Kinetic study of the effect of poly(phenyl sulfone) on the curing of an epoxy/amine resin by conventional and by temperature‐modulated differential scanning calorimetry

Abstract

Kinetic studies of the curing reaction of semi-interpenetrating polymer networks (semi-IPNs) based on diglycidyl ether of bisphenol-A (DGEBA) and 4,4 -diaminodiphenylmethane (DDM), containing poly(phenyl sulfone) (PPSU), were carried out using differential scanning calorimetry (DSC) and temperature-modulated DSC (TMDSC), under both isothermal and dynamic conditions. The curing kinetics is discussed in the framework of three kinetic models: the Kissinger and the Flynn-Wall-Ozawa models, and the autocatalytic model developed by Kamal. To describe the cured reaction in its latter stage, we used the semi-empirical relationship proposed by Chern and Poehlein to consider the influence of diffusion on reaction rate. The cure mechanism for the system studied remained broadly autocatalytic regardless of PPSU content, and it became far more diffusion controlled at higher PPSU content and lower cure temperatures. The vitrification time of the resins was obtained with TMDSC by following the changes on the complex modulus of heat capacity, |C * P |, and exhibited a strong dependence on the PPSU content in the semi-IPN systems.

Estudio cinético del efecto de polifenilsulfona sobre el curado de una resina epoxi/amina mediante calorimetría diferencial de barrido convencional y modulada con temperatura: parte II

“…Este comportamiento indica que el PPSU no reacciona en estos sistemas, tal como se reportará el estudio de la cinética de curado y las propiedades mecánicas finales de diferentes sistemas epoxi/amina modificados con polifenilsulfona. El primero se focalizó en detallar la cinética del curado de sistemas epoxídicos basados en diglicidil éter de bisfenol-A (DGEBA) curados con 4,4'-diaminodifenilmetano (DDM) [19] . En este trabajo, la técnica de DSC, tanto convencional como la modulada por temperatura (TMDSC), fue usada para estudiar la cinética de curado de un sistema epoxídico basado en diglicidil éter de bisfenol-A (DGEBA) curada con 4,4'-diaminodifenilsulfona (DDS).…”

“…De estas mediciones se calculó una entalpía de reacción, ∆H 0 , de 390 J.g -1 para la reacción DGEBA/ DDS. Este valor es equivalente a 101 kJ.mol -1 de grupos epoxídicos, en concordancia con los valores hallados en la literatura [9,19,[23][24][25] .…”

“…Como en otros sistemas de reacción de epoxi/aminas [9,19,[26][27][28][29][30][31] , el |C P *| aumenta inicialmente, permanece constante y después disminuye y se nivela. El pequeño aumento inicial en |C P *| está asociado a un incremento en el número de estados configuracionales o un incremento de los modos vibracionales durante el crecimiento de las cadenas lineales, mientras que la zona nivelada corresponde al proceso de curado en el cual la red polimérica crece.…”

“…Las energías de activación, obtenidas por los métodos de Kissinger y Flynn-Wall-Ozawa, para los mismos datos de la Figura 5, son listados en la Tabla 3, en la cual puede verse que, como en otros sistemas epoxi/termoplástico reportados [19,[34][35][36][37][38] , los valores obtenidos por ambos métodos son muy similares, siendo, no obstante, ligeramente más grandes los valores obtenidos por el método de Flynn-Wall-Ozawa que por el método de Kissinger. Los resultados obtenidos permiten concluir que la energía de activación no presenta un marcado cambio con el contenido del termoplástico lineal para todos los sistemas estudiados.…”

“…disminuye con el contenido de PPSU, mientras que para el parámetro C no se halla ninguna tendencia apreciable, en concordancia con los estudios de Cole et al [42] , Barral et al [10] y Cedeño y Vázquez [19] para sistemas epoxi/amina.…”