Amorfní epoxidové pryskyřice a jejich charakteristika pomocí termické analýzy

Metody termické analýzy jsou v oblasti polymerů široce využívány k charakterizaci materiálů. V této studii byly amorfní polymery, jako je polymetakrylmethylimid (PMMI) a epoxidové pryskyřice, zkoumány pomocí DSC, TGA a TGA-FT-IR.

Charakteristika polymetakrylmethylimidu (PMMI)

PMMI je termoplastický polymer, který se vyznačuje vysokou průhledností. Proto jej lze použít ve specifických aplikacích, jako je automobilový průmysl pro moduly světlometů, nebo obecněji pro optické součásti, jako jsou světlovody, čočky, optická vlákna, kryty svítidel, zaměřovací skla a krycí čočky.

Výsledky DSC analýzy PMMI

V porovnání s PMMA (polymetylmetakrylát) má PMMI vyšší teplotu tepelné deformace, což se projevuje i vyšší teplotou skelného přechodu (Tg). U PMMA je Tg 109,1 °C (střední bod) a u PMMI mnohem vyšší, 175,8 °C (střední bod).

Na první křivce ohřevu při DSC experimentu (modrá křivka) lze pozorovat kromě Tg skelného přechodu při 162,2 °C také endotermický efekt při 197,1 °C, který následuje bezprostředně po Tg. Jelikož tento efekt není při druhém zahřívání pozorován, lze předpokládat, že se může jednat o efekt odpařování těkavé složky. Skelný přechod PMMI lze nalézt na druhé křivce ohřevu (červená křivka) při 175,8 °C (střední bod).

Termogravimetrická analýza (TGA) PMMI

Jednou z termoanalytických metod pro kvantitativní ověření hmotnostního úbytku je termogravimetrická analýza (TGA). Na křivce TGA je v teplotním rozsahu od RT do 260 °C pozorován 1,0% hmotnostní úbytek. Maximum rychlosti úbytku hmotnosti pro tento krok úbytku hmotnosti lze pozorovat jako minimum na křivce DTG (první derivace křivky TGA) při 199,9 °C. Tento krok úbytku hmotnosti jasně odpovídá endotermickému efektu, který byl pozorován při 197,1 °C (teplota maxima) na první křivce ohřevu při měření DSC. Endotermický přechod vzorku nebo reakce je endotermická, pokud je k přeměně zapotřebí tepla.

Čtěte také: Jak vybrat a aplikovat epoxidové lepidlo na komponenty prutů

TGA-FT-IR analýza PMMI

Pro detekci a identifikaci vylučovaného plynu byl systém TGA spojen s FT-IR spektrometrem. Gram-Schmidtova křivka zobrazuje celkové intenzity IR a chová se jako zrcadlový obraz rychlosti úbytku hmotnosti (DTG), přičemž ukazuje také maximální intenzity během kroků úbytku hmotnosti. Extrahované IČ spektrum pro PMMI při 200 °C v porovnání s knihovním spektrem ukazuje, že uvolněným plynem je jednoznačně H2O.

Díky tomuto vhledu do materiálu lze také přesněji vysvětlit výsledky DSC pro první a druhý ohřev. Vzhledem k obsahu vody ve vzorku je teplota skelného přechodu pozorovaná při prvním zahřívání nižší než teplota pozorovaná při druhém zahřívání.

Charakteristika epoxidových pryskyřic

Epoxidové pryskyřice jsou poměrně mladé polymerní materiály, které se poprvé objevily na trhu v roce 1946. V šedesátých letech bylo tehdejší Československo jedním z jejich nejvýznamnějších světových výrobců. Epoxidové pryskyřice jsou většinou dvousložkové kapaliny, které po smíchání složek začnou polymerovat a vytvářet tvrdý, chemicky odolný a tvarově stálý odlitek. Kromě epoxidových pryskyřic na bázi dianů existují také novolakové epoxidy, cykloalifatické epoxidy a pryskyřice na bázi dusíkatých sloučenin.

Vytvrzování se uskutečňuje pomocí síťovacích činidel (tvrdidel). To mohou být buď látky schopné reakce s epoxidovými skupinami v pryskyřici, nebo látky, které iniciují polymeraci epoxidových skupin. Do první skupiny patří například polyaminy nebo aminoamidy, do druhé tzv. polymerační tvrdidla. Jako u každé síťovací reakce je důležitou charakteristikou bod gelace, kdy se utvoří nekonečná síťová struktura. Po dosažení tohoto bodu se zbylý rozpustný podíl (sol) postupně zabudovává do nekonečné trojrozměrné struktury. S tím současně roste síťová hustota, což se navenek projeví růstem tuhosti a tvrdosti.

Epoxidové pryskyřice (EP) podléhají polyadiční síťovací reakci, při které se neuvolňují molekuly small. Vlastnosti pryskyřice jsou silně závislé na struktuře, stupni zesíťování, typu a množství výztužného materiálu a postupu zpracování.

