Struktura i właściwości żywic epoksydowych modyfikowanych

Danuta Chmielewska
Politechnika Poznańska, Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania
Stypendystka projektu pt. „Wsparcie stypendialne dla doktorantów na kierunkach uznanych
za strategiczne z punktu widzenia rozwoju Wielkopolski”, Poddziałanie 8.2.2 Programu
Operacyjnego Kapitał Ludzki
Struktura i właściwości żywic epoksydowych modyfikowanych
metalosilseskwioksanami
Rosnąca konkurencja na rynku tworzyw sztucznych stosowanych w wielu gałęziach
przemysłu
przyczynia
się
do
intensyfikacji
badań
nad
wytworzeniem
materiałów
polimerowych o specyficznych właściwościach. Dużymi możliwościami aplikacyjnymi
charakteryzuje się żywica epoksydowa stosowana jako osnowa w kompozytach, ze względu
na swoją wysoką wytrzymałość właściwą i niską gęstość. Kompozyty żywic epoksydowych
posiadają dobre właściwości mechaniczne i termiczne, wysoką odpornością chemiczną oraz
doskonałą przyczepność do wielu materiałów. W celu otrzymania materiałów polimerowych
o specjalnych właściwościach wprowadza się do nich różnego rodzaju napełniacze
i modyfikatory. Dążenie do zmniejszenia rozmiarów cząsteczek napełniaczy, a jednocześnie
nadanie im unikatowych właściwości wpłynęło na rozwój badań w zakresie inżynierii
materiałowej i nanotechnologii. Wielościenne oligomeryczne silseskwioksany (POSSPolyhedral Oligomeric Silsesquioxanes) określane są często, jako najmniejsze cząsteczki
krzemionki, jednak w przeciwieństwie do krzemionki tworzą skomplikowane struktury
połączone z różnymi organicznymi grupami funkcyjnymi-R. Odrębną grupę stanowią
silseskwioksany zwierające w swojej strukturze atomy metalu min. takie jak żelazo, cynk
i aluminium (Rys.1). Metalosilseskwioksany występują najczęściej w postaci dimeru i mogą
być stosowane jako katalizatory, inicjatory reakcji sieciowania oraz środki obniżające
palność.
Rys.1. Struktura stosowanego w badaniach
metalosilseskwioksanu Me-Al, R-Ph (rys. własny)
Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego
Silseskwioksany posiadają jednocześnie cechy związków organicznych i nieorganicznych, co
znacznie podnosi możliwości ich zastosowania, gdyż mogą one łączyć się z osnową
polimerową nie tylko wiązaniem fizycznym, ale również wiązaniami chemicznymi.
Praca doktorska realizowana jest w ramach inżynierii materiałowej, która zajmuje się
modyfikacją materiałów w celu otrzymania wyrobów, produktów o lepszych właściwościach.
Założeniem
pracy
doktorskiej
jest
rozszerzenie
wiedzy
na
temat
kompozytów
i nanokompozytów żywic epoksydowych oraz ich zastosowania w różnych gałęziach
przemysłu rozwijających się w Wielkopolsce. Celem naukowym jest ocena wpływu dodatku
metalosilseskwioksanów
epoksydowych.
Z
na
punktu
proces
widzenia
sieciowania
oraz
przetwórstwa
na
żywic
właściwości
kompozytów
chemoutwardzalnych
oraz
różnorodnych zastosowań przemysłowych ocena przebiegu procesu utwardzania, a w
szczególności czasu sieciowania i efektów termicznych związanych bezpośrednio z
sieciowaniem jest bardzo ważnym zagadnieniem. Wprowadzenie napełniaczy do żywic
wpływa korzystnie na właściwości utwardzonego tworzywa, przyczynia się do obniżenia
kosztów produktów, przedłużając czas życia kompozycji polimerowej, zmniejsza efekt
egzotermiczny
rekcji
sieciowania
i w niektórych
przypadkach
ułatwia
przetwórstwo.
Wytypowanie napełniacza spełniającego rolę inicjatora procesu sieciowania, pozwoliło
wyeliminować z kompozycji powszechnie stosowany szkodliwy dla zdrowia utwardzacz
aminowy. Zastąpienie tego utwardzacza innym ma ogromne znaczenie dla bezpieczeństwa i
zdrowia osób przetwarzających te polimery. W ramach pracy doktorskiej wykonano
szczegółową analizę literatury oraz baz patentowych mającą na celu wytypowanie
metalosilseskwioksanu
mogącego
znaleźć
zastosowanie
w modyfikacji
osnowy
epoksydowej. Następnie ustalono warunki utwardzania kompozycji o określonym składzie w
oparciu o badania zmian właściwości w czasie przebiegu reakcji sieciowania prowadzonej w
różnych temperaturach i wyznaczono najkorzystniejsze parametry przetwarzania.
Spodziewanym rezultatem badań jest opracowanie nowych sposobów utwardzania
żywic epoksydowych poprzez zastosowanie metalosilsekwioksanów, jako utwardzaczy oraz
wytworzenie kompozycji epoksydowej o regulowanym czasie życia. Efektem aplikacyjnym
pracy będzie próba zastosowania modyfikowanej żywicy epoksydowej, jako osnowy
polimerowej
w
laminatach
epoksydowo-szklanych.
W
przemyśle
samochodowym,
motoryzacyjnym i budowlanym rozwijającym się w Wielkopolsce modyfikowane żywice
epoksydowe mogą znaleźć zastosowanie jako tłoczniki do blach, prototypy, kleje, materiały
powłokowe takie jak lakiery czy podkłady oraz elementy konstrukcyjne w postaci laminatów.
Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego