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화학(공학)

유럽 ​​폴리머 저널

by 이덕휴-dhleepaul 2023. 6. 2.

유럽 ​​폴리머 저널

166권, 2022년 3월 5일 , 111031

순수 에폭시 대 에폭시 무수물 광중합 비교

https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2022.111031권리 및 콘텐츠 얻기

추상적인

The epoxy/anhydride reaction is usually quite slow at room temperature RT (over an hour to achieve full conversion) and therefore requires heat treatment at a fairly high temperature. A new route is proposed in this work using an epoxy/anhydride photoactivated reaction. This reaction can be driven by both UV/visible and even near infrared light (NIR). To cause the polymerization of the epoxides with the anhydrides, a photoinitiating system is needed to ensure an efficient light activation. This means no external heat is required during reaction. Different epoxy/anhydride ratios are tested to optimize the system. Based on the different trials, a complete conversion of the epoxy function can be reached at 405 nm (visible light) or 785 nm (NIR light). Polymerization kinetics were followed by both real-time FTIR and photorheology experiments. The mechanical properties of this photoactivated epoxy/anhydride system are detailed.

소개

에폭시 중합체의 다양한 적용을 위해 업계에서는 접착제, 코팅 및 복합재와 같은 다양한 적용을 위한 새로운 제형 및 처리 기술을 개발했습니다. 이러한 애플리케이션은 건설, 전자, 자동차, 항공 등 다양한 분야에서 사용됩니다[1], [2], [3].

에폭시 그룹은 아민, 페놀, 메르캅탄과 같은 다양한 경화제와 반응할 수 있습니다. 아민은 에폭사이드에 가장 일반적으로 사용되는 경화제/경화제입니다. 실온에서 일어날 수 있는 에폭시/아민 중첨가와 달리, 에폭시/무수물 반응은 높은 열 활성화가 필요하며 일반적으로 덜 효율적입니다[4,5,6].

매우 긴 반응 시간, 낮은 열 발생 및 낮은 수축률은 에폭시 무수물 반응 [7], [8], [9], [10]과 함께 높은 유리 전이 온도 폴리머를 생성합니다. 무수물의 장점은 낮은 휘발성, 낮은 독성, 허용 가능한 점도 및 에폭사이드와 결합된 뛰어난 가사 시간입니다. 열 공정에 대한 대안 연구는 에너지 비용을 줄이는 데 매우 가치가 있습니다. 우리의 주요 목표는 외부 열 입력을 사용하지 않고 짧은 시간(초)에 높은 변환을 달성하는 것입니다. 보다 구체적으로, 발광 다이오드(LED) 조사는 합성 및 에너지 비용을 줄이기 위한 친환경적 접근 방식으로 사용될 수 있습니다. 예를 들어 LED는 온화한 조건(상온 RT)에서 라디칼 중합에 권장됩니다. [11] 이 작업에서는 에폭시/무수물 공정에 LED 사용을 확대할 것입니다.

3,4-에폭시사이클로헥실메틸 3,4-에폭시사이클로-헥실카복실레이트(EPOX 또는 UVicure S105)는 Sartomer-Lambson UK에서 제공했습니다. EPOX는 기준이 되는 지환족 에폭시 모노머입니다. 무수물 테트라히드로메틸프탈릭(ATHMP)은 Sigma-Aldrich로부터 공급받았다. EPOX 및 ATHMP는 벤치마크 에폭시 모노머 및 경화제로 각각 사용되었습니다(반응식 1).

광개시 시스템은 UV/가시광선용 요오도늄 염(반응식 2의 2-ITX) 및 근적외선용 NIR 염료(반응식 2의 IR-813)와 결합된 감광제로 구성됩니다. 2-이소프로필티오크산톤(2-ITX)은 TCI-유럽에서 제공받았고 요오도늄 염(비스-(4- tert- 부틸페닐)요오도늄 헥사플루오로포스페이트; Iod – Speedcure 938)은 Lambson Ltd에서 입수했습니다(반응식 2). NIR 염료: IR-813p-톨루엔술포네이트(2-2-2-클로로-3-2-1,3-디하이드로 1,1,3-트리메틸-2H-벤제인돌-2일리덴)에틸리-덴]-1 사이클로헥센-1 -yl]ethenyl]-1,1,3 트리메틸-1H-벤즈[e]인돌륨 4-메틸벤젠설포네이트 2-클로로-3-[2-(1,1,3 트리메틸-벤즈[e]인돌린-2-일리덴) 에틸리덴]-1-[2-(1,1,3 트리메틸-벤즈[e]인돌-륨-2일)비닐]사이클로헥세넵-톨루엔설포네이트)는 Lotchem Ltd(중국)에서 구입했습니다(반응식 2).

