اثر غلظت عامل پخت 1-متیل ایمیدازول کپسول‌دارشده با دیواره اپوکسی جامد بر خواص مکانیکی رزین اپوکسی

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

بابلسر، دانشگاه مازندران، دانشکده فنی و مهندسی ، گروه مهندسی شیمی، صندوق پستی 13534-47416

چکیده

فرضیه‌: رزین اپوکسی به‌دلیل خواص منحصربه‌فرد، در صنایع مختلف از جمله هوافضا و الکترونیک و تهیه چسب‌ها، رنگ‌ها و پوشش‌ها، به‌کار گرفته می‌شود. عوامل پخت اپوکسی‌ها را می‌توان به دو گروه معمولی (پخت محیطی یا پخت گرمایی) و تأخیری دسته‌بندی کرد. عوامل پخت تأخیری اضافه‌شده به رزین اپوکسی در شرایط معمول پایدارند، اما وقتی در معرض محرک بیرونی از قبیل گرما قرار گیرند، به‌سرعت موجب پخت رزین اپوکسی می‌شوند. کپسول‌دارکردن عامل پخت یکی از روش‌های اقتصادی تهیه عوامل پخت تأخیری یا غیرفعال بوده که توجه زیادی را جلب کرده است. غلظت عوامل پخت تأخیری کپسول‌دارشده بر خواص مکانیکی رزین اپوکسی پخت‌شده اثر زیادی دارد.
روش‌ها: با آزمون‌های دینامیکی مکانیکی گرمایی و سختی، اثر غلظت میکروکپسول دارای عامل پخت 1-متیل ایمیدازول با دیواره اپوکسی جامد بر خواص مکانیکی رزین اپوکسی پخت‌شده بررسی شد. 
یافته‌ها: اثر غلظت‌های 20، 25، 30 و 35phr میکروکپسول در اپوکسی مایع بر مدول ذخیره‌ (′E) و تانژانت زاویه فازی (tanδ) بررسی شد. نتایج نشان داد، با افزایش غلظت میکروکپسول در نمونه‌های پخت‌شده، مدول ذخیره به‌دلیل افزایش مقدار عامل پخت و در پی افزایش چگالی اتصال‌های عرضی، افزایش می‌یابد. از طرفی نتایج نشان داد، رزین اپوکسی مایع پخت‌شده با 30phr میکروکپسول، بیشترین دمای گذار شیشه‌ای (48C) را دارد. همچنین آزمون سختی، نتایج آزمون دینامیکی مکانیکی-گرمایی را در غلظت بهینه میکروکپسول تأیید می‌کند. همچنین نتایج نشان داد، در دمای 30C، با افزایش غلظت میکروکپسول از 20phr تا 25phr  مدول ذخیره کاهش می‌یابد. اما، با افزایش بیشتر غلظت میکروکپسول، مدول ذخیره سامانه رزین اپوکسی پخت‌شده افزایش می‌یابد. به‌طوری‌ که در این دما، رزین اپوکسی پخت‌شده با 35phr میکروکپسول، بیشترین مدول ذخیره‌ (723MPa) را دارد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Concentration Effect of Mcroencapsulated 1-Methyl Imidazole Curing Agent with Solid Epoxy Shell on Mechanical Properties of Epoxy Resin

نویسندگان [English]

  • Mohammad Rafie
  • Seyed Morteza Mozaffari
  • Hamed SalimiKenari
Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering and Technology, University of Mazandaran, P.O. Box 47416-13534, Babolsar, Mazandaran, Iran
چکیده [English]

Hypothesis: Epoxy resin is used in various industries such as adhesives, paints and coatings, aerospace and electronics due to its unique attributes. Epoxy curing agents can be generally classified in two groups of normal (room or high temperature) and latent curing agents. Latent curing agents are mixed with epoxy resins to obtain stable compounds at normal conditions. These compounds can cure epoxy resins rapidly when exposed to external stimulation, such as heat. Capsulation of curing agent as a cost-effective method has attracted an extensive attention to prepare non-reactive or latent curing agents. The concentration of microencapsulated latent curing agent significantly affects the final mechanical properties of cured epoxy resins.
Methods: The effect of concentration of microcapsules containing curing agent of 1-methyl imidazole by solid epoxy shell on the mechanical properties of epoxy resin was investigated using dynamic mechanical thermal analysis.
Findings: The effect of 20, 25, 30 and 35 phr (per hundred resin) microcapsules concentration in liquid epoxy on storage modulus (E′) and phase angle tangent (Tanδ) was investigated. The results showed that increasing the concentration of microcapsules in cured samples causes to advance storage modulus due to increasing the amount of curing agent and consequently increasing the density of crosslinks. On the other hand, it was found that liquid epoxy resin cured with 30 phr microcapsules has the highest glass transition temperature (48°C). The hardness test results also confirmed the results of thermal-mechanical dynamic test at the optimum microcapsule concentration. The results also indicated that at 30°C the storage module decreased by increasing microcapsule concentration from 20 to 25 phr.  The storage modulus of cured epoxy resins increased to higher values by increases in microcapsule concentration. Therefore, the epoxy resin cured by 35 phr microcapsule showed the highest storage module (723 MPa).

