Посилення епоксидних полімерів гідридсилільованим пірогенним кремнеземом
Fumed silica (FS) is widely used in numerous fields of application, the plastics industry being one of the most significance, where FS has proved to be successful as an efficient thickening, thixotropic, and anti-settling agent, as well as reinforcing filler. Chemical modification of silica surface...
Gespeichert in:
| Datum: | 2020 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | English |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2020
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/566 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| id |
oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-566 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2022-06-29T10:02:13Z |
| collection |
OJS |
| language |
English |
| topic |
кремнезем кремнійгідридні групи епоксидні полімери посилення |
| spellingShingle |
кремнезем кремнійгідридні групи епоксидні полімери посилення Kuzema, P. O. Starokadomsky, D. L. Tkachenko, O. O. Tertykh, V. A. Посилення епоксидних полімерів гідридсилільованим пірогенним кремнеземом |
| topic_facet |
silica silicon hydride groups epoxy polymers reinforcement кремнезем кремнійгідридні групи епоксидні полімери посилення кремнезем кремнийгидридные группы эпоксидные полимеры усиление |
| format |
Article |
| author |
Kuzema, P. O. Starokadomsky, D. L. Tkachenko, O. O. Tertykh, V. A. |
| author_facet |
Kuzema, P. O. Starokadomsky, D. L. Tkachenko, O. O. Tertykh, V. A. |
| author_sort |
Kuzema, P. O. |
| title |
Посилення епоксидних полімерів гідридсилільованим пірогенним кремнеземом |
| title_short |
Посилення епоксидних полімерів гідридсилільованим пірогенним кремнеземом |
| title_full |
Посилення епоксидних полімерів гідридсилільованим пірогенним кремнеземом |
| title_fullStr |
Посилення епоксидних полімерів гідридсилільованим пірогенним кремнеземом |
| title_full_unstemmed |
Посилення епоксидних полімерів гідридсилільованим пірогенним кремнеземом |
| title_sort |
посилення епоксидних полімерів гідридсилільованим пірогенним кремнеземом |
| title_alt |
Reinforcement of epoxy polymers with hydride-silylated fumed silica Усиление эпоксидных полимеров гидридсилилированным пирогенным кремнеземом |
| description |
Fumed silica (FS) is widely used in numerous fields of application, the plastics industry being one of the most significance, where FS has proved to be successful as an efficient thickening, thixotropic, and anti-settling agent, as well as reinforcing filler. Chemical modification of silica surface enlarges its functional capabilities. In particular, silica with grafted silicon hydride groups was found to be active in the processes of hydrosilylation of alkene and alkyne bonds in monomers during their polymerization, resulting in the formation of reinforced polymeric composites. Recently, specific epoxy resins have gained significance, and FS was found to be useful, particularly as rheological additive. The aim of this study was to evaluate the efficiency of hydride-silylated FS (HFS) as a potentially active reinforcing component for epoxy-based polymers. The activation energy for hydrosilylation of olefins is higher than that for ring-opening polymerization of epoxides, therefore, one may expect the latter process with participation of ?SiH groups to proceed more readily.HFS was obtained via FS treatment with triethoxysilane. The presence of grafted silicon hydride groups was confirmed by means of IR spectroscopy, and their concentration measured by titrimetric and spectrophotometric analysis was found to be about 0.4 mmol/g. FS-epoxy and HFS-epoxy composites were prepared by the corresponding filler introduction (2 wt. % loading) into the mixture of epoxy monomer and amine hardener. The resulted materials after curing were subject to compression, bending, and adhesion tests.Compression tests revealed that filling with FS and HFS reduced the compressive strength by 10%, however, HFS-epoxy composite was found to possess an increased by 20 % Young’s modulus for compression as compared to that for the unfilled epoxy polymer. Upon this, 2 wt. % loading with silicas keeps the ductility of the polymer. Also, silica-containing epoxy polymers showed an improved bending strength and bending modulus, the former being two times higher for HFS-epoxy composite than that for the unfilled polymer. The adhesion to steel was found to increase by more than 2 times upon filling with silicas, HFS-epoxy composite being also superior as compared to the FS-epoxy one. Thus, preliminary results indicate that fumed silica with grafted silicon hydride groups shows promise as active reinforcing filler for epoxy polymers. |
| publisher |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| publishDate |
2020 |
| url |
https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/566 |
