Dual-curing thiol-acrylate-epoxy thermosets for functional applications

Abstract

Avui en dia, cada vegada més aplicacions exigeixen materials amb un disseny complex, missió complicada en polímers termoestables, i per això el curat dual és una eina extremament útil en el disseny de termoestables. El curat dual s'obté amb una combinació de dos processos d'entrecreuament de xarxa seqüencials o simultani. Els beneficis del processat dual es basen en la seva flexibilitat en el processat i en la possibilitat de millorar les propietats del material curat mitjançant processats en una etapa o en multi etapes. En aquest treball, vam desenvolupar un nou sistema de doble curat basat en dos reaccions tipus "clic": l'addició de tiol-acrilat de Michael (primera etapa) i la reacció tiol-epoxi (segona etapa). Aprofitant el sistema desenvolupat, es va demostrar que el processat mitjançant curat en dues etapes tenia un gran valor potencial en l'aplicació com a unions adhesives, ja que permet un control dimensional precís de la capa adhesiva i una major resistència adhesiva que el curat en un únic pas. Finalment, el sistema de doble curat tiol-acrilat-epoxi es va utilitzar per desenvolupar polímers d'activació elèctrica amb memòria de forma. La capacitat de resposta / activació elèctrica es va obtenir incorporant una làmina elèctricament conductora en el polímer amb memòria de forma obtingut a partir d'un sistema tiol-acrilat-epoxi i aprofitant el processat dual. En aquest disseny, el tradicional escalfament directe per calor extern (és a dir, forn) es reemplaça per un escalfament intern per efecte Joule produït a la capa conductora quan s'aplica un voltatge i que es demostra més eficient.

Hoy en día, cada vez más aplicaciones exigen materiales con un diseño complejo, misión complicada en polímeros termoestables, y por ello el curado dual es una herramienta extremamente útil en el diseño de termoestables. El curado dual se obtiene con una combinación de dos procesos de entrecruzamiento de red secuenciales o simultaneo. Los beneficios del procesado dual se basan en su flexibilidad en el procesado y en la posibilidad de mejorar las propiedades del material curado mediante procesados en una etapa o en multi etapas. En este trabajo, desarrollamos un novedoso sistema de doble curado basado en dos reacciones tipo "clic": la adición de tiol-acrilato de Michael (primera etapa) y la reacción tiol-epoxi (segunda etapa). Aprovechando el sistema desarrollado, se demostró que el procesado mediante curado en dos etapas tenía un gran valor potencial en aplicaciones como uniones adhesivas, puesto que permite un control dimensional preciso de la capa adhesiva y una mayor resistencia adhesiva que el curado en un único paso. Finalmente, el sistema de doble curado tiol-acrilato-epoxi se utilizó para desarrollar polímeros de activación eléctrica con memoria de forma. La capacidad de respuesta/activación eléctrica se obtuvo incorporando una lámina eléctricamente conductora en el polímero con memoria de forma obtenido a partir de un sistema tiol-acrilato-epoxi y aprovechando el procesado dual.

Nowadays, more and more applications demand materials with complex shape designs which is a difficult task when working with thermosetting polymers. Dual-curing processing is an extremely valuable tool for thermosets design. It consists in the combination of two sequential of simultaneous crosslinking process. The benefits of dual-curing processing rely on its processing flexibility and the properties enhancement of cured parts by single- or multi-stage scenarios. In this work, we developed a novel dual-curing system based on two “click” reactions: the thiol-acrylate Michael addition (first stage) and thiol-epoxy reaction (second stage). Exploiting the developed system, dual-curing processing was proved to have high potentiality in adhesive bonding application, allowing accurate dimensional control of the adhesive layer and higher adhesive strength than on-step curing. Finally, thiol-acrylate-epoxy dual-curing system was used to develop electroresponsive shape-memory polymers. The electroresponsive ability was obtained incorporating an electrically conductive layer into a thiol-acrylate-epoxy shape-memory polymer taking advantage of the dual-processing. In this design, the direct heating from external sources (i.e., oven) is replaced by a more efficient internal Joule heating produced in the conductive layer when an controlled voltage is applied. The electro activation of the SME resulted in significantly faster recovery and, using a custom-made thermoelectric control, a precise control of the recovery process was achieved