<p>U ovoj doktorskoj disertaciji je ispitan uticaj montmorilonita i<br />termoplastičnih segmentiranih poliuretana na kinetiku reakcija<br />umrežavanja, strukturu i svojstva funkcionalnih hibridnih<br />materijala na osnovu epoksidnih smola. Pripremljene su dve<br />serije uzoraka hibridnih materijala: prva na osnovu epoksidne<br />smole sa različitim sadržajem organski modifikovanog<br />montmorilonita (0, 1, 3, 5 i 10 mas.%) umrežene sa<br />umreživačem Jeffamine D-230; druga serija je sintetisana na<br />osnovu epoksidne smole, sa različitim sadržajem (10, 15 i 20<br />mas.%) termoplastičnog poliuretanskog elastomera sa<br />različitim sadržajem tvrdih segmenata (20, 25 i 30 mas.%)<br />sintetisanih na osnovu alifatičnog polikarbonatnog diola i<br />heksametilendiizocijanata i produživača lanca butandiola, kao<br />i katalizatora dibutiltin dilaurata; kao i bez dodatog elastomera<br />umrežene sa diaminom Jeffamine D-2000. Umrežavanje<br />reaktivnih sistema sa projektovanim sirovinskim sastavom je<br />praćeno diferencijalnom skenirajućom kalorimetrijom (DSC).<br />Modeli izokonverzije primenjeni su da se ustanovi da li<br />dodatak punila utiče na reakciju umrežavanja hibridnih<br />materijala. Sintetisani materijali su analizirani dinamičkomehaničkom<br />analizom (DMA), mikroskopijom atomskih sila<br />(AFM), kao i TG-DSC i TG-MS metodama i određena su<br />mehanička svojstva (zatezna čvrstoća, prekidno izduženje i<br />tvrdoća po Šoru A). Epoksidni materijal sa 10 mas.% organski<br />modifikovanog montmorilonita ima značajno niže vrednosti<br />energija aktivacije za definisane stepene reagovanja, čime je<br />potvrđen katalitički efekat gline sa slojevitom strukturom kada<br />je prisutna u reakcionoj smeši u dovoljnoj količini. Uticaj<br />otežane difuzije pri kraju reakcije je izraženiji u prisustvu<br />montmorilonita, čime je pokazano da njegovo prisustvo utiče<br />na ceo mehanizam umrežavanja. Utvrđeno je da na vrednosti<br />G', pored udela montmorilonita, utiče i stepen dispergovanja<br />čestica unutar polimerne matrice. Zaključeno je da dodatak<br />punila do 3 mas. % utiče povoljno na ispitana mehanička<br />svojstva, dok pri sadržaju od 5 i 10 mas. % dolazi do<br />aglomeracije čestica punila, što negativno utiče na ispitana<br />svojstva, osim tvrdoće, koja se povećava linearno sa dodatkom<br />punila montmorilonita. Na osnovu rezultata TG analize<br />zaključeno je da je sa porastom udela montmorilonita u<br />epoksidnoj matrici termička stabilnost uzoraka ispitivanih u<br />atmosferi vazduha neznatno poboljšana, dok u inertnoj<br />atmosferi nema uticaja na termičku stabilnost, niti na<br />mehanizam raspada hibridnih materijala na osnovu epoksidnih<br />smola sa različitim udelima montmorilonita. Kod sistema kod<br />kojih je dodavan termoplastični poliuretanski elastomer,<br />zaključeno je da pri većem sadržaju segmentiranih poliuretana<br />u epoksidnoj matrici (10 i 15 mas.%) proces umrežavanja<br />započinje na nižim temperaturama i maksimalna brzina se<br />ostvaruje na nižim temperaturama, a najveća vrednost<br />promena ukupne entalpije reakcije umrežavanja je određena za<br />hibridni materijal sa poliuretanom koji u svojoj strukturi ima<br />30 mas.% tvrdih segmenata. Zatezna čvrstoća hibridnih<br />materijala raste sa porastom udela tvrdih segmenata u strukturi<br />poliuretana, kao i sa porastom masenog udela poliuretanskog<br />elastomera u epoksidnoj matrici. Dodatkom termoplastičnih<br />segmentiranih poliuretana značajno je povećano prekidno<br />izduženje epoksidnih smola. Sa porastom udela tvrdih<br />segmenata kod poliuretana dodatih u istom masenom procentu<br />u epoksidnu matricu, tvrdoća raste. Ustanovljeno je da na<br />konačna svojstva hibridnih materijala utiče izbor polaznih<br />komponenti, način umešavanja punila u matricu i uslovi pri<br />kojima se vrši umrežavanje. Zaključeno je da je dobro<br />poznavanje kinetičkih parametara reakcije umrežavanja važno<br />za pravilan odabir optimalnih uslova za proizvodnju i preradu<br />hibridnih materijala u industrijskim uslovima.</p> / <p>In this thesis the influence of clay fillers and thermoplastic<br />segmented polyurethanes on the curing kinetics, structure and<br />properties of functional hybrid materials based on epoxy resins<br />was assessed. Two sets of hybrid material samples were<br />prepared. First type of samples was based on epoxy resin with<br />a different content of organically modified montmorillonite (0,<br />1, 3, 5 and 10 wt. %) and crosslinking with hardener Jeffamine<br />D-230. Second type of samples was based on epoxy resin,<br />having different content (10, 15 and 20 wt. %) of thermoplastic<br />segmented polyurethane with different content of hard<br />segments (20, 25 and 30 wt. %) based on aliphatic<br />polycarbonate macrodiols and hexamethylene diisocyanate,<br />with chain extender 1,4-butanediol and the catalyst, dibutyltin<br />dilaurate, and also a sample without added elastomeric<br />polyurethane and crosslinking with hardener Jeffamine D-<br />2000. The curing of the hybrid materials based on epoxy resins<br />systems were investigated by non-isothermal differential<br />scanning calorimetry (DSC). The kinetic study by<br />isoconversion models has been carried out using data from<br />DSC. The synthesized materials were analyzed by dynamicmechanical<br />analysis (DMA), atomic force microscopy (AFM)<br />as well as TG-DSC and TG-MS methods and mechanical<br />properties (tensile strength, elongation and hardness at Shore<br />A) were determined. Epoxy based hybrid material with 10 wt.<br />% of the organically modified montmorillonite has<br />significantly lower activation energy values for the defined<br />reaction rates, thereby confirming the catalytic effect of the<br />clay with the layered structure when present in the reaction<br />mixture in sufficient quantity. The diffusion effects at the end<br />of the reaction are more pronounced in the presence of<br />montmorillonite, which indicates that its presence affects the<br />entire curing mechanism. It was found that G', along with<br />montmorillonite content, is affected by the degree of particle<br />dispersion inside the polymer matrix. It was concluded that the<br />addition of montmorillonite up to 3 wt. % improves<br />investigated mechanical properties, while the samples with 5<br />and 10 wt. % of montmorillonite resulted in agglomeration of<br />the filler particles, which negatively influenced the<br />investigated properties, except for the hardness which<br />increases linearly with the addition of montmorillonite. TG<br />analysis shows that the increase of montmorillonite content in<br />the epoxy matrix slightly improves the thermal stability in the<br />air, while in the inert atmosphere there is no influence on the<br />thermal stability nor on the mechanism of the decomposition<br />of epoxy based hybrid materials. In the system with a<br />thermoplastic polyurethane filler, it was concluded that hybrid<br />materials with a higher content of segmented polyurethane (10<br />and 15 wt. %), curing process starts at lower temperatures and<br />the maximum speed is achieved at lower temperatures and the<br />highest value of changes in total enthalpy of the crosslinking<br />reaction is determined for the epoxy hybrid material with<br />polyurethanes containing 30 wt. % of hard segments. Tensile<br />strength of hybrid materials increases with the increase of hard<br />segments content in the polyurethane elastomer as well as with<br />the increase of polyurethane content in the epoxy matrix. The<br />addition of thermoplastic segmented polyurethanes<br />significantly increased the elongation at break of prepared<br />epoxy resins hybrid materials. The increase of the hard<br />segments content in polyurethane, in the same ratio, improves<br />hardness of epoxy based hybrid material. It was concluded that<br />the final properties of hybrid materials are influenced by the<br />selection of initial compounds, methods of processing and the<br />curing conditions. It was concluded, as well that knowing the<br />kinetic parameters of curing reaction is important for the<br />proper selection of optimal parameters for production and<br />processing of hybrid materials in industrial conditions.</p>
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uns.ac.rs/oai:CRISUNS:(BISIS)111006 |
| Date | 30 September 2019 |
| Creators | Teofilović Vesna |
| Contributors | Jovičić Mirjana, Bera Oskar, Pavličević Jelena, Baloš Sebastian |
| Publisher | Univerzitet u Novom Sadu, Tehnološki fakultet Novi Sad, University of Novi Sad, Faculty of Technology at Novi Sad |
| Source Sets | University of Novi Sad |
| Language | Serbian |
| Detected Language | English |
| Type | PhD thesis |
Page generated in 0.0198 seconds