diğer kompozisyonların damlacık morfoloji sergilediği belirlenmiştir. EVA varlığında COPE polimerinin erime ve kristalizasyon sıcaklığı artarken, EVA polimerinin erime ve kristalizasyon sıcaklıkları değişmemiştir. Isıl-duyarlı şekil hafızası özellik analizleri sonucunda, polimer alaşım içerisindeki EVA miktarı arttıkça şekil sabitleme (Rf) ve şekil geri kaznım (Rr) oranlarının yükseldiği görülmüştür. 30C-70E polimer alaşımının, %94,88 şekil sabitleme oranı ve %89,20 şekil geri-kazanım oranı ile en iyi şekil hafıza özelliğine sahip olduğu bulunmuştur. Diğer yandan, yüksek deforme edilebilirlik ve ortalama Rf ve Rr değerleriyle, 50C-50E polimer alaşımı optimum özellikler sergilemiştir. 50C-50E polimer alaşımının sıcak su içerisindeki şekil hafızası analizi, malzemenin deforme edilip soğutulmasından sonra geçici şeklini koruduğunu ve tekrar ısıtıldığında hızlı bir şekilde kalıcı şekline büyük oranda geri döndüğünü göstermiştir.

Anahtar Kelimeler

• şekil hafızası,polimer alaşım,COPE,EVA,morfolojik özellikler

Kaynakça

1. 1. Jing X., Mi H.Y., Huang H.X., Turng L.S., Shape memory thermoplastic polyurethane (TPU)/poly (ε-caprolactone) (PCL) blends as self-knotting sutures, J. Mech. Behav. Biomed., 64 94-103, 2016.
2. 2. Zhang H., Wang H., Zhong W., Du Q., A novel type of shape memory polymer blend and the shape memory mechanism, Polymer, 50 (6), 1596-1601, 2009.
3. 3. Wang L., Hua J., Wang Z., Facile design of heat-triggered shape memory ethylene-vinyl acetate copolymer/nitrile-butadiene thermoplastic vulcanizates via zinc dimethacrylate induced interfacial compatibilization, Polym. Test., 76 481-489, 2019.
4. 4. Chatterjee T., Dey P., Nando G. B., Naskar K., Thermo-responsive shape memory polymer blends based on alpha olefin and ethylene propylene diene rubber, Polymer, 78 180-192, 2015.
5. 5. Han J. L., Lai S. M., Chiu Y. T., Two‐way multi‐shape memory properties of peroxide crosslinked ethylene vinyl‐acetate copolymer (EVA)/polycaprolactone (PCL) blends, Polym Adv. Technol., 29 (7), 2010-2024, 2018.
6. 6. Kurahashi E., Sugimoto H., Nakanishi E., Nagata K., Inomata K., Shape memory properties of polyurethane/poly (oxyethylene) blends, Soft. Matter., 8 (2), 496-503, 2012.
7. 7. Liu C., Qin H., Mather P., Review of progress in shape-memory polymers, J. Mater. Chem., 17 (16), 1543-1558, 2007. 8. Praharaj Bhatnagar M., Mahanwar P., Investigating the compatibility of thermoplastic polyester elastomer/high-density polyethylene blends and its effect on the horizontal flame propagation, Plast. Rubber Compos., 49 (2), 66-78, 2020.
8. 9. Wegner G., Fujii T., Meyer W., Lieser G., Structure and properties of segmented polyether‐esters. II. Crystallization behavior of polyether‐esters with random distribution of hard segment length, Angew. Makromol. Chem., 74 (1), 295-316, 1978.

9. 10. Nagarajan V., Mohanty A. K., Misra M., Blends of polylactic acid with thermoplastic copolyester elastomer: effect of functionalized terpolymer type on reactive toughening, Polym. Eng. Sci., 58 (3), 280-290, 2018.
10. 11. Lopes Pereira E. C., Fernandes M. E. C., Pontes K., Soares B. G., Influence of protonic ionic liquid on the dispersion of carbon nanotube in PLA/EVA blends and blend compatibilization, Front. Mater., 6, 234, 2019.
11. 12. Zhang Z.X., He Z.Z., Yang J.H., Huang T., Zhang N., Wang Y., Crystallization controlled shape memory behaviors of dynamically vulcanized poly (l-lactide)/poly (ethylene vinyl acetate) blends, Polym Test, 51 82-92, 2016.
12. 13. Lai S.M., Li C.H., Kao H.C., Liu L.C., Shape Memory Properties of Melt-Blended Olefin Block Copolymer (OBC)/Ethylene-Vinyl Acetate Blends, J. Macromol. Sci., B, 58 (1), 174-191, 2019.
13. 14. Brogly M., Nardin M., Schultz J., Effect of vinylacetate content on crystallinity and second‐order transitions in ethylene—vinylacetate copolymers, J. Appl. Polym. Sci., 64 (10), 1903-1912, 1997.
14. 15. Wei Y., Huang R., Dong P., Qi X.-D., Fu Q., Preparation of polylactide/poly (ether) urethane blends with excellent electro-actuated shape memory via incorporating carbon black and carbon nanotubes hybrids fillers, Chin. J. Polym. Sci., 36 (10), 1175-1186, 2018.
15. 16. Lucas-Freile A., Sancho-Querol S., Yáñez-Pacios A. J., Marín-Perales L., Martín-Martínez J. M., Blends of ethylene-co-vinyl acetate and poly (3-hydroxybutyrate) with adhesion property, Express Polym. Lett., 12 (7), 600-615 2018.
16. 17. Tábi T., The application of the synergistic effect between the crystal structure of poly (lactic acid)(PLA) and the presence of ethylene vinyl acetate copolymer (EVA) to produce highly ductile PLA/EVA blends, J. Therm. Anal. Calorim., 138 (2), 1287-1297, 2019.
17. 18. Liu L., Wang Y., Xiang F., Li Y., Han L., Zhou Z., Effects of functionalized multiwalled carbon nanotubes on the morphologies and mechanical properties of PP/EVA blend, J. Polym. Sci., Part B: Polym Phys, 47 (15), 1481-1491, 2009.
18. 19. Wu X., Huang W., Tan H., Characterization of shape recovery via creeping and shape memory effect in ether-vinyl acetate copolymer (EVA), J. Polym. Res., 20 (8), 150, 2013.
19. 20. Lai S.-M., Huang P.-H., Kao H.-C., Liu L.-C., Shape Memory Properties of Melt-Blended Ethylene Vinyl Acetate (Eva)/Metallocene Polyethylene Eco-Blends, J. Macromol. Sci. B, 56 (2), 97-113, 2017.