Čtěte také: řešení pro pevné spoje

Obecné vlastnosti epoxidových pryskyřic

• Dobrá houževnatost.
• Dobrá přilnavost na mnoha podkladech.
• Dobrá chemická odolnost.
• Nízké smrštění při vytvrzování.

Parametry a vlastnosti epoxidových pryskyřic

Každá epoxidová pryskyřice má své definované vlastnosti a vždy před odléváním by měl člověk vědět (podívat se do technického listu), jaké parametry a vlastnosti daná pryskyřice má a zda je vhodná pro daný projekt.

• UV odolnost - definuje odolnost pryskyřice proti UV záření. UV záření způsobuje degradaci - žloutnutí každého epoxidu - a tento parametr nám říká, za jak dlouho a do jakého odstínu pryskyřice změní odstín.
• Čas gelace - definuje dobu, za kterou pryskyřice zpolymeruje natolik, že zvýší svou hustotu do medové konzistence.
• Tvrdost v jednotkách ShA - určuje, jak je materiál tvrdý nebo houževnatý po vytvrzení metodou Shore. Ideální hodnota se pohybuje mezí 75-80ShA.
• Teplota skelného přechodu - určuje teplotní odolnost epoxidu. Jedná se o teplotu, při které polymer přechází z tvrdého sklovitého skupenství do pružného pryžovitého skupenství. Proces je vratný.
• Smrštění epoxidu - definuje úbytek objemu epoxidu při vytvrzování.
• Viskozita epoxidu v mPa.s - určuje, jak je pryskyřice tekutá.

Typy licích pryskyřic dle aplikace

• Licí pryskyřice pro malé odlitky - jako jsou šperky, psací pera, drobné dekorace, podtácky atd. Tento typ pryskyřic bývá řídký, rychlý ve vytvrzování (řádově hodiny až max. den).
• Licí pryskyřice pro střední odlitky - jako jsou epoxidová servírovací prkénka, drobné kusy nábytku, epoxidové lampy, epoxidové hodiny, střední konferenční stolky z epoxidové pryskyřice a dřeva apod. Tento typ pryskyřic bývá řídký, pomalejší ve vytvrzování (2-3 dny), nicméně s nimi lze již odlévat vrstvy až do např. 5 cm.
• Licí pryskyřice pro velké odlitky - jako jsou jídelní stoly z pryskyřice a dřeva tzv. river stoly, konferenční stolky, dveře, čela postelí, epoxidové vázy, větší kusy nábytku atd. Tyto epoxidové pryskyřice bývají řídké, pomalé ve vytvrzování (3-5 dní), mohou se s nimi lít větší objemy (až např. 50 L), a vyšší vrstvy (např. 10 cm).
• Licí pryskyřice na tenké vrstvy (table top pryskyřice) - pro vytvoření "skleněného" povrchu odlitku ze dřeva a pryskyřice.
• Umělecké licí pryskyřice - na vytváření epoxidových obrazů, geode art, různých efektů atd.

Použití epoxidových pryskyřic

• Výroba designového nábytku, zejména river stolů z epoxidové pryskyřice, konferenčních a odkládacích stolků, hodin z pryskyřice, šperků z pryskyřice.
• Dále epoxidových servírovacích prkének, epoxidových lampiček, epoxidových obrazů a jiných dekoračních výrobků.
• Speciální (efektové) pryskyřice - vyvinuty pro speciální účely.
• Stavebnictví (např. ochrana proti korozi, těsnění, nátěry podlah).
• Stavba lodí (konstrukční lepidlo).
• Elektronický průmysl (desky s plošnými spoji).
• Matrice pro kompozity vyztužené vlákny.

Výsledky DSC analýzy epoxidové pryskyřice

Jako amorfní polymer vykazuje tato epoxidová pryskyřice skelný přechod při 77 °C (střední bod) s měrnou tepelnou kapacitou 0,14 J/(g*K) při prvním ohřevu (modrá barva), po kterém následuje exotermický efekt (maximální teplota 174 °C) v důsledku dodatečného vytvrzení pryskyřice. V důsledku dodatečného vytvrzení se teplota skelného přechodu při druhém ohřevu (červená) posune na 88 °C (střední bod). Výška kroku zůstává téměř stejná. Protože nedochází k žádnému dalšímu exotermickému efektu, lze předpokládat, že epoxidová pryskyřice byla během prvního ohřevu zcela vytvrzena. Exotermický přechod vzorku nebo reakce je exotermická, pokud při ní vzniká teplo.

Přehled vlastností epoxidových pryskyřic

Čtěte také: všestrannost lepidel Unilex

tags: #dsc #amorfni #epoxidove #pryskyrice

Oblíbené příspěvky:

• Skryté vady nemovitostí a reklamace
• Průvodce štípanými tvárnicemi
• Typy vinylových podlah a odolnost
• Proč je Lužniki tak důležité pro ruský sport
• Elegance a funkčnost nočních stolků