| work_keys_str_mv |
AT kuzemapo reinforcementofepoxypolymerswithhydridesilylatedfumedsilica AT starokadomskydl reinforcementofepoxypolymerswithhydridesilylatedfumedsilica AT tkachenkooo reinforcementofepoxypolymerswithhydridesilylatedfumedsilica AT tertykhva reinforcementofepoxypolymerswithhydridesilylatedfumedsilica AT kuzemapo usilenieépoksidnyhpolimerovgidridsililirovannympirogennymkremnezemom AT starokadomskydl usilenieépoksidnyhpolimerovgidridsililirovannympirogennymkremnezemom AT tkachenkooo usilenieépoksidnyhpolimerovgidridsililirovannympirogennymkremnezemom AT tertykhva usilenieépoksidnyhpolimerovgidridsililirovannympirogennymkremnezemom AT kuzemapo posilennâepoksidnihpolímerívgídridsilílʹovanimpírogennimkremnezemom AT starokadomskydl posilennâepoksidnihpolímerívgídridsilílʹovanimpírogennimkremnezemom AT tkachenkooo posilennâepoksidnihpolímerívgídridsilílʹovanimpírogennimkremnezemom AT tertykhva posilennâepoksidnihpolímerívgídridsilílʹovanimpírogennimkremnezemom |
| first_indexed |
2025-07-22T19:34:08Z |
| last_indexed |
2025-07-22T19:34:08Z |
| _version_ |
1844168294651658240 |
| spelling |
oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-5662022-06-29T10:02:13Z Reinforcement of epoxy polymers with hydride-silylated fumed silica Усиление эпоксидных полимеров гидридсилилированным пирогенным кремнеземом Посилення епоксидних полімерів гідридсилільованим пірогенним кремнеземом Kuzema, P. O. Starokadomsky, D. L. Tkachenko, O. O. Tertykh, V. A. silica silicon hydride groups epoxy polymers reinforcement кремнезем кремнійгідридні групи епоксидні полімери посилення кремнезем кремнийгидридные группы эпоксидные полимеры усиление Fumed silica (FS) is widely used in numerous fields of application, the plastics industry being one of the most significance, where FS has proved to be successful as an efficient thickening, thixotropic, and anti-settling agent, as well as reinforcing filler. Chemical modification of silica surface enlarges its functional capabilities. In particular, silica with grafted silicon hydride groups was found to be active in the processes of hydrosilylation of alkene and alkyne bonds in monomers during their polymerization, resulting in the formation of reinforced polymeric composites. Recently, specific epoxy resins have gained significance, and FS was found to be useful, particularly as rheological additive. The aim of this study was to evaluate the efficiency of hydride-silylated FS (HFS) as a potentially active reinforcing component for epoxy-based polymers. The activation energy for hydrosilylation of olefins is higher than that for ring-opening polymerization of epoxides, therefore, one may expect the latter process with participation of ?SiH groups to proceed more readily.HFS was obtained via FS treatment with triethoxysilane. The presence of grafted silicon hydride groups was confirmed by means of IR spectroscopy, and their concentration measured by titrimetric and spectrophotometric analysis was found to be about 0.4 mmol/g. FS-epoxy and HFS-epoxy composites were prepared by the corresponding filler introduction (2 wt. % loading) into the mixture of epoxy monomer and amine hardener. The resulted materials after curing were subject to compression, bending, and adhesion tests.Compression tests revealed that filling with FS and HFS reduced the compressive strength by 10%, however, HFS-epoxy composite was found to possess an increased by 20 % Young’s modulus for compression as compared to that for the unfilled epoxy polymer. Upon this, 2 wt. % loading with silicas keeps the ductility of the polymer. Also, silica-containing epoxy polymers showed an improved bending strength and bending modulus, the former being two times higher for HFS-epoxy composite than that for the unfilled polymer. The adhesion to steel was found to increase by more than 2 times upon filling with silicas, HFS-epoxy composite being also superior as compared to the FS-epoxy one. Thus, preliminary results indicate that fumed silica with grafted silicon hydride groups shows promise as active reinforcing filler for epoxy polymers. Пирогенный кремнезем (ПК) широко используется во многих отраслях, причем индустрия пластмасс является одной из наиболее значимых, где ПК оказался эффективным в качестве загустителя, антислеживателя и тиксотропного агента, а также усиливающего наполнителя. Химическое модифицирование поверхности кремнезема расширяет его функциональные возможности. В частности, было обнаружено, что кремнезем с привитыми кремнийгидридными группами активен в процессах гидросилилирования алкеновых и алкиновых связей в мономерах во время их полимеризации, вследствие чего образуются усиленные полимерные композиты. В последнее время специфические эпоксидные смолы приобрели значимость, и ПК оказался эффективен, в том числе как реологическая добавка. Целью данной работы было оценить эффективность гидридсилилированного ПК (ГПК) как потенциально активного усиливающего компонента в составе эпоксидных полимеров. Энергия активации гидросилилирования олефинов выше таковой для полимеризации эпоксидов с разрывом цикла; таком образом, можно ожидать, что последний процесс с участием ?SiH будет протекать в более мягких условиях.