Advanced hybrid copolymeric epoxy systems containing POSS nano-building blocks

Abstract

This Thesis investigates hybrid (organic-inorganic) copolymeric epoxy resins containing polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) nano-building co-monomeric units ('molecular silica') as physical crosslinkers. The main aim was to develop fully reversible and hence (re)processible epoxy networks, which could have a potential for 3D printing, or as structure components of self-healing networks. The epoxide-anhydride system was chosen as a polymer matrix with a minimal tendency to undergo side reactions during its cure. The simplest structures were linear polymers obtained from monoepoxides cured by a cyclic anhydride. The proper choice of aromatic or aliphatic monoepoxides as main monomers made it possible to obtain, by co-polymerization with POSS, vitrimer-like (glassy at room temperature) or elastomeric reversible networks. Several POSS monoepoxides covered by organic surface groups of varying crystallization tendency were evaluated as the physical crosslinkers. Only the strongest-crystallizing cyclopentyl-substituted (CpPOSS) and phenyl-substituted (PhPOSS) achieved sufficiently strong effects. Their minimum concentration, which was required for this purpose, was 10 mol% (CpPOSS), or 12 mol% of epoxy groups (PhPOSS), respectively, which corresponded to ca. 20-24 wt.%. The physical networks based...

Tato diplomová práce se věnuje hybridním (organicko-anorganickým) kopolymerním epoxidovým pryskyřicím obsahujícím nanometrické komonomerní jednotky polyhedrálního oligomerního silseskvioxanu (POSS) ("molekulární silika") coby fyzikální síťovadlo. Hlavním cílem bylo vyvinout plně reverzibilní a tudíž (znovu)zpracovatelné epoxidové sítě, které by mohly mít potenciál pro 3D tisk nebo jako strukturální komponenty samosrůstajících sítí. Jako polymerní matrice byl zvolen epoxid-anhydridový systém, který během svého vytvrzování prakticky nevykazuje vedlejší reakce. Nejjednoduššími strukturami byly lineární polymery získané z monoepoxidů vytvrzených cyklickým anhydridem. Správný výběr aromatických nebo alifatických monoepoxidů jako hlavních monomerů umožnil získat - cestou kopolymerace s POSS - vitrimerům podobné (sklovité při pokojové teplotě) nebo elastomerní reverzibilní sítě. Jako fyzikální síťovací činidla bylo zkoušeno několik monoepoxy-funkcionalizovaných POSS s organickými povrchovými substituenty o různém sklonu ke krystalizaci. Pouze ty s nejvyššími krystalizačními sklony, cyklopentyl-substituované (CpPOSS) a fenyl-substituované (PhPOSS), dosáhly dostatečně silných účinků. Jejich minimální koncentrace, která byla pro tento účel potřebná, činila 10 mol% (CpPOSS) nebo 12 mol% epoxidových skupin...