کلیدواژه‌ها [English]

  • Epoxy Resin
  • Latent Curing Agent
  • Microcapsule
  • Concentration of Curing Agent
  • Dynamic Mechanical Thermal Analysis

مراجع

  1. Aliakbari M., Jazani O.M., and Jouyandeh M., The Effect of Different Components in Formulation on Properties of Adhesives Based on Epoxy, Iran. Chem. Eng. J., 16, 76-89,
  2. Hara O., Curing Agents for Epoxy Resin, Three Bond Technical News, 32, 1-10, 1990.
  3. Mozaffari S.M. and Beheshty M.H., Nanoclay-Modified Microcapsules as a Latent Curing Agent in Epoxy, Bull., 78, 3103-3115, 2021.
  4. Xue Y., Li C., Tan J., Su Zh., Yang Y., Zhang G., and Zhang Q., Imidazole-Loaded Microcapsules as Latent Curing Agent with Superior Solvent Stability and Shelf Life, Mater. Sci., 55, 7321-7336, 2020.
  5. Mozaffari S.M. and Beheshty M.H., Thermally-Latent Curing Agents for Epoxy Resins: A Review, J. Polym. Sci. Technol. (Persian), 31, 409-426, 2019.
  6. Zhang P., Ali Shah S.A., Gao F., Sun H., Cui Zh., Cheng J., and Zhang J., Latent Curing Epoxy Systems with Reduced Curing Temperature and Improved Stability, Thermochimica Acta, 676, 130-138, 2019.
  7. Ooi S.K., Cook W.D., Simon G.P., and Such C.H., DSC Studies of the Curing Mechanisms and Kinetics of DGEBA Using Imidazole Curing Agents, Polymer, 41, 3639-3649, 2000.
  8. Fan J., Zheng Y., Xie Y., Sun Y., Luan Y. , Jiang W., Wang C., Liu Sh., and Liu X., Effect of Solvent Evaporation Technique on the Characteristics of Curing Agent Microcapsules and the Curing Process, Sci. Technol., 138, 80-90, 2017.
  9. Xing S., Yang J., Huang Y., Zheng Q., and Zeng J. , Preparation and Characterization of a Novel Microcapsule-Type Latent Curing Agent for Epoxy Resin, Design, 85, 661-670, 2015.
  10. Mozaffari S.M., Beheshty M.H., and Mirabedini S.M., Microencapsulation of 1-Methylimidazole Using Solid Epoxy Resin: Study on Microcapsule Residence Time and Properties of the System, Polym. J., 25, 385-394, 2016.
  11. Mozaffari S.M., Beheshty M.H., and Mirabedini S.M., Investigation of Encapsulation of 1-Methylimidazole Latent Curing Agent Using Solid Epoxy Resin, International Seminar on Polymer Science and Technology, Springer, 2018.
  12. Xiao L., Liu Z., Li N., Li Sh., Fu P., Wang Y., Huang J., ad Chena J., and Nie X., A Hyperbranched Polymer from Tung Oil for the Modification of Epoxy Thermoset with Simultaneous Improvement in Toughness and Strength, New J. Chem., 44, 16856-16863, 2020.
  13. Menard K.P. and Menard N.R., Dynamic Mechanical Analysis, CRC, 2020.
  14. Binks F.C., Cavalli G., Henningsen M., HowlinJ., and Hamerton I., Examining the Nature of Network Formation during Epoxy Polymerisation Initiated with Ionic Liquids, Polymer, 150, 318-325, 2018.
  15. Rmili W., Deffarges M.P., Chalon F., Ma Z., and Leroy R., Dynamic Mechanical Properties and Thermal Effect of an Epoxy Resin Composite, Encapsulation’s Element of a New Electronic Component, Electronic Mater., 43, 702-707, 2014.
  16. Buch X. and Shanahan M., Thermal and Thermo-Oxidative Ageing of an Epoxy Adhesive, Degrad. Stab., 68, 403-411, 2000.
  17. Giménez R., Giménez , Fernández-Francos X., Maria Salla J., Serra A., Mantecón A., and Ramis X., New Degradable Thermosets Obtained by Cationic Copolymerization of DGEBA with an s(γ-butyrolactone), Polymer, 46, 10637-10647, 2005.
  18. Landel R.F. and Nielsen L.E., Mechanical Properties of Polymers and Composites, CRC, 1993.
  19. Kishi H., Fujita A., Miyazaki H., Matsuda S., and Murakami A., Synthesis of Wood-Based Epoxy Resins and Their Mechanical and Adhesive Properties, Appl. Polym. Sci., 102, 2285-2292, 2006.
  20. Persso M., Thermo-Oxidative Degradation of High Temperature Polyimide Composites: Characterization and Modeling of Composites Affected by an Extreme Environment, Eng., 1-68, 2016.
مجله علوم و تکنولوژی پلیمر
دوره 34، شماره 6 - شماره پیاپی 176
بهمن و اسفند 1400
صفحه 523-532

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار