Evaluation of Curing Reaction Kinetics of Epoxy Siloxane Hybrid Polymers

Abstract

This study was performed for Teknos Deutschland GmbH in autumn 2014. The main aim was to explore and evaluate chemical reactions and kinetics in the curing process of epoxy-siloxane hybrid resin. This hybrid resin have two main reagents: an epoxy ring and silicone resin. Therefore, there is competing reactions when the epoxy ring reacts with epoxy-amine curing reaction and the silicone resin reacts with condensation reaction.

The experimental part was carried out in Fulda, Germany. The experimental coating batch was made without pigments or additives so that the results would be clearer. The batch was divided in to drops that have equal volume. Drops were put on the Teflon layer and kept in the climate chamber. These drops were measured with an FTIR spectrometer using ATR method. The results were spectra, which were compared and analyzed.

The results were not only supported the hypothesis about the reactions but also gave some new information about the kinetics. The curing process took a different length at time, depending on the layer and the reactions. For example the epoxy reaction took place in the top of the drop immediately while at the bottom of the drop it took several days. This information could be utilized in product development to improve quality or create even better resin.

Tämä insinöörityö tehtiin Teknos Deutschland GmbH:lle syksyllä 2014. Tarkoituksena oli selvittää ja arvioida pii-epoksi hartsin kovettumisreaktion kemiallisia reaktioita sekä kinetiikkaa. Tällä hybridi hartsilla on kaksi reagoivaa osaa: epoksi rengas ja pii hartsi. Tämän vuoksi reaktioita oli useampia, kun epoksi rengas reagoi epoksi-amiini kovetus reaktiona samalla kun pii hartsi reagoi kondensaatio reaktiolla.

Työn kokeellinen osuus tehtiin Fuldassa, Saksassa. Kokeellinen pinnoite-erä valmistettiin ilman pigmenttiä tai lisäaineita, jotta tulokset olisivat selkeämmät, ja jaettiin tilavuuksiltaan samankokoisiin pisaroihin. Pisarat laitettiin teflon levylle, jota säilytettiin ilmastokaapissa. Näitä näytepisaroita tutkittiin FTIR spektrometrilla, käyttäen ATR-metodia. Tuloksena saatuja spektrejä verrattiin ja tutkittiin.

Tulokset tukevat reaktioiden osalta hypoteesia, mutta kinetiikasta saatiin uutta tietoa. Kovettumisreaktioon tarvittava aika vaihtelee reaktiosta ja pinnoite kerroksesta. Esimerkiksi epoksi reaktio käynnistyi heti pisaran päällä, mutta kesti useita päiviä ennen kuin reaktio alkoi pisaran pohjalla.