Хімія, фізика та технологія поверхні, 2024, 15 (2), 291-300.

Механічні властивості, хімічна та термоокисна стійкість біополімерних матриць на основі епоксидної смоли та функціоналізованої соєвої олії



DOI: https://doi.org/10.15407/hftp15.02.291

O. G. Purikova, L. A. Gorbach, O. O. Brovko

Анотація


Синтезовано біополімерні матриці на основі епоксидної смоли ЕД-20 та соєвої олії (СO), що містить циклокарбонатні та епоксидні групи. Як твердники використовували моно(ціаноетил)діетилентриамін (УП) і трис(2-гідроксіетил)амін (ТЕА). Досліджено хімічну структуру, механічні властивості, термоокисну стійкість зразків та їхні зміни після контакту з дистильованою водою, лужним або кислим середовищем. За допомогою ATR-FTIR було продемонстровано можливе утворення фрагментів гібридного неізоціанатного поліуретану ( H-NIPU ) між циклокарбонатними групами СO та аміногрупами твердника. Ретельно досліджено вплив режиму тверднення та типу твердника на водопоглинання, хімічну та термоокисну стійкість розроблених біополімерних матриць. Біополімерні матриці на основі УП показали стійкість до води та лугів, подібну до стійкості чистих епоксидних полімерів, тоді як біополімерні матриці на основі TEA показали кращу стійкість до лужного та кислого середовища. Термоокисну стійкість відібраних зразків оцінювали методом ТГА в атмосфері повітря. Було продемонстровано, що епоксидний полімер, затверджений твердником TEA, був більш стабільним, ніж полімер, затверджений УП. Аналогічна залежність спостерігається для біополімерних матриць на основі твердника ТЕА. Режим тверднення практично не впливає на показники міцності на розрив зразків із складом ЕД-20/УП. Однак додавання функціоналізованої СО до епоксидної матриці, затвердженої за допомогою твердників TEA і УП, підвищує кінцеві значення міцності на розрив незалежно від типу функціональної групи. Як і очікувалося, усі біополімерні матриці показали вищі показники міцності на розрив, стійкість до води, лугу або кислоти, порівняно з немодифікованими епоксидними полімерами, що надає можливість їхнього подальшого застосування для отримання багатошарових біопластиків.


Ключові слова


біополімерні матриці; епоксидна смола; епоксидована та циклокарбонатна соєва олія; хімічна та термоокисна стійкість, механічні властивості

Повний текст:

PDF (English)

Посилання


1. Hоfer R., Selig M. Green chemistry and green polymer chemistry. Polymer Science: A Comprehensive Reference. 2012. 10: 5. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-53349-4.00252-1

2. Meier M.A.R., Metzger J.O., Schubert U.S. Plant oil renewable resources as green alternatives in polymer science. Chem. Soc. Rev. 2007. 36(11): 1788. https://doi.org/10.1039/b703294c

3. Khalifa M., Anandhan S., Wuzella G., Lammer He., Mahendran A.R. Thermoplastic Polyurethane Composites Reinforced with Renewable and Sustainable Fillers. Polym.-Plast. Technol. Mater. 2020. 59(16): 1751. https://doi.org/10.1080/25740881.2020.1768544

4. Mahmud S., Hasan K.M.F., Jahid Md.A., Mohiuddin K., Zhang R., Zhu J. Comprehensive review on plant-fiber reinforced polymeric biocomposites. J. Mater. Sci. 2021. 56: 7231. https://doi.org/10.1007/s10853-021-05774-9

5. Mosiewicki M.A., Aranguren M.I. A Short Review on Novel Biocomposites Based on Plant Oil Precursors. Eur. Polym. J. 2013. 49(6): 1243. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2013.02.034

6. Mohanty A.K., Misra M., Drzal L.T. Sustainable Bio-Composites from Renewable Resources: Opportunities and Challenges in the Green Materials World. J. Polym. Environ. 2002. 10: 19.

7. Chang B.P., Mohanty A.K., Misra M. Studies on durability of sustainable biobased composites: a review. RSC Adv. 2020. 10: 17955. https://doi.org/10.1039/C9RA09554C

8. Zhang C., Garrison T.F., Madbouly S.A., Kessler M.R. Recent advances in vegetable oil-based polymers and their composites. Prog. Polym. Sci. 2017. 71: 91. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2016.12.009

9. Sharma V., Kundu P. Addition Polymers from Natural Oils. Prog. Polym. Sci. 2006. 31: 983. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2006.09.003

10. Lligadas G., Ronda J.C., Galia M., Cadiz V. Renewable Polymeric Materials from Vegetable Oils: A Perspective. Mater. Today. 2013. 16: 337. https://doi.org/10.1016/j.mattod.2013.08.016

11. Ammar S., Iling A.W.M., Ramesh K., Ramesh S. Development of fully organic coating system modified with epoxidized soybean oil with superior corrosion protection performance. Prog. Org. Coat. 2020. 140: 105523. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2019.105523

12. Khalifa M., Anandhan S., Wuzella G, Lammer H., Mahendran A.R. Thermoplastic polyurethane composites reinforced with renewable and sustainable fillers - a review. Polym.-Plast. Technol. Mater. 2020. 59(16): 1751. https://doi.org/10.1080/25740881.2020.1768544

13. Aydoğmuş E., Dağ M., Yalçın Z.G., Arslanoğlu H. Synthesis and characterization of EPS reinforced modified castor oil-based epoxy biocomposite. J. Build. Eng. 2022. 47(8): 103897. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2021.103897

14. Ecochard Y., Caillol S. Hybrid polyhydroxyurethanes: How to overcome limitations and reach cutting edge properties? Eur. Polym. J. 2020. 137(15): 109915. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2020.109915

15. Gupta A.P., Ahmad S., Dev A. Modification of novel bio‐based resin‐epoxidized soybean oil by conventional epoxy resin. Polym. Eng. Sci. 2011. 51: 1087. https://doi.org/10.1002/pen.21791

16. Park S.J., Jin F.L., Lee J.R. Thermal and mechanical properties of tetrafunctional epoxy resin toughened with epoxidized soybean oil. Mater. Sci. Eng. A. 2004. 374(1-2): 109. https://doi.org/10.1016/j.msea.2004.01.002

17. Czub P. Characterization of an epoxy resin modified with natural oil‐based reactive diluents. Macromol. Symp. 2006. 245-246(1): 533. https://doi.org/10.1002/masy.200651377

18. Zhu J., Chandrashekhara K., Flanigan V., Kapila Sh. Curing and mechanical characterization of a soy‐based epoxy resin system. J. Appl. Polym. Sci. 2004. 91: 3513. https://doi.org/10.1002/app.13571

19. Gorbach L.A., Babkyna N.V., Purikova O.H., Barantsova A.V., Gryshchenko V.K., Brovko O.O. Physico-mechanical and viscoelastic properties of polymer compositions based on synthetic oligomer ED-20 and epoxidized soybean oil. Polym. J. 2021. 43: 95. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/polymerj.43.02.095

20. Parzuchowski P.G., Jurczyk-Kowalska M., Ryszkowska J., Rokicki G. Epoxy Resin Modified with Soybean Oil Containing Cyclic Carbonate Groups. J. Appl. Polym. Sci. 2006. 102: 2904. https://doi.org/10.1002/app.24795

21. Patent US N 7045577. Wilkes G.L., Sohn S., Tamami B. Nonisocyanate polyurethane materials, and their preparation from epoxidized soybean oils and related epoxidized vegetable oils, incorporation of carbon dioxide into soybean oil, and carbonation of vegetable oils. 2006.

22. Ghasemlou M., Daver F., Ivanova E.P., Adhikari B. Bio-based routes to synthesize cyclic carbonates and polyamines precursors of non-isocyanate polyurethanes: A review. Eur. Polym. J. 2019. 118: 668. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2019.06.032

23. Cornille A., Auvergne R., Figovsky O., Boutevin B., Caillol S. A Perspective Approach to Sustainable Routes for Non-Isocyanate Polyurethanes Eur. Polym. J. 2017. 87: 535. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2016.11.027

24. Gudzenko N.V., Gryshchenko V.K., Barantsova A.V., Busko N.A., Falchenko Z.V. Cyclocarbonates of methyl esters of rapeseed oil acids as monomers for urethane compositions. Iss. Chem. Chem. Technol. 2021. 2: 30. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.32434/0321-4095-2021-135-2-30-38

25. Bähr M., Bitto A., Mülhaupt R. Cyclic limonene dicarbonate as a new monomer for non-isocyanate oligo- and polyurethanes (NIPU) based upon terpenes. Green Chem. 2012. 14(5): 1447. https://doi.org/10.1039/c2gc35099h




DOI: https://doi.org/10.15407/hftp15.02.291

Copyright (©) 2024 O. G. Purikova, L. A. Gorbach, O. O. Brovko

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.