Synthesis and characterization of epoxy-based nanocomposites obtained by frontal polymerization Alberto Mariani 1, Valeria Alzari 2, Orietta Monticelli.

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1 Synthesis and characterization of epoxy-based nanocomposites obtained by frontal polymerization Alberto Mariani 1, Valeria Alzari 2, Orietta Monticelli 3, Giuseppe Caria 1, José M. Kenny 2, Saverio Russo 3 1. INSTM e Dipartimento di Chimica – Università di Sassari 2. INSTM e Centro di Scienza e Tecnologia dei Materiali – Università di Perugia, Terni 3. INSTM e Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale – Università di Genova VI Convegno Nazionale sulla Scienza e la Tecnologia dei Materiali Università di Perugia, 12-15 giugno 2007

2 The domino effect VI Convegno Nazionale sulla Scienza e la Tecnologia dei Materiali Università di Perugia, 12-15 giugno 2007

3 Frontal Polymerization thermal isothermal VI Convegno Nazionale sulla Scienza e la Tecnologia dei Materiali Università di Perugia, 12-15 giugno 2007

4 Frontal Polymerization thermal isothermal It’s a mode of converting monomer into polymer via a localized reaction zone that propagates through the coupling of thermal diffusion and temperature-dependent reaction rates VI Convegno Nazionale sulla Scienza e la Tecnologia dei Materiali Università di Perugia, 12-15 giugno 2007

5 Frontal Polymerizaton thermal isothermal VI Convegno Nazionale sulla Scienza e la Tecnologia dei Materiali Università di Perugia, 12-15 giugno 2007

6 polyurethane – fumed silica nanocomposites consolidation of porous materials (stone, wood, paper) polyacrylates – POSS nanocomposites Polymeric composite materials previously obtained by us via FP polyacrylate – organic liquid crystal composites VI Convegno Nazionale sulla Scienza e la Tecnologia dei Materiali Università di Perugia, 12-15 giugno 2007

7 Polymeric nanocomposites obtained in this work via FP Mariani et al. J. Polym. Sci. Polym. Chem. 2007, 45, 2204 Epoxy resin – montmorillonite nanocomposites Mariani et al. J. Polym. Sci. Polym. Chem. 2007, 00, 0000 Epoxy resin – POSS nanocomposites VI Convegno Nazionale sulla Scienza e la Tecnologia dei Materiali Università di Perugia, 12-15 giugno 2007

8 Bisphenol A diglycidyl ether (DGEBA) diethylene triamine (DETA) Polymeric nanocomposites obtained in this work via FP Mariani et al. J. Polym. Sci. Polym. Chem. 2007, 45, 2204 Mariani et al. J. Polym. Sci. Polym. Chem. 2007, 00, 0000 VI Convegno Nazionale sulla Scienza e la Tecnologia dei Materiali Università di Perugia, 12-15 giugno 2007

9 Epoxy resin – montmorillonite nanocomposites Mariani et al. J. Polym. Sci. Polym. Chem. 2007, 45, 2204 VI Convegno Nazionale sulla Scienza e la Tecnologia dei Materiali Università di Perugia, 12-15 giugno 2007

10 Epoxy resin – montmorillonite nanocomposites Mariani et al. J. Polym. Sci. Polym. Chem. 2007, 45, 2204 Samples obtained by CP Method A: 4h at 100 °C; 16 h at 150 °C; 12 h at 200 °C Method B: 24 h at room temperature, 4h at 100 °C VI Convegno Nazionale sulla Scienza e la Tecnologia dei Materiali Università di Perugia, 12-15 giugno 2007

11 Epoxy resin – montmorillonite nanocomposites Temperature profile Mariani et al. J. Polym. Sci. Polym. Chem. 2007, 45, 2204 Front position VI Convegno Nazionale sulla Scienza e la Tecnologia dei Materiali Università di Perugia, 12-15 giugno 2007

12 Epoxy resin – montmorillonite nanocomposites nanocomposite syntheses starting from non thermally pre- treated ( □ ) and pre-treated ( ● ) mixtures T max vs. C30B amount Mariani et al. J. Polym. Sci. Polym. Chem. 2007, 45, 2204 V f vs. C30B amount VI Convegno Nazionale sulla Scienza e la Tecnologia dei Materiali Università di Perugia, 12-15 giugno 2007

13 Epoxy resin – montmorillonite nanocomposites Mariani et al. J. Polym. Sci. Polym. Chem. 2007, 45, 2204 VI Convegno Nazionale sulla Scienza e la Tecnologia dei Materiali Università di Perugia, 12-15 giugno 2007

14 Epoxy resin – montmorillonite nanocomposites Mariani et al. J. Polym. Sci. Polym. Chem. 2007, 45, 2204 individual dispersion of delaminated sheets VI Convegno Nazionale sulla Scienza e la Tecnologia dei Materiali Università di Perugia, 12-15 giugno 2007

15 POSS (Polyhedral Oligomeric SilSesquioxanes) Epoxy resin – POSS nanocomposites Mariani et al. J. Polym. Sci. Polym. Chem. 2007, 00, 0000 VI Convegno Nazionale sulla Scienza e la Tecnologia dei Materiali Università di Perugia, 12-15 giugno 2007

16 Epoxy resin – POSS nanocomposites Bisphenol A diglycidyl ether (DGEBA) diethylene triamine (DETA) Mariani et al. J. Polym. Sci. Polym. Chem. 2007, 00, 0000 VI Convegno Nazionale sulla Scienza e la Tecnologia dei Materiali Università di Perugia, 12-15 giugno 2007

17 Epoxy resin – POSS nanocomposites Mariani et al. J. Polym. Sci. Polym. Chem