Propriedades de materiais nanoestruturados do sistema epoxídico DGEBA/TETA modificado com um éster de silsesquioxano

Abstract

Resinas epoxídicas são uma das mais importantes classes de polímeros termorrígidos usados para aplicações estruturais e como adesivos. Entretanto, os problemas em aplicações de resinas epoxídicas na engenharia incluem a baixa resistência à propagação de trincas devido a sua fragilidade. Para superar esta fragilidade, muitas vezes, dentre os aditivos em formulações multicomponentes de resinas epoxídicas, é utilizado um componente para aumentar a resistência, tais como enchimentos, oligosilsesquioxanos poliédricos (POSS), dendrímeros, etc. POSS (RSiO1,5)n podem ser incorporados em polímeros termorrígidos para melhoramento de suas propriedades térmicas e mecânicas. O uso de POSS nanoestruturados na preparação de polímeros orgânicos pode levar a materiais nanocompósitos. Neste trabalho, um POSS contendo oito grupos ésteres por molécula (MDPS) foi incorporado a uma matriz de polímeros termorrígidos epoxídicos DGEBA/TETA para melhorar suas propriedades mecânicas. Através de ensaios mecânicos foi observado um aumento de aproximadamente 90% (formulação 0,67/5) na resistência a fratura (K1C) com um leve decréscimo no modulo de Young (E). Os valores de Tg, verificados por DMTA mostraram pequeno decréscimo nas composições modificadas. As análises termogravimétricas mostraram que a adição de silsesquioxano não influenciou na estabilidade térmica do material. A cinética de cura foi analisada pelo método de Ozawa. As possíveis e prováveis causas deste significante reforço podem ser atribuídas à formação de uma segunda fase, à miscibilidade residual dos grupos ésteres com a matriz epoxídicas e às interações interfaciais entre a matriz epoxídicas e os cubos de silsesquioxanos devido as suas dimensões nanométricas.

Epoxy resins are one of the most important classes of thermosetting polymers used for structural and adhesive applications. However, the current problems in engineering applications of epoxy thermosets include the poor resistance to the crack propagation because they are brittle. To overcome brittleness, among other additives of the multicomponented formulation of the epoxy resin, a toughening agent is often used, such as fillers, polyhedral oligosilsesquioxanes (POSS), dendrimers, etc. POSS, (RSiO1.5)n, can be incorporated into thermosetting polymers to improve their thermal and mechanical properties. The use of such nanosized POSS in the preparation of an organic polymer can lead to a nanocomposite materials. In this work, a POSS containing eight ester groups per molecule (MDPS) was incorporated to an epoxy matrix of DGEBA/TETA thermosetting polymers to improve their mechanical properties. Through the mechanical tests an increase of about 90% (formulation 0,67/5) was observed in the fracture toughness (K1C) with a little decreasing in the module of Young (E). The Tg values verified by DMTA showed smaller values for the compositions with the modifier. The thermogravimetric analyses showed that the addition of the silsesquioxane ester did not influence on the thermal stability of the material. The cure kinetics was analyzed by Ozawa's method. The probable and possible causes of this significant reinforcement can be attributed to the formation of a second inorganic phase, residual miscibility of the ester groups with the epoxy matrix and to interfacial interactions between the epoxy matrix and silsesquioxanes cubes due their nanometric dimensions.