اثر نوع و مقدار شتاب‌دهنده بر واکنش‌پذیری و رفتار پخت سامانه اپوکسی-دی‌سیان‌دی‌آمید-شتاب‌دهنده

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 تهران، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، صندوق پستی 775-14515

2 تهران، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، پژوهشکده فرایند، گروه کامپوزیت، صندوق پستی 112-14975

10.22063/jipst.2020.1751

چکیده

فرضیه: اثر چهار شتاب‌دهنده 6،4،2-تریس(دی‌متیل آمینومتیل) فنول (DMP30)، 2-متیل‌ایمیدازول (2MI)، 2-فنیل‌ایمیدازول (2PhI) و کربونیل‌دی‌ایمیدازول (CDI) با دو مقدار 0.6 و 1phr بر رفتار پخت رزین اپوکسی بر پایه دی‌گلیسیدیل اتر بیس‌فنول A و عامل پخت جامد دی‌سیان‌دی‌آمید یا دایسی مطالعه و بررسی شد. بدیهی است، با تغییر نوع و مقدار شتاب‌دهنده می‌توان واکنش‌پذیری و رفتار پخت سامانه اپوکسی-دایسی را کنترل کرد.
روش‌ها: از اندازه‌گیری تغییرات گرانروی برحسب زمان، زمان ژل‌شدن در سه دمای 110، 120 و 130 درجه سلسیوس چسبناکی، گرماسنجی پویشی تفاضلی ناهم‌دما و شناسایی دمای انتقال شیشه‌ای برای مطالعه واکنش‌پذیری و رفتار پخت سامانه اپوکسی-دایسی استفاده  شد.
یافته‌ها: شتاب‌دهنده CDI با مقدار phr 0.6 بیشترین عمر مفید را در میان سایر شتاب‌دهنده‌ها نشان داد. با افزایش مقدار شتاب‌دهنده به‌ویژه هنگام استفاده از CDI، عمر مفید فرمول‌بندی‌ها کاهش یافت. اختلاف در عمر مفید برای 2PhI کمترین مقدار بود و برای 2MI تغییری نکرد. داده‌های زمان ژل‌شدن نشان داد، واکنش‌پذیری شتاب‌دهنده‌های مختلف در دمای زیاد به‌ترتیب 2MI > DMP30 > CDI > 2PhI است. نتایج آزمون DSC نشان ‌داد، با افزایش مقدار شتاب‌دهنده، نیم‌رخ پخت تیزتر شد و گرمای واکنش (ΔH) افزایش و دمای انتقال شیشه‌ای (Tg) به مقدار شایان توجهی کاهش ‌یافت. نتایج DSC نشان داد، ترتیب واکنش‌پذیری شتاب‌دهنده‌های مختلف 2MI > CDI> DMP30 > 2PhI است. به‌عبارت دیگر، 2PhI کمترین واکنش‌پذیری و تیزترین نیم‌رخ پخت اما 2MI بیشترین واکنش‌پذیری با رفتار پخت پهن را نشان داد. بنابراین به‌نظر می‌رسد، شتاب‌دهنده CDI با مقدار 0.6phr به‌دلیل بیشترین عمر مفید در دمای محیط، سرعت پخت زیاد و داشتن بیشترین Tg بهترین شتاب‌دهنده باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of Type and Amount of Accelerator on Reactivity and Curing Behavior of Epoxy/Dicyandiamide/Accelerator System

نویسندگان [English]

  • Maryam Dareh 1
  • Mohamad Hosain Beheshty 2
  • Saeed Bazgir 1
1 Islamic Azad University, Science and Research Branch, P.O. Box 14515-775, Tehran, Iran
2 Department of Composite, Faculty of Polymer Processing, Iran Polymer and Petrochemical Institute, P.O. Box 14975-112 Tehran, Iran
چکیده [English]

Hypothesis: The effects of four accelerators 2,4,6-tris(dimethyl aminomethyl) phenol (DMP30), 2-methylimidazole (2MI), 2-phenylimidazole (2PhI) and carbonyldiimidazole (CDI) at 0.6 and 1 phr contents on the curing behavior of a diglycidyl ether of bisphenol A epoxy resin and dicyandiamide (dicy), a  solid curing agent, was investigated. Obviously, by changing the type and amount of accelerator, the reactivity and curing behavior of the epoxy/daisy system can be controlled.
Methods: Measuring the viscosity build-up versus time, gelation time measurement at 110, 120 and 130°C, tack, non-isothermal differential scanning calorimetry (DSC) and glass transition temperature characterization were used to study the reactivity and curing behavior of epoxy/dicy system.
Findings: The CDI accelerator at 0.6 phr content showed the highest pot-life. The pot-life of formulations decreased by increasing the amount of accelerator particularly when CDI was used. This difference in pot-life was lower for 2PhI and was not changed for 2MI. Gel-time data showed that the reactivity of different accelerators at high temperature was in order: 2MI > DMP30 > CDI > 2PhI. DSC test results showed that by increasing the amount of accelerator the heat of reaction increased, curing profile became sharp and glass transition temperature remarkably decreased. The broadest curing profile of 14°C also was seen for CDI. The DSC results showed that the reactivity of different accelerators was in order: 2MI > CDI > DMP30 > 2PhI. In other words, 2PhI showed the lowest activity and the sharpest curing profile and 2MI showed the highest activity with the wide curing behavior. It seems that the CDI accelerator at 0.6 phr content would be the best accelerator regarding the highest pot-life at room temperature, high curing rate and maximum Tg.