ГПК был получен обработкой ПК триэтоксисиланом. Наличие привитых кремнийгидридных групп подтверждено методом ИК спектроскопии, а их концентрация, определенная методами титриметрического и спектрофотометрического анализа, составила примерно 0.4 ммоль/г. ПК- и ГПК-эпоксидные композиты были получены путем внесения соответствующего наполнителя (2 масс. %) в смесь эпоксидного мономера и отвердителя на основе амина. Образовавшиеся материалы после отверждения испытывали на сжатие, изгиб и адгезию.Тесты показали, что наполнение эпоксидной смолы ПК и ГПК на 10 % снижает прочность на сжатие, однако обнаружено, что ГПК-эпоксидный композит имеет повышенный на 20 % модуль упругости на сжатие по сравнению с таковым для ненаполненного полимера. При этом, наполнение 2 масс. % кремнеземами сохраняет пластичность полимера. Кроме того, наполненные эпоксидные полимеры показали улучшенные прочность и модуль упругости на изгиб, причем прочность ГПК-эпоксидного композита оказалась в два раза выше, чем в случае ненаполненного полимера. Установлено, что при наполнении кремнеземами адгезия к стальной поверхности увеличивается более чем в два раза, причем ГПК-эпоксидный композит также превосходит композит, содержащий ПК. Таким образом, предварительные результаты свидетельствуют о том, что кремнезем с привитыми кремнийгидридными группами является перспективным усиливающим наполнителем для эпоксидных полимеров. Пірогенний кремнезем (ПК) широко використовується у багатьох галузях, причому індустрія пластмас є однією із найбільш значних, де ПК виявився ефективним як загущувач, антизлежувач і тиксотропний агент, а також посилюючий наповнювач. Хімічне модифікування поверхні кремнезему розширює його функціональні можливості. Зокрема, було виявлено, що кремнезем з прищепленими кремнійгідридними групами є активним у процесах гідросилілювання алкенових та алкінових зв’язків у мономерах під час їхньої полімеризації, внаслідок чого утворюються посилені полімерні композити. Останнім часом набули значущості специфічні епоксидні смоли, і ПК виявився ефективним, у тому числі як реологічна добавка. Метою даної роботи було оцінити ефективність гідридсилільованого ПК (ГПК) як потенційно активного посилюючого компонента у складі епоксидних полімерів. Енергія активації гідросилілювання олефінів є вищою за таку для полімеризації епоксидів з розривом циклу, отже, можна очікувати, що перебіг останнього процесу за участю ?SiH груп відбуватиметься у більш м’яких умовах.ГПК було одержано обробкою ПК триетоксисиланом. Наявність прищеплених кремнійгідридних груп підтверджено методом ІЧ спектроскопії, а їхня концентрація, визначена методами титриметричного і спектрофотометричного аналізу, склала близько 0.4 ммоль/г. ПК- та ГПК-епоксидні композити одержано шляхом внесення відповідного наповнювача (2 мас. %) у суміш епоксидного мономера та затверджувача на основі аміну. Утворені матеріали після затвердіння випробовували на стискання, згинання та адгезію.Тести показали, що наповнення епоксидної смоли ПК і ГПК на 10 % знижує міцність на стискання, проте виявлено, що ГПК-епоксидний композит має підвищений на 20 % модуль пружності на стискання у порівнянні з таким для ненаповненого полімера. При цьому, наповнення 2 мас. % кремнеземами зберігає пластичність полімера. Крім того, наповнені епоксидні полімери показали покращену міцність та модуль пружності на згин, причому міцність для ГПК-епоксидного композиту виявилась вдвічі вищою за таку для ненаповненого полімера. Також встановлено, що при наповненні кремнеземом адгезія до сталі збільшується більше ніж у 2 рази, причому ГПК-епоксидний композит також перевершує композит, що містить ПК. Таким чином, попередні результати свідчать про те, що кремнезем з прищепленими кремнійгідридними групами є перспективним посилюючим наповнювачем для епоксидних полімерів. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2020-11-27 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/566 10.15407/hftp11.04.484 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 11 No. 4 (2020): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 484-491 Химия, физика и технология поверхности; Том 11 № 4 (2020): Химия, физика и технология поверхности; 484-491 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 11 № 4 (2020): Хімія, фізика та технологія поверхні; 484-491 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp11.04 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/566/569 Copyright (c) 2020 P. O. Kuzema, D. L. Starokadomsky, O. O. Tkachenko, V. A. Tertykh |