chemicallytechFine Chemical TechnologiesТонкие химические технологии2410-65932686-7575MIREA – Russian Technological University (RTU MIREA).10.32362/2410-6593-2024-19-6-528-535UMETEKchemicallytech-2195Research ArticleSYNTHESIS AND PROCESSING OF POLYMERS AND POLYMERIC COMPOSITESСИНТЕЗ И ПЕРЕРАБОТКА ПОЛИМЕРОВ И КОМПОЗИТОВ НА ИХ ОСНОВЕOscillation rheometry of curing process of epoxy binders modified with polyetherimideОсцилляционная реометрия процесса отверждения эпоксидных связующих, модифицированных полиэфиримидомhttps://orcid.org/0000-0003-1732-9999ПолунинС. В.PoluninS. V.

Полунин Степан Владимирович, к.х.н., доцент кафедры технологии переработки пластмасс

Scopus Author ID 57214461159, ResearcherID AGU-0493-2022

125047, Москва, Миусская пл., д. 9

Stepan V. Polunin, Cand. Sci. (Chem.), Associate Professor, Department of Plastic Processing Technology

ScopusAuthorID 57214461159, ResearcherID AGU-0493-2022

9, Miusskaya pl., Moscow, 125047

mcnion@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0002-6266-1624АтамасК. А.AtamasK. A.

Атамас Кирилл Андреевич, магистрант

125047, Москва, Миусская пл., д. 9

Kirill A. Atamas, Master Student

9, Miusskaya pl., Moscow, 125047

atamas.kirillandreich@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0390-9100ГорбуноваИ. Ю.GorbunovaI. Yu.

Горбунова Ирина Юрьевна, д.х.н., профессор, заведующий кафедрой технологии переработки пластмасс

125047, Москва, Миусская пл., д. 9

Scopus Author ID 7006042682, ResearcherID D-4732-2014

Irina Yu. Gorbunova, Dr. Sci. (Chem.), Professor, Head of the Department of Plastic Processing Technology

ScopusAuthor ID 7006042682, ResearcherID D-4732-2014

9, Miusskaya pl., Moscow, 125047

giy161@yandex.ruhttps://orcid.org/0009-0003-0204-5667МорозоваП. А.MorozovaP. A.

Морозова Полина Алексеевна, магистрант

Scopus Author ID 58560493900

125047, Москва, Миусская пл., д. 9

Polina A. Morozova, Master Student

Scopus Author ID 58560493900

9, Miusskaya pl., Moscow, 125047

polinaalex1999@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0004-2210-7076МараховскийК. М.MarakhovskyK. M.

Мараховский Константин Маркович, к.т.н., заведующий лабораторией испытаний полимерного сырья и изделий из пластмасс

121059, Москва, Бережковская набережная, д. 20, стр. 10

Scopus Author ID 57210255996

Konstantin M. Marakhovsky, Cand. Sci. (Eng.), Head of the Laboratory for Testing Polymer Raw Materials and Plastic Products

20–10, Berezhkovskaya nab., Moscow, 121059

Scopus Author ID 57210255996

kmara@npoplastic.ruРоссийский химико-технологический университет им. Д.И. МенделееваРоссияMendeleev University of Chemical Technology of RussiaRussian FederationМежотраслевой институт переработки пластмасс – НПО «Пластик»РоссияMIPP – NPO “Plastik”Russian Federation202419012025196528535Copyright © Polunin S.V., Atamas K.A., Gorbunova I.Y., Morozova P.A., Marakhovsky K.M., 20252025Полунин С.В., Атамас К.А., Горбунова И.Ю., Морозова П.А., Мараховский К.М.Polunin S.V., Atamas K.A., Gorbunova I.Y., Morozova P.A., Marakhovsky K.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.finechem-mirea.ru/jour/article/view/2195

Objectives. The aim of this study is to ascertain the influence of polyetherimide on the curing process of epoxy binders.Methods. The storage modulus and loss modulus of epoxyamine systems were measured as a function of curing time on the Anton Paar MCR 302 rheometer. The experiments were carried out at an oscillation frequency of 1 Hz, with an amplitude aligned with the linear viscoelasticity region, and across a range of temperatures (160, 170, and 180°C). The crossover point was determined when the components of the complex modulus of elasticity are equal according to the obtained dependencies.Results. The influence of polyetherimide on the curing process of epoxyamine binders was investigated at a thermoplastic content of 5 to 20 pts. wt at three temperatures. In a system modified with 20 pts. wt of polyetherimide, phase separation was observed during the curing process. In systems modified with 10 and 20 pts. wt of polyetherimide, the limiting value of the modulus of elasticity was observed to be higher at 170°C than at 180°C.Conclusions. The modification of epoxyamine binders with thermoplastic in an amount of 5–20 pts. wt has been observed to extend the time required to reach the crossover point. Furthermore, the curing process markedly slows down in the system comprising 10 pts. wt of thermoplastic content, in which it takes the longest time to reach the crossover point at all three experimental temperatures.

Цели. Определение влияния полиэфиримида на процесс отверждения эпоксидных связующих.Методы. Методом осцилляционной реометрии фиксировали зависимость модуля накопления и модуля потерь эпоксиаминных систем от времени отверждения на приборе MCR 302 фирмы Anton Paar с частотой колебаний 1 Гц и амплитудой, соответствующей области линейной вязкоупругости, при трех температурах 160, 170 и 180℃. По полученным зависимостям определяли точку кроссовера при равенстве составляющих комплексного модуля упругости.Результаты. Установлено влияние полиэфиримида на процесс отверждения эпоксиаминных связующих при содержании термопласта от 5 до 20 мас. ч. на 100 мас. ч. эпоксидного олигомера при трех температурах. Для системы, модифицированной 20 мас. ч. полиэфиримида, зафиксировано фазовое разделение в процессе сшивания. В системах, содержащих 10 и 20 мас. ч. полиэфиримида, предельное значение модуля упругости оказывается выше при 170℃, чем при 180℃.Выводы. Введение полиэфиримида в эпоксиаминные связующие в количестве 5–20 мас. ч. увеличивает время достижения точки кроссовера. При этом наиболее сильно замедляется процесс отверждения для системы, содержащей 10 мас. ч. термопласта, время достижения точки кроссовера которой оказывается наибольшим при всех трех температурах эксперимента.

