Publication: Multifunctional layered double hydroxide (LDH) based epoxy nanocomposites
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Publication date
2015-09
Defense date
2016-01-15
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Abstract
As one of the most important thermosetting polymers, epoxy resin (EP) has acquired wide application in the fields of coating, adhesive, electronic/electrical insulation, carbon fiber composites and etc. EP possesses many outstanding advantages, such as low shrinkage, high thermal and mechanical stabilities and excellent solvent and chemical resistance. However, like most of polymeric materials, high flammability of
EP is its main fatal drawback, which has severely restricted the application fields required a remarkable flame-retardant standards. Thus, the flame retardancy of epoxy resins continues to remain as a very important area of research for polymer chemists and material engineers. Such research is also highly encouraged by the polymer industries because of huge economic and sociological casualties involved each year in fire accidents. Among the various methods of improving flame retardancy of polymeric materials, incorporation of flame retardants is a very commonly used one.
The present work and the relevant reporting involve the investigation of a relatively new fascinating nano-filler, known as layered double hydroxide (LDH) as potential flame retardant for polymers composites. The basic reason for selecting LDH or more specifically magnesium-aluminum based LDH (Mg-Al–LDH) is their typical metal hydroxide-like chemistry and conventional clay-like layered crystalline structure.
The current dissertation containing:
•Functionalization of LDH;
Multi-modifiers’ systems composed by bio-based modifiers such as hydroxypropyl-sulfobutyl-beta-cyclodextrin sodium (sCD) and its hybridized form with chalcone species (fCD), taurine (T), phytic acid (Ph), and dodecylbenzenesulfonate (DBS) were fabricated in this thesis, each designed for specified feature, aiming at developing high performance fire retardant epoxy nanocomposites.
•Preparation and characterization of functionalized LDH based epoxy nanocomposites;
Based on these functionalized LDHs, bisphenol A epoxy resin and diamino diphenyl sulfone (DDS), and utilizing multi step mixing method followed by appropriate curing process, series functionalized LDH/Epoxy nanocomposites have been developed.
•Structural Properties relationship;
The structural morphology of LDH/epoxy nanocomposites was investigated by transmission electron microscopy (TEM) and wide-angle X-ray scattering (WAXS), revealing that multi-modified LDH based epoxy nanocomposites showed much better dispersion state than the epoxy composites containing un-modified LDH or single modifier modified LDH. In contrast to conventional LDHs based epoxy composites, the functionalized LDH based epoxy nanocomposites show significantly improvement on both flame retardancy, such as passing UL94 V0 rating and significant reduction of peak of heat release rate, total heat release, total smoke, etc. and well maintenance on impact, flexural, micro-mechanical and anti-UV properties. Such multifunctional nano-hybrid will provide a promising solution to develop various functional epoxy-based composites for advanced applications.
Como uno de los polímeros termoestables más importantes, resina epoxi (EP) ha adquirido una amplia aplicación en los campos de recubrimiento, adhesivos, aislamiento eléctrico / electrónico, materiales compuestos de fibra de carbono y etc. EP posee muchas ventajas excepcionales, tales como baja contracción, alta térmica y estabilidades mecánicas y excelente disolvente y resistencia química. Sin embargo, como la mayoría de los materiales poliméricos, alta inflamabilidad de EP es su principal inconveniente fatal, que ha restringido severamente la aplicación campos requieren un notable estándares ignífugos. Por lo tanto, la resistencia a la llama de resinas epoxi sigue siendo como un área muy importante de la investigación para los químicos de polímeros e ingenieros de materiales. Este tipo de investigación es también muy animado por las industrias de polímeros debido a enormes bajas económicas y sociológicas que participan cada año en accidentes de fuego. Entre los diversos métodos para mejorar llama retardancia de materiales poliméricos, la incorporación de los retardantes de la llama es muy comúnmente usada. El presente trabajo y el informe correspondiente implican la investigación de un nuevo y fascinante nano-relleno relativamente, conocido como de doble capa de hidróxido (LDH) como potencial retardante de llama para polímeros compuestos. La razón básica para la selección de LDH o LDH más basada en específicamente de magnesio-aluminio (Mg-Al-LDH) es su química típica hidróxido como el metal y la estructura cristalina capas similar a la arcilla convencional. La tesis actual que contiene: • La funcionalización de la LDH; Los sistemas Multi-modificadores 'compuestas por modificadores de origen biológico, tales como hidroxipropil-sulfobutil-beta-ciclodextrina de sodio (SCD) y su forma hibridado con especies chalcona (FCD), taurina (T), el ácido fítico (Ph) y dodecilbencenosulfonato (DBS ) fueron fabricados en esta tesis, cada uno diseñado para la función especificada, con el objetivo de desarrollar de alto rendimiento nanocompuestos epoxi retardante de fuego. • Preparación y caracterización de nanocompuestos epoxi funcionalizados LDH basada; En base a estos LDHs funcionalizados, sulfona de bisfenol A resina epoxi y diamino difenil (DDS), y utilizando el método de mezclado de múltiples fases seguido por el proceso de curado apropiado, se han desarrollado series funcionalizado nanocompuestos LDH / epoxi. • Relación Propiedades Estructurales; La morfología estructural de nanocompuestos de LDH / epoxi se investigó por microscopía electrónica de transmisión (TEM) y de amplio ángulo de dispersión de rayos X (WAXS), revelando que LDH basado nanocompuestos epoxi multi-modificado mostraron mucho mejor estado de dispersión de los materiales compuestos epoxi que contienen ONU LDH modificado o solo LDH modificado modificador. En contraste con los materiales compuestos epoxi basadas LDHs convencionales, los nanocompuestos de LDH epoxi basada funcionalizados muestran una mejora significativa tanto en resistencia a la llama, tales como pasar calificación V0 UL94 y una reducción significativa del pico de la tasa de liberación de calor, la liberación total de calor, el humo total, etc. y bien el mantenimiento de las propiedades de impacto, flexión, micro-mecánicos y anti-UV. Tal multifuncional nano-híbrido proporcionará una solución prometedora para desarrollar diversos materiales compuestos a base de epoxi funcionales para aplicaciones avanzadas.
Como uno de los polímeros termoestables más importantes, resina epoxi (EP) ha adquirido una amplia aplicación en los campos de recubrimiento, adhesivos, aislamiento eléctrico / electrónico, materiales compuestos de fibra de carbono y etc. EP posee muchas ventajas excepcionales, tales como baja contracción, alta térmica y estabilidades mecánicas y excelente disolvente y resistencia química. Sin embargo, como la mayoría de los materiales poliméricos, alta inflamabilidad de EP es su principal inconveniente fatal, que ha restringido severamente la aplicación campos requieren un notable estándares ignífugos. Por lo tanto, la resistencia a la llama de resinas epoxi sigue siendo como un área muy importante de la investigación para los químicos de polímeros e ingenieros de materiales. Este tipo de investigación es también muy animado por las industrias de polímeros debido a enormes bajas económicas y sociológicas que participan cada año en accidentes de fuego. Entre los diversos métodos para mejorar llama retardancia de materiales poliméricos, la incorporación de los retardantes de la llama es muy comúnmente usada. El presente trabajo y el informe correspondiente implican la investigación de un nuevo y fascinante nano-relleno relativamente, conocido como de doble capa de hidróxido (LDH) como potencial retardante de llama para polímeros compuestos. La razón básica para la selección de LDH o LDH más basada en específicamente de magnesio-aluminio (Mg-Al-LDH) es su química típica hidróxido como el metal y la estructura cristalina capas similar a la arcilla convencional. La tesis actual que contiene: • La funcionalización de la LDH; Los sistemas Multi-modificadores 'compuestas por modificadores de origen biológico, tales como hidroxipropil-sulfobutil-beta-ciclodextrina de sodio (SCD) y su forma hibridado con especies chalcona (FCD), taurina (T), el ácido fítico (Ph) y dodecilbencenosulfonato (DBS ) fueron fabricados en esta tesis, cada uno diseñado para la función especificada, con el objetivo de desarrollar de alto rendimiento nanocompuestos epoxi retardante de fuego. • Preparación y caracterización de nanocompuestos epoxi funcionalizados LDH basada; En base a estos LDHs funcionalizados, sulfona de bisfenol A resina epoxi y diamino difenil (DDS), y utilizando el método de mezclado de múltiples fases seguido por el proceso de curado apropiado, se han desarrollado series funcionalizado nanocompuestos LDH / epoxi. • Relación Propiedades Estructurales; La morfología estructural de nanocompuestos de LDH / epoxi se investigó por microscopía electrónica de transmisión (TEM) y de amplio ángulo de dispersión de rayos X (WAXS), revelando que LDH basado nanocompuestos epoxi multi-modificado mostraron mucho mejor estado de dispersión de los materiales compuestos epoxi que contienen ONU LDH modificado o solo LDH modificado modificador. En contraste con los materiales compuestos epoxi basadas LDHs convencionales, los nanocompuestos de LDH epoxi basada funcionalizados muestran una mejora significativa tanto en resistencia a la llama, tales como pasar calificación V0 UL94 y una reducción significativa del pico de la tasa de liberación de calor, la liberación total de calor, el humo total, etc. y bien el mantenimiento de las propiedades de impacto, flexión, micro-mecánicos y anti-UV. Tal multifuncional nano-híbrido proporcionará una solución prometedora para desarrollar diversos materiales compuestos a base de epoxi funcionales para aplicaciones avanzadas.
Description
Keywords
Thermosetting polymers, Epoxy resin, Nanocomposites, Layered double hydroxide, LDH