Úprava epoxidových pryskyřic přídavkem polyuretanu a nanojílu

Abstract

Disertační práce se zabývá chemickou a fyzikální úpravou vlastností epoxidové pryskyřice (EP) přídavkem nanojílu a polyuretanů s cílem - za předpokladu synergie působení obou modifikátorů - zlepšení jejích mechanických vlastností. Výběr polyuretanu (PUR) je motivován flexibilitou a universalitou jeho struktury/vlastností použitím vhodných kombinací výchozích látek pro jeho přípravu. Polyuretany použité v disertační práci byly syntetizovány z polyolů (polyetylénglykolů a polyoxypropylénů) s různou molekulovou hmotností a dvou diisokyanátů: 2,4-toluen diisokyanát (TDI) a difenylmethan 4,4'- diisokyanát (MDI). Bylo zjištěno, že krátké segmenty (PUR na bázi polyetylénglykolů) zvyšují ohybovou pevnost EP, zatímco kompozity obsahující PUR s dlouhými segmenty (syntetizované z polyoxypropylénů) jsou tužší. Použití MDI přináší výraznější zlepšení mechanických vlastností EP, než je tomu v případě aplikace TDI. Montmorillonit (MMT) je nanojíl známý svou schopností pozitivně ovlivnit lomovou houževnatost a pevnost polymerů, i když je k jejich modifikaci použit ve značně nižších koncentracích, než je tomu u plniv v mikronových rozměrech. Kompozity obsahující 1 % MMT se vyznačují zvýšenou pevností v rázu, zatímco 2 % MMT zlepšují především ohybové vlastnosti EP. Je však třeba zmínit, že vyšší stupeň plnění MMT má za následek zhoršení mechanických vlastností epoxidové pryskyřice. Hybridní kompozity obsahující 1 nebo 2 % MMT a 5 až 15 % PUR (MDI i TDI) vykazují zlepšené mechanické vlastnosti EP matrice. Jako optimální bylo vyhodnoceno plnění obsahující 1 % MMT a 15 % PUR připraveného z polyetylénglykolů s molekulovou hmotností 400 g/mol a MDI, kde strukturní analýza ukázala působení dvou mechanismů směřujících k zlepšení vlastností EP: exfoliace nanojílu a formace chemických vazeb mezi hydroxylovými skupinami EP a izokyanátovými skupinami PUR. Ke zlepšení mechanických vlastností EP tak došlo díky synergii modifikace přídavkem PUR a MMT; exfoliace nanojílu byla potvrzena rentgenovou difrakcí, a formace chemických vazeb infračervenou spektroskopií i kalorimetricky. K dalšímu zlepšení užitných parametrů EP přispívá i flexibilita řetězců polymerního modifikátoru. V případě použití MDI navíc dochází ke zlepšení houževnatosti bez zhoršení teplotních charakteristik, jak dokládají výsledky kalorimetrických zkoušek. Shrnutím dosažených výsledků lze vyvodit závěr, že připravené EP/PUR/MMT hybridní kompozity tvoří tzv. inter-penetrační EP/PUR síť, kde polyuretan hraje roli kompatibilizátoru mezi epoxidovou pryskyřicí a nanojílem, a podporuje tak jeho exfoliaci.