Термічна стійкість структури фулеренвмісних композитів на основі епоксидної смоли
The study investigated the influence of fullerenes on the thermal decomposition of epoxy resin using thermoprogrammed desorption mass spectrometry (TPD-MS) and Raman spectroscopy. Special attention was paid to changes in the polymer matrix degradation mechanism upon addition of fullerenes at low con...
Збережено в:
| Дата: | 2025 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Англійська |
| Опубліковано: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2025
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/813 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Репозитарії
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543971837214720 |
|---|---|
| author | Zhuravskyi, S.V. Siharova, N.V. Terets, М.І. Gavrylyuk, N.A. Shulga, S.V. Jukhymchuk, V.O. Mishchanchuk, O.V. Pączkowski , Przemysław Gawdzik, Barbara Trofymenko, S.I. |
| author_facet | Zhuravskyi, S.V. Siharova, N.V. Terets, М.І. Gavrylyuk, N.A. Shulga, S.V. Jukhymchuk, V.O. Mishchanchuk, O.V. Pączkowski , Przemysław Gawdzik, Barbara Trofymenko, S.I. |
| author_sort | Zhuravskyi, S.V. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2025-09-14T10:18:49Z |
| description | The study investigated the influence of fullerenes on the thermal decomposition of epoxy resin using thermoprogrammed desorption mass spectrometry (TPD-MS) and Raman spectroscopy. Special attention was paid to changes in the polymer matrix degradation mechanism upon addition of fullerenes at low concentrations (0.01–0.1 wt. %). It has been found that a fullerene content of 0.05 wt. % ensures the greatest thermal stability of the composite, with a pronounced suppression of heavy decomposition fragments and a predominance of light volatile products. This indicates an alteration of the kinetics and pathways of thermodegradative processes in the presence of the nanofiller.
The effect of fullerene content on the activation energy of thermal decomposition was analyzed, revealing that under certain conditions fullerenes can both retard and accelerate polymer degradation. This dual behavior is likely related to the introduction of structural defects in the polymer matrix, which affect the stability of chemical bonds. The physical mechanisms of fullerene action are discussed in terms of phonon relaxation, changes in electronic transport, and molecular mobility within the polymer/nanofiller interphase.
Raman spectra of the epoxy-fullerene composites show significant differences compared to those of the neat resin, confirming the impact of fullerenes on its structural properties. The low intensity of the characteristic fullerene bands in the composite spectra is attributed to the filler’s low concentration, while observed band shifts point to local stresses in the polymer matrix arising during curing.
These results provide deeper insight into the stabilization mechanisms of epoxy-based polymer composites by fullerenes and help to define the optimal conditions for their use as functional nanoadditives. The observed enhancement of thermal resistance underscores the effectiveness of fullerenes in suppressing thermodegradative processes and highlights their promise for high-temperature polymer applications. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:35:57Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-813 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-09-24T17:46:03Z |
| publishDate | 2025 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-8132025-09-14T10:18:49Z Thermal stability of the structure of fullerene-containing composites based on epoxy resin Термічна стійкість структури фулеренвмісних композитів на основі епоксидної смоли Zhuravskyi, S.V. Siharova, N.V. Terets, М.