광중첨가 실험 동안 광개시 시스템은 무수물(ATHMP)에 용해되었습니다. 그 다음, 에폭시 단량체(EPOX)를 무수물 및 광개시 시스템 블렌드에 첨가하였다. 하나의 무수물과 반응하는 하나의 에폭시 고리가 있는 에폭시/무수물 다중첨가 공정을 강조하기 위해 에폭시와 무수물 작용기 사이의 다른 화학양론적 비율을 조사했습니다(반응식 3).

1.4 mm 두께의 샘플을 405 nm(150 mW.cm -2 ) 에서 레이저 다이오드(LD)로 조사하여 2-ITX/Iod를 포함하는 제제를, IR-813/Iod를 포함하는 제제를 레이저로 조사하였다. 785 nm(2,5 W.cm -2 ) 에서 다이오드(LD) . 실시간 푸리에 변환 적외선 분광법(RT-FTIR)(JASCO 4600 FTIR)으로 에폭시 기능 함량의 변화를 지속적으로 모니터링했습니다. 절차는 [11], [12], [13], [14], [15], [16], [17]에 자세히 설명되어 있습니다. 중합 공정은 또한 동적 레오미터로 수행되었습니다. 광유변학 실험 동안, G' 및 G''는 조사시 실시간으로 관찰되었다. 제형은 405nm(130mW.cm -2 ) 에서 발광 다이오드(LED)로 조사되었다 .

섹션 스니펫

실험적 부분

모든 상업용 화학 물질은 사용 가능한 최고 순도의 제품을 선택하여 받은 그대로 사용했습니다. 개시 시스템에 포함된 다양한 화학 물질의 백분율은 단량체 함량(중량)에서 계산되었습니다.

두꺼운 에폭시/무수물 샘플(1.4mm)의 경우 투과 기하학을 사용하여 광중합 공정을 수행했습니다. 반응은 얇은 폴리프로필렌 필름(80μm)인 바닥 부분이 있는 몰드(~7mm 직경) 내부에서 연구되었습니다. 에폭시드 피크의 진화

결과 및 토론

시스템의 광중합 성능은 그림 1A에 나와 있습니다. 서로 다른 조사 조건에 대해 두 가지 광화학 시스템을 비교합니다. UV/visible에서 2-ITX/Iod 시스템은 근적외선에서 IR813/Iod 시스템보다 더 나은 응답성을 나타냅니다. 2-ITX/Iod 시스템(그림 1a)에 대한 조사 300초에서 100%의 최대 에폭시 기능 변환에 도달합니다. 같은

결론

지환족 에폭사이드에 대해 에폭시/무수물 반응을 위한 새로운 UV 광활성화 공정이 제안되었습니다. 에폭시/무수물 중첨가 반응은 온화한 조사 조건(가시광선 또는 NIR 조명)에서 광개시 시스템으로 활성화될 수 있습니다. 흥미롭게도 광화학 시스템은 외부 열을 필요로 하지 않으며 짧은 시간에 매우 높은 에폭시 기능 전환율을 얻을 수 있습니다. 화학양론적 비율이 명확하게 설정됩니다. 기타 광 활성화 중첨가 공정은 다음과 같을 수 있습니다.

CRediT 저자 공헌 진술서

Tuba Kavalli: 방법론, 유효성 검사, 공식 분석, 조사, 데이터 큐레이션, 작성 – 원본 초안. Romain Wolf: 검증, 공식 분석, 조사, 데이터 큐레이션. 세리페 오젠: 검증, 형식 분석, 조사, 데이터 큐레이션. Jacques Lalevée: 개념화, 방법론, 검증, 공식 분석, 조사, 작성 – 원본 초안, 감독, 프로젝트 관리, 자금 조달.

경쟁 이해관계 선언

저자는 이 백서에 보고된 작업에 영향을 미칠 수 있는 경쟁적인 금전적 이익이나 개인적인 관계가 없음을 선언합니다.

참고문헌 (25)

  • T. Vidil et al.

    폴리엠. 화학.

    (2016)
  • C. Dietlin et al.

    폴리엠 . 화학 .

    (2015)
  • W. Emad et al.

    J. Mater. 해상도 기술.

    (2021)
  • BE Abaliet al.

    폴리머 테스트

    (2021)
  • 캘리포니아 메이에폭시 수지: 화학 및 기술
    (1988)
  • CA 하퍼플라스틱, 엘라스토머 및 복합 재료 핸드북
    (1992)
  •  
  • T. Kavalli et al.

    마크로몰. 화학. 물리학

    (2020)
  • J. Lalevee, H. Mokbel, T. Kavalli, R. Wolf, 특허 20315045.3,...
  • H. Mokbel et al.

    폴리엠. 화학.

    (2020)
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(2)에서 인용

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