осцилляционная реометрияточка кроссовераэпоксидный олигомерполиэфиримидразделение фазoscillation rheometrycrossover pointepoxy oligomerpolyetherimidephase separationReferencesКербер М.Л., Виноградов В.М., Головкин Г.С., Горбаткина Ю.А., Крыжановский В.К., Куперман А.М., Симонов-Емельянов И.Д., Халиулин В.И., Бунаков В.А. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология. 6-е изд. СПб.: ЦОП «Профессия»; 2024. 712 с. ISBN 978-5-91844-136-5Kerber M.L., Vinogradov V.M., Golovkin G.S., et al. Polimernye kompozitsionnye materialy: struktura, svoistva, tekhnologiya (Polymer Composite Materials: Structure, Properties, Technology). St. Petersburg: Professiya; 2024. 712 p. (in Russ.). ISBN 978-5-91844-136-5Chen F., Zhang Y., Sun T., Han C.C. Miscibility, Phase Separation and Mechanism of Phase Separatrion in Epoxy/Thermoplastic Blends. In: Parameswaranpillai J., Hameed N., Pionteck J., Woo E. (Eds.). Handbook of Epoxy Blends. Springer; 2017. P. 487–521. http://doi.org/10.1007/978-3-319-40043-3_17Chen F., Zhang Y., Sun T., Han C.C. Miscibility, Phase Separation and Mechanism of Phase Separatrion in Epoxy/Thermoplastic Blends. In: Parameswaranpillai J., Hameed N., Pionteck J., Woo E. (Eds.). Handbook of Epoxy Blends. Springer; 2017. P. 487–521. http://doi.org/10.1007/978-3-319-40043-3_17Chen Z., Luo Z., Huang Z., Cai C., Tusiime R., Li Z., Wang H., Cheng C., Liu Y., Sun Z., Zhang H., Yu J. Synergistic toughen epoxy resin by incorporation of polyetherimide and amino groups grafted MWCNTs. Composit. Commun. 2020;21(8):100377. https://doi.org/10.1016/j.coco.2020.100377Chen Z., Luo Z., Huang Z., Cai C., Tusiime R., Li Z., Wang H., Cheng C., Liu Y., Sun Z., Zhang H., Yu J. Synergistic toughen epoxy resin by incorporation of polyetherimide and amino groups grafted MWCNTs. Composit. Commun. 2020;21(8):100377. https://doi.org/10.1016/j.coco.2020.100377Sun Z., Xu L., Chen Z., Wang Y., Tusiime R., Cheng C., Zhou S., Liu Y., Yu M., Zhang H. Enhancing the Mechanical and Thermal Properties of Epoxy Resin via Blending with Thermoplastic Polysulfone. Polymers. 2019;11(3):461–478. https://doi.org/10.3390/polym11030461Sun Z., Xu L., Chen Z., Wang Y., Tusiime R., Cheng C., Zhou S., Liu Y., Yu M., Zhang H. Enhancing the Mechanical and Thermal Properties of Epoxy Resin via Blending with Thermoplastic Polysulfone. Polymers. 2019;11(3):461–478. https://doi.org/10.3390/polym11030461Yu G., Wu P. Effect of chemical modified graphene oxide on the phase separation behaviour and properties of an epoxy/polyetherimide binary system. Polym. Chem. 2014;5(1):96–104. https://doi.org/10.1039/C3PY00878AYu G., Wu P. Effect of chemical modified graphene oxide on the phase separation behaviour and properties of an epoxy/polyetherimide binary system. Polym. Chem. 2014;5(1):96–104. https://doi.org/10.1039/C3PY00878AБресская А.Д., Трофимов Д.А., Симонов-Емельянов И.Д., Шалгунов C.И., Соколов В.И. Исследование поверхностного натяжения и углов смачивания для создания эффективных полимерных связующих на основе эпоксид ных олигомеров с активными разбавителями. Тонкие химические технологии. 2020;15(3):47–57. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2020-15-3-47-57Bresskaya A.D., Trofimov D.A., Simonov-Emel’yanov I.D., Shalgunov S.I., Sokolov V.I. Investigation of surface tension and contact angles for effective polymer binders based on epoxy oligomers and active diluents. Tonk. Khim. Tekhnol. = Fine Chem. Technol. 2020;15(3):47–57. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2020-15-3-47-57Muthalif M., Choe Y. Influence of Maleinized Polybutadiene on Adhesive Strenght and Toughness of Epoxy Resins. Int. J. Polym. Sci. 2022;2022(1):1–8. https://doi.org/10.1155/2022/9517467Muthalif M., Choe Y. Influence of Maleinized Polybutadiene on Adhesive Strenght and Toughness of Epoxy Resins. Int. J. Polym. Sci. 2022;2022(1):1–8. https://doi.org/10.1155/2022/9517467Deng H., Yuan L., Gu A., Liang G. Facile strategy and mechanism of great toughening epoxy resin using polyethersulfone through controlling phase separation with microwave-assisted thermal curing technique. J. Appl. Polym. Sci. 2019;137(8):48394. http://doi.org/10.1002/app.48394Deng H., Yuan L., Gu A., Liang G. Facile strategy and mechanism of great toughening epoxy resin using polyethersulfone through controlling phase separation with microwave-assisted thermal curing technique. J. Appl. Polym. Sci. 2019;137(8):48394. http://doi.org/10.1002/app.48394Shapagin A.V., Budylin N.Yu., Chalykh A.E., Solodilov V.I., Korokhin R.A., Poteryaev A.A. Phase Equilibrium, Morphology, and Physico-Mechanics in EpoxyThermoplastic Mixtures with Upper and Lower Critical Solution Temperatures. Polymers. 