І. Gavrylyuk, N.A. Shulga, S.V. Jukhymchuk, V.O. Mishchanchuk, O.V. Pączkowski , Przemysław Gawdzik, Barbara Trofymenko, S.I. epoxy resin fullerenes thermal stability thermal decomposition activation energy of degradation епоксидна смола фуллерени термостабільність терморозпад енергія активації деструкції The study investigated the influence of fullerenes on the thermal decomposition of epoxy resin using thermoprogrammed desorption mass spectrometry (TPD-MS) and Raman spectroscopy. Special attention was paid to changes in the polymer matrix degradation mechanism upon addition of fullerenes at low concentrations (0.01–0.1 wt. %). It has been found that a fullerene content of 0.05 wt. % ensures the greatest thermal stability of the composite, with a pronounced suppression of heavy decomposition fragments and a predominance of light volatile products. This indicates an alteration of the kinetics and pathways of thermodegradative processes in the presence of the nanofiller. The effect of fullerene content on the activation energy of thermal decomposition was analyzed, revealing that under certain conditions fullerenes can both retard and accelerate polymer degradation. This dual behavior is likely related to the introduction of structural defects in the polymer matrix, which affect the stability of chemical bonds. The physical mechanisms of fullerene action are discussed in terms of phonon relaxation, changes in electronic transport, and molecular mobility within the polymer/nanofiller interphase. Raman spectra of the epoxy-fullerene composites show significant differences compared to those of the neat resin, confirming the impact of fullerenes on its structural properties. The low intensity of the characteristic fullerene bands in the composite spectra is attributed to the filler’s low concentration, while observed band shifts point to local stresses in the polymer matrix arising during curing. These results provide deeper insight into the stabilization mechanisms of epoxy-based polymer composites by fullerenes and help to define the optimal conditions for their use as functional nanoadditives. The observed enhancement of thermal resistance underscores the effectiveness of fullerenes in suppressing thermodegradative processes and highlights their promise for high-temperature polymer applications. У роботі досліджено вплив фулеренів на процес термічного розкладання епоксидної смоли за допомогою термопрограмованої десорбційної мас-спектрометрії (ТПД-МС) та Раман-спектроскопії. Особливу увагу приділено зміні механізму деструкції полімерної матриці при введенні фулеренів у низьких концентраціях (0.01–0.1 мас. %). Встановлено, що за вмісту фулеренів на рівні 0.05 мас. % досягається найкраща термостабільність композиту. При цьому утворення важких фрагментів терморозпаду значно пригнічується, а переважають легкі леткі продукти. Це свідчить про зміну кінетики та напрямку термодеструктивних процесів у присутності нанонаповнювачів. Проаналізовано вплив вмісту фулеренів на енергію активації процесів термічного розкладання та встановлено, що за певних умов фулерени можуть як уповільнювати, так і пришвидшувати деструкцію полімера. Такий ефект пов’язаний, ймовірно, з утворенням структурних дефектів у полімерній матриці, що впливають на стабільність хімічних зв’язків. Обговорюються фізичні механізми впливу фулеренів, зокрема фононна релаксація, зміни електронного транспорту та молекулярної рухливості у міжфазній області полімер/нанонаповнювач. Раманівські спектри епоксидної смоли з фулереном демонструють суттєві відмінності порівняно зі спектрами чистої смоли, що свідчить про вплив фулерену на її структурні властивості. Незначна інтенсивність характеристичних смуг фулерену у спектрах композиту пов'язана з низьким вмістом нанодобавки. Зсув смуг фулерену в спектрі вказує на наявність локальних напружень у полімерній матриці, що виникають під час її затвердіння. Отримані результати дозволяють глибше зрозуміти природу стабілізації полімерних композитів на основі епоксидних смол і визначити оптимальні умови введення фулеренів як функціональних нанодобавок. Підвищення термостійкості структури композитів свідчить про ефективне пригнічення термодеструктивних процесів і перспективність подальшого використання фулеренів у високотемпературних полімерних матеріалах. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2025-08-28 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/813 10.15407/hftp16.03.438 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 16 No. 3 (2025): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 438-447 Химия, физика и технология поверхности; Том 16 № 3 (2025): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 438-447 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 16 № 3 (2025): Хімія, фізика та технологія поверхні; 438-447 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp16.03 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/813/812 Copyright (c) 2025 S.V. Zhuravskyi, N.V. Siharova, М.І. Terets, N.A. Gavrylyuk, S.V. Shulga, V.O. Jukhymchuk, O.V. Mishchanchuk, Przemys?aw P?czkowski, Barbara Gawdzik, S.I. Trofymenko https://creativecommons.org/licenses/by/4.0 |
| spellingShingle | епоксидна смола фуллерени термостабільність терморозпад енергія активації деструкції Zhuravskyi, S.V. Siharova, N.V. Terets, М.І. Gavrylyuk, N.A. Shulga, S.V. Jukhymchuk, V.O. Mishchanchuk, O.V. Pączkowski , Przemysław Gawdzik, Barbara Trofymenko, S.I. Термічна стійкість структури фулеренвмісних композитів на основі епоксидної смоли |
| title | Термічна стійкість структури фулеренвмісних композитів на основі епоксидної смоли |
| title_alt | Thermal stability of the structure of fullerene-containing composites based on epoxy resin |
| title_full | Термічна стійкість структури фулеренвмісних композитів на основі епоксидної смоли |
| title_fullStr | Термічна стійкість структури фулеренвмісних композитів на основі епоксидної смоли |
| title_full_unstemmed | Термічна стійкість структури фулеренвмісних композитів на основі епоксидної смоли |
| title_short | Термічна стійкість структури фулеренвмісних композитів на основі епоксидної смоли |
| title_sort | термічна стійкість структури фулеренвмісних композитів на основі епоксидної смоли |
| topic | епоксидна смола фуллерени термостабільність терморозпад енергія активації деструкції |
| topic_facet | epoxy resin fullerenes thermal stability thermal decomposition activation energy of degradation епоксидна смола фуллерени термостабільність терморозпад енергія активації деструкції |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/813 |
| work_keys_str_mv | AT zhuravskyisv thermalstabilityofthestructureoffullerenecontainingcompositesbasedonepoxyresin AT siharovanv thermalstabilityofthestructureoffullerenecontainingcompositesbasedonepoxyresin AT teretsmí thermalstabilityofthestructureoffullerenecontainingcompositesbasedonepoxyresin AT gavrylyukna thermalstabilityofthestructureoffullerenecontainingcompositesbasedonepoxyresin AT shulgasv thermalstabilityofthestructureoffullerenecontainingcompositesbasedonepoxyresin AT jukhymchukvo thermalstabilityofthestructureoffullerenecontainingcompositesbasedonepoxyresin AT mishchanchukov thermalstabilityofthestructureoffullerenecontainingcompositesbasedonepoxyresin AT paczkowskiprzemysław thermalstabilityofthestructureoffullerenecontainingcompositesbasedonepoxyresin AT gawdzikbarbara thermalstabilityofthestructureoffullerenecontainingcompositesbasedonepoxyresin AT trofymenkosi thermalstabilityofthestructureoffullerenecontainingcompositesbasedonepoxyresin AT zhuravskyisv termíčnastíjkístʹstrukturifulerenvmísnihkompozitívnaosnovíepoksidnoísmoli AT siharovanv termíčnastíjkístʹstrukturifulerenvmísnihkompozitívnaosnovíepoksidnoísmoli AT teretsmí termíčnastíjkístʹstrukturifulerenvmísnihkompozitívnaosnovíepoksidnoísmoli AT gavrylyukna termíčnastíjkístʹstrukturifulerenvmísnihkompozitívnaosnovíepoksidnoísmoli AT shulgasv termíčnastíjkístʹstrukturifulerenvmísnihkompozitívnaosnovíepoksidnoísmoli AT jukhymchukvo termíčnastíjkístʹstrukturifulerenvmísnihkompozitívnaosnovíepoksidnoísmoli AT mishchanchukov termíčnastíjkístʹstrukturifulerenvmísnihkompozitívnaosnovíepoksidnoísmoli AT paczkowskiprzemysław termíčnastíjkístʹstrukturifulerenvmísnihkompozitívnaosnovíepoksidnoísmoli AT gawdzikbarbara termíčnastíjkístʹstrukturifulerenvmísnihkompozitívnaosnovíepoksidnoísmoli AT trofymenkosi termíčnastíjkístʹstrukturifulerenvmísnihkompozitívnaosnovíepoksidnoísmoli |