کلیدواژه‌ها [English]

  • epoxy
  • dicyandiamide
  • accelerator
  • curing
  • glass transition temperature
  1. Ahmadi Z., Nanostructured Epoxy Adhesives: A Review, Prog. Org. Coat., 135, 449-453, 2019.
  2. Ke L., Li C., He J., Dong S., Chen C., and Jiao Y., Effects of Elevated Temperatures on Mechanical Behavior of Epoxy Adhesives and CFRP-Steel Hybrid Joints, Compos. Struct., 235, 111789-11798, 2020.
  3. Mozaffari SM. and Beheshty M.H., Thermally-Latent Curing Agents for Epoxy Resins: A Review, Iran. J. Polym. Sci. Technol. (Persian), 31, 409-426, 2018.
  4. Niazi M. and Beheshty M.H., A New Latent Accelerator and Study of its Effect on Physical, Mechanical and Shelf-life of Carbon Fiber Epoxy Prepreg, Iran. Polym. J., 28, 337-346, 2019.
  5. Jahani M., Fatahi H., and Mortezaeei M., Effect of Aromatic Amine Structure as a Curing Agent on Molecular Packing and Mechanical Properties of Cured Epoxy Resin, Iran. J. Polym. Sci. Technol., (Persian), 32, 267-276, 2019.
  6. Hesabi M.N., Salimi A., and Beheshty M.H., Development of Amine-Based Latent Accelerator for One-Pot Epoxy System with Low Curing Temperature and High Shelf life, Eur. Polym. J., 112, 736-748, 2019.
  7. Guthner T. and Hammer B., Curing of Epoxy Resins with Dicyandiamide and Urones, J.  Appl. Polym. Sci., 50, 1453-1459, 1993.
  8. Hesabi M.N.,  Salimi A., and Beheshty M.H., Effect of Tertiary Amine Accelerators with Different Substituents on Curing Kinetics and Reactivity of Epoxy/Dicyandiamide System, Polym Test., 59, 344-354, 2017.
  9. Sacher E., Kinetics of Epoxy Cure: 3.The Systems Bisphenoi-A Epoxides/Dicy, Polymer, 14, 91-95, 1973.
  10. Amdouni N., Sautereau H., Gerard J.F., and Pascault JP., Epoxy Networks Based on Dicyandiamide, Effect of the Cure Cycle on Viscoelastic and Mechanical Properties, Polymer, 31, 1245-1253, 1990.
  11. Hayaty M., Beheshty M.H., and Esfandeh M., Cure kinetics of a glass/epoxy prepreg by dynamic differential scanning calorimetry, J. Appl. Polym Sci., 69, 62-69, 2011.
  12. Hayaty M., Honarkar H., and Beheshty M.H., Curing Behavior of Dicyandiamide/Epoxy Resin System Using Different Accelerators, Iran. Polym. J., 22, 591-598, 2013.
  13. Zhao C., Wan S.J., Wang L., Liu X.D., and Endo T., Carbonyl Diimidazole-Accelerated Efficient Cure of Epoxidized Soybean oil with Dicyandiamide, J. Polym. Sci. Part A, 52, 375-382, 2014.
  14. Liu X.D., Sudo A., and Endo T., Efficient Accelerating Effect of Carbonyldiimidazole on Epoxy-Dicyandiamide Curing System, J. Polym Sci., Part A: Polym. Chem., 49, 250-256, 2011.
  15. Liu X.D., Kimura M., Sudo A., and Endo T., Accelerating Effects of N-Aryl-N’,N’-Dialkyl Ureas on Epoxy-Dicyandiamide Curing System, J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem., 48, 5298-5305, 2010.
  16. Kim W.G. and Lee J.Y., Contributions of the Network Structure to the Cure Kinetics of Epoxy Resin Systems According to the Change of Hardeners, Polymer, 43, 5713-5722, 2002.
  17. Xue Y., Li C., Tan J., Su Z., Yang Y., Zhang G., and Zhang Q., Imidazole-Loaded Microcapsules as Latent Curing Agent with Superior Solvent Stability and Shelf Life, J. Mat. Scie., 55, 7321-7336, 2020.
  18. Yang B., Mao Y., Zhang Y., Bian G., Zhang L., Weia Y., Jiang Q., Qiu Y., and Liu W., A Novel Liquid Imidazole-Copper (II) Complex as a Thermal Latent Curing Agent for Epoxy Resins, Polymer, 178, 121586-12587, 2019.
  19. BS EN ISO 14692-1, Petroleum and Natural Gas Industries-Glass-Reinforced Plastics (GRP) Piping, British Standard, 2017.