2021;13(1):35–47. https://doi.org/10.3390/polym13010035Shapagin A.V., Budylin N.Yu., Chalykh A.E., Solodilov V.I., Korokhin R.A., Poteryaev A.A. Phase Equilibrium, Morphology, and Physico-Mechanics in EpoxyThermoplastic Mixtures with Upper and Lower Critical Solution Temperatures. Polymers. 2021;13(1):35–47. https://doi.org/10.3390/polym13010035Johnson L.M., Huffman N.D. Rheology of Epoxy/ Thermoplastic Blends. In: Parameswaranpillai J., Hameed N., Pionteck J., Woo E. (Eds.). Handbook of Epoxy Blends. Springer; 2017. P. 613–648. http://doi.org/10.1007/978-3-319-40043-3_21Johnson L.M., Huffman N.D. Rheology of Epoxy/ Thermoplastic Blends. In: Parameswaranpillai J., Hameed N., Pionteck J., Woo E. (Eds.). Handbook of Epoxy Blends. Springer; 2017. P. 613–648. http://doi.org/10.1007/978-3-319-40043-3_21Аринина М.П., Костенко В.А., Горбунова И.Ю., ИльинC.О., Малкин А.Я. Кинетика отверждения эпоксидного олигомера диаминодифенилсульфоном. Реология и калориметрия. Высокомолекулярные соединения. Серия А. 2018;60(5): 418–425. https://doi.org/10.1134/S2308112018050012Arinina M.P., Kostenko V.A., Gorbunova I.Yu., et al. Kinetics of curing of epoxy oligomer by diaminodiphenyl Sulfone: Rheology and calorimetry. Polym. Sci. Ser. A. 2018;60(5): 683–690. https://doi.org/10.1134/S0965545X18050012 [Original Russian Text: Arinina M.P., Kostenko V.A., Gorbunova I.Yu., Il’in S.O., Malkin A.Ya. Kinetics of curing of epoxy oligomer by diaminodiphenylsulfone. Rheology and calorimetry. Vysokomolekulyarnye Soedineniya. Seriya A.2018;60(5):418–425 (in Russ.). https://doi.org/10.1134/S2308112018050012 ]Cicala G., Mamo A., Latteri A., Recca G. Epoxy/thermoplastic blends: the effect of two different aromatic modifiers. J. Mater. Des. Appl. 2011;225(4):316–326. http://doi.org/10.1177/1464420711411397Cicala G., MamoA., LatteriA., Recca G. Epoxy/thermoplastic blends: the effect of two different aromatic modifiers. J. Mater. Des. Appl. 2011;225(4):316–326. http://doi.org/10.1177/1464420711411397Polunin S.V., Gorbunova I.Yu., Kerber M.L., Khokhlova E.V., Kryuchkov I.A., Kravchenko T.P., Studying the Rheokinetics of Curing Processes in Epoxy Amine Binders Modified with Carding Polysulfon. Polym. Sci. Ser. D. 2023;16(4):824–829. http://doi.org/10.1134/S1995421223040275Polunin S.V., Gorbunova I.Yu., Kerber M.L., Khokhlova E.V., Kryuchkov I.A., Kravchenko T.P., Studying the Rheokinetics of Curing Processes in Epoxy Amine Binders Modified with Carding Polysulfon. Polym. Sci. Ser. D. 2023;16(4):824–829. http://doi.org/10.1134/S1995421223040275Lee S.-Y., Kang M.-J., Kim S.-H., Rhee K.-Y., Lee J.-H., Park S.-J. Roles of Small Polyetherimide Moieties on Thermal Stability and Fracture Toughness of Epoxy Blends. Polymers. 2021;13(19):3310–3320. http://doi.org/10.3390/polym13193310Lee S.-Y., Kang M.-J., Kim S.-H., Rhee K.-Y., Lee J.-H., Park S.-J. Roles of Small Polyetherimide Moieties on Thermal Stability and Fracture Toughness of Epoxy Blends. Polymers. 2021;13(19):3310–3320. http://doi.org/10.3390/polym13193310Аринина М.П., Ильин C.О., Макарова В.В., Горбунова И.Ю., Кербер М.Л., Куличихин В.Г. Совместимость и реологические свойства смесей эпоксидианового олигомера с ароматическими полиэфирами. Высокомолекулярные соединения. Серия А. 2015;57(2):152–161. https://doi.org/10.7868/S2308112015020017Arinina M.P., Ilyin S.O., Makarova V.V., et al. Miscibility and rheological properties of epoxy resin blends with aromatic polyethers. Polym. Sci. Ser. A. 2015;57(2):177–185. https://doi.org/10.1134/S0965545X15020017 [Original Russian Text: Arinina M.P., Ilyin S.O., Makarova V.V., Kulichikhin V.G., Gorbunova I.Y., Kerber M.L. Miscibility and rheological properties of epoxy resin blends with aromatic polyethers. Vysokomolekulyarnye Soedineniya. Seriya A. 2015;57(2):152–161 (in Russ.). https://doi.org/10.1134/S2308112018050012 ]Guo Q., Zhu P., Li G., Huang L., Zhang Yu., Lu D., Sun R., Wong C.P. One-pot synthesis of bimodal silica nanospheres and their effects on the rheological and thermalmechanical properties of silica-epoxy composites. RSC Adv. 2015;5(62):50073–50081. https://doi.org/10.1039/C5RA06914AGuo Q., Zhu P., Li G., Huang L., Zhang Yu., Lu D., Sun R., Wong C.P. One-pot synthesis of bimodal silica nanospheres and their effects on the rheological and thermalmechanical properties of silica-epoxy composites. RSC Adv. 2015;5(62):50073–50081. https://doi.org/10.1039/C5RA06914A

The authors declare that there are no conflicts of interest present.