اثر پلی‌سولفون و نانوصفحه‌های گرافن بر انعطاف‌پذیری پوشش‌های اپوکسی

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 مشهد، دانشگاه فردوسی مشهد، دانشکده علوم، گروه شیمی، صندوق پستی 91775

2 تهران، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، پژوهشکده مهندسی پلیمریزاسیون، گروه کاتالیست، صندوق پستی 112-14975

چکیده

رزین اپوکسی دارای خواص مکانیکی، شیمیایی، الکتریکی و گرمایی مطلوب است و در برابر خزش مقاومت نشان می­‌دهد. با وجود این خواص، رزین اپوکسی پخت شده شکننده است و مقاومت ضربه‌ کمی دارد. در این مطالعه به منظور رفع این مشکلات، از پلیمر گرمانرم پلی­‌سولفون و نانوصفحه‌های گرافن به­‌عنوان افزودنی تقویت­‌کننده برای بهبود انعطاف­‌پذیری پوشش اپوکسی استفاده شد. بنابراین، اثر افزودن درصدهای مختلف پلی­‌سولفون (5/0، 1، 5/2 و 5%) و نانوصفحه‌های گرافن (%5/0) روی خواص رزین اپوکسی به­‌وسیله آزمون­‌های گرماسنجی پویشی تفاضلی (DSC)، استحکام کششی، مقاومت در برابر ضربه و آزمون تعیین درصد ژل بررسی شد. نتایج نشان داد، استحکام کششی رزین اپوکسی با افزودن پلی­‌سولفون افزایش یافته است و از سوی دیگر نانوصفحه‌های گرافن انعطاف­‌پذیری نمونه دارای %1 پلی­‌سولفون را بهبود داده است. مطالعه خواص گرمایی نمونه­‌های پخت­ شده با آزمون DSC تغییر دمای انتقال شیشه­‌ای ماتریس اپوکسی را بر اثر واردشدن پلی­‌سولفون نشان می­‌دهد. همچنین، با افزایش نانوذرات گرافن به آمیزه دارای پلی­‌سولفون، مدول کاهش یافت که به دلیل کاهش درصد شبکه­‌ای­‌شدن است. آزمون مقاومت  در برابر ضربه­ نشان داد، نمونه دارای %1 وزنی پلی­‌سولفون و %5/0 گرافن دارای بیشترین استحکام و مقاومت ضربه است. رزین­‌های تهیه شده از این نوع آمیزه­‌های رزین اپوکسی می‌تواند در تهیه انواع پوشش­‌های انعطاف­‌پذیر و مقاوم در برابر خوردگی استفاده ­شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of Polysulfone and Graphene Nanosheets on the Flexibility of Epoxy Coatings

نویسندگان [English]

  • Bahareh Razavi 1
  • Navid Ramezanian 1
  • Saeed Ahmadjo 2
1 Department of Chemistry, Faculty of Science, Ferdowsi University of Mashhad, P.O. Box 91775, Mashhad, Iran
2 Catalyst Group, Faculty of Polymerization Engineering, Iran Polymer and Petrochemical Institute, P.O. Box:14975-112, Tehran, Iran
چکیده [English]

Epoxy resin has remarkable properties including excellent mechanical and electrical properties, thermal and chemical stability, and resistance to creep. On the other side, these resins are brittle with low resistance toward crack initiation and its growth. In order to solve this problem, thermoplastic polysulfone and graphene nanosheets have been used as filler for improving the flexibility of epoxy coatings. The effect of adding different amounts (1, 0.5, 2.5, 5 wt%) of polysulfone and 0.5 wt% of graphene nanosheets on the epoxy properties was investigated by thermal analysis (DSC), tensile strength, impact resistance and determining the gel content of samples. The results showed that the tensile strength of epoxy resin increased by adding polysulfone, and the graphene nanosheets could improve flexibility of the sample containing 1 wt% polysulfone. The study of thermal properties of cured samples by means of DSC analysis showed that the addition of polysulfone into the epoxy network resulted in changing the glass transition (Tg) of the resin. With incorporation of graphene nanosheets into the polymer matrix, the modulus decreased due to the reduction in number of crosslinks. The study in impact resistance of the samples showed that those containing 1 wt% polysulfone and 0.5 wt% graphene displayed high strength and impact resistance. These types of compounds can be used in flexible and anticorrosion coatings.

کلیدواژه‌ها [English]

  • polysulfone
  • flexibility
  • epoxy resin
  • graphene nanosheets
  • polymer networks
  1. Tyagi M. and Tyagi D., Polymer Nanocomposites and Their Applications in Electronics Industry, Int. J. Electron. Electr. Eng., 7, 603-608, 2014.
  2. Fathizadeh  M.A. and  Beheshty M.H.,  A Comparative Study on the Thermal Resistance, Flammability and Mechanical Properties of Unsaturated Polyester and Epoxy Resins, Iran. J. Polym. Sci. Thecnol. (Presian), 28, 409-419, 2016.
  3. Shokrolahi F., Mahdavian A.R., and Shokrollahi P., Cure Kinetics of Epoxy-Novolac Resin Containing Tetrabromo-Bisphenol-A as a Flame Retardant by Isothermal Calorimetry Method, Iran. J. Polym. Sci. Thecnol. (Persian), 26, 537-547, 2014.
  4. Lewis S.J., The Use of Carbon Fibre Composites on Military Aircraft, Compos. Manufact., 5, 95-103, 1994.
  5. Schwartz L.M., Auzerais F., Dunsmuir J., Martys N., Bentz D.P., and Torquato S., Transport and Diffusion in Three-Dimensional Composite Media, Physica A: Stat. Mech. Appl., 207, 28-36,1994.
  6. Shokrieh M.M., Rezvani S., and Mosalmani R., Preparation and Characterization of a Polymer Concrete and Estimation of Compressive Strength Using a Two-Phase Micromechanical Model, Iran. J. Polym. Sci. Thecnol. (Persian), 28, 111-120, 2015.
  7. Licari J.J. and  Hughes L.A., Handbook of Polymer Coatings for Electronics, Chemistry, Technology and Applications, William Andrew, New Jersey, 2nd ed., 23-25, 1990.
  8. Zavareh S. and Vahdat G., Toughening of Brittle Epoxy Using Bitumen as a New Modifier, J. Reinfor. Plast. Compos., 31, 247-258, 2012.
  9. Jagtap S.B., Rao V.S., Barman S., and  Ratna D., Nanocomposites Based on Epoxy Resin and Organoclay Functionalized with a Reactive Modifier Having Structural Similarity with the Curing Agent, Polymer., 63, 41-51, 2015.
  10. Ratna D., Handbook of Thermoset Resins, Shawbury, UK, ISmithers, 237-280, 2009.
  11. Bennett G.S., Farris R.J., and Thompson S.A., Amine-Terminated Poly(aryl ether ketone)-Epoxy/Amine Resin Systems as Tough High Performance Materials, Polymer, 32,1633-1641,1991.
  12. Konnola R., Nair C.P., and Joseph K., High Strength Toughened Epoxy Nanocomposite Based on Poly(ether sulfone)-Grafted Multi-Walled Carbon Nanotube, Polym. Adv. Technol., 27, 82-89, 2016.
  13. Thomas R., Yumei D., Yuelong H., Le Y., Molldenaers P., Weimin Y., Czigany T., and  Thomas S., Miscibility, Morphology, Thermal, and Mechanical Properties of a DGEBA Based Epoxy Resin Toughened with a Liquid Rubber, Polymer, 49, 278-294, 2008.
  14. Soares B.G., Leyva M.E., Moreira V.X., Barcia F.L., and Simao R.A., Morphology and Dielectric Properties of an Epoxy Network Modified by End-Functionalized Liquid Polybutadiene, J. Polym. Sci., 42, 4053-4062, 2004.
  15. Ozturk A., Kaynak C., and Tincer T., Effects of Liquid Rubber Modification on the Behavior of Epoxy Resin, Eur. Polym. J., 37, 2353-2363, 2001.
  16. Kaynak C., Ozturk A., and Tincer T., Flexibility Improvement of Epoxy Resin by Liquid Rubber Modification, Polym. Int., 51, 749-756, 2002.
  17. Ramos V., Costa H., Soares V., and Nascimento R., Modification of Epoxy Resin: A Comparison of Different Types of Elastomers, Polym. Test., 24, 387-394, 2005.
  18. Shin S.M., Shin D.K., and Lee D.C., Toughening of Epoxy Resins with Aromatci Polyesters, J. Appl. Polym. Sci., 78, 2464-2473, 2000.
  19. Albert P., Läuger J., Kressler J., and  Mülhaupt R., Anhydride-Cured Epoxy Resins Toughened with Diol-and Bis(4-Hydroxybenzoate)-Terminated Poly(tetrahydrofuran) Liquid Rubbers. Part I. Morphology and Blend Properties, Acta Polymerica, 46, 68-73, 1995.
  20. Ratna D. and Banthia A.K., Rubber Toughened Epoxy, Macromol. Res., 12, 11-21, 2004.
  21. Johnsen B.B, Kinloch A.J, Mohammed R.D, Taylor A.C., and Sprenger S., Toughening Mechanisms of Nanoparticle-Modified Epoxy Polymers, Polymer, 48, 530­-541, 2007.
  22. Lee J. and Yee A., Role of Inherent Matrix Toughness on Fracture of Glass Bead Filled Epoxies, Polymer, 41, 8375-8385, 2000.
  23. Chandrasekaran S., Seidel C., and Schulte K., Preparation and Characterization of Graphite Nano-Platelet (GNP)/Epoxy Nano-Composite: Mechanical, Electrical and Thermal Properties, Eur. Polym. J., 49, 3878-3888, 2013.
  24. Jouanneau J., Mercier R., Gonon L., and Gebel G., Synthesis of Sulfonated Polybenzimidazoles from Functionalized Monomers: Preparation of Ionic Conducting Membranes, Macromolecules, 40, 983-990,2007.
  25. Bishop M.T., Karasz F.E., and Russo P.S., Solubility and Properties of a Poly(ary1 ether ketone) in Strong Acids,  Macromolecules, 18, 86-93,1985.
  26. Hwang S.H., Kang D., Ruoff R.S., Shin H.S., and Park Y.B., Poly(vinyl alcohol) Reinforced and Toughened with Poly(dopamine)-Treated Graphene Oxide, and Its Use for Humidity Sensing, ACS Nano, 8, 6739-6747, 2014.
  27. Sichina W.J., Characterization of Epoxy Resins Using DSC, Thermal Analysis Application Note, Perkin Elmer Instruments, Norwalk, 2000.
  1. Sperling L.H., Introduction to Physical Polymer Science, John Wiley and Sons, Hoboken, NJ., 4 th ed., 404-407, 2006.