Study of effect on chemorheology of nanostructured organophilic clay epoxy resin composite due to filler-matrix interaction

Nanocompósitos híbridos a base de resinas epoxídicas e argilas organofílicas têm sido desenvolvidos resultando em materiais com características mecânicas e térmicas melhoradas em relação aos compósitos convencionais. Entretanto, a incorporação de argila modificada altera as características reocinéticas de cura do polímero epoxídico ao mesmo tempo em que influencia nas características microestruturais responsáveis pelas propriedades mecânicas finais do compósito. Na literatura poucos estudos foram feitos sobre o efeito da carga nanoestruturada sobre as características reocinéticas de cura e também a aplicação de técnicas analíticas dielétricas que permitam o monitoramento do processo de cura nas condições atuais de trabalho. O estudo das características reocinéticas, dinâmico-mecânicas e dielétricas de compósitos de matriz epoxídica reforçado com argila do tipo montmorilonita organofílica foi realizado neste trabalho. Foram usados três tipos de argilas montmoriloníticas organofílicas comerciais Cloisite, com diferentes agentes modificadores e capacidade de troca iônica. Foi determinado pela análise por calorimetria exploratória diferencial (DSC) que a cinética de cura do sistema epóxi-anidrido, constituído por resina éter diglicidílico de bisfenolA (DGEBA), agente endurecedor anidrido hexahidroftálico (HHPA) e acelerador benzildimetilamina (BDMA), curado em dois estágios de temperatura, a 85 e 150oC, obedece ao modelo cinético de Sourour-Kamal no estágio de 85oC e ao modelo cinético de ordem n no estágio de 150oC. A análise cinética mostrou o efeito de aceleração da cura pelos diferentes tipos e composições de argilas. A análise dinâmico-mecânica (DMA) revelou dois picos nas curvas da tangente de perda, tan d, relacionados com as etapas de reação autocatalítica e de ordem n no estágio de cura a 85oC. Entretanto, os resultados do DMA não evidenciaram o efeito de aceleração da argila sobre a cura dos compósitos. Por outro lado, a análise dielétrica (DEA) apresentou resultados equivalentes aos da análise por DSC, evidenciando o papel de acelerador da cinética de cura da argila organofílica. A difração de raios X mostrou que as argilas sofreram intercalação no processo de cura. Como conclusão, o trabalho mostrou que as técnicas de análise cinética por DSC e DEA podem determinar a influência dos diferentes tipos e composições de argilas organofílicas. Não se determinou a influência específica que um tipo de argila teve sobre as características cinéticas e mecânicas dos compósitos nas composições estudadas.Hybrid nanocomposites based upon epoxy resin and organophylic clay mixes have been intensively studied because of their better mechanical and thermal properties as compared to conventional composites. Nevertheless when the organoclay is added to the epoxy reactive medium it does affect the thermoset polymer chemorheological behavior. Such interaction can define the composite ultimate mechanical properties. In the literature few works were done concerning the influence of nanostructured filler on the reactive medium chemorheology. Also the use of dielectric analysis as a tool for monitoring and evaluating the curing process of nanostructured composite will be of practical interest because this analytical technique can be used to study the curing process under actual processing condition. The aim of this work is the study of chemorheological, dynamic mechanical, and dielectric analysis of epoxyorganoclay composites. Composites prepared with epoxy-anhydride resin and three different modified organoclays were analysed through differential scanning calorimetry (DSC), dynamic mechanical analysis (DMA), dielectric analysis (DEA), and X-ray diffraction. The epoxy system is a diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA) resin, a hexahydrophtalic anhydride as curing agent, and benzyldimethylamine (BDMA) as accelerator mechanically mixed with commercial organoclay Cloisite and heat treated in two stages: one, at 85oC where the chemical reaction occurs; and a second higher temperature stage, at 150oC, where the full cure is attained. The kinetics analysis revealed that the lower temperature cure obeys the Sourour-Kamal model, whereas the higher temperature post cure stage follows the order n model kinetics. The kinetics analysis also revealed the effect of clay as accelerator. The DMA tan d presented two distinct peaks related to the autocatalytic and n-order kinetics steps. However, the DMA results did not showed any evidence of the accelerating effect of clay. On the other side the DEA analysis presented equivalent results of DSC. The X-ray difractograms showed clay intercalation on composites studied. As conclusion the DSC and DEA techniques can be used as analytical tool to determine the influence of incorporation of organoclay on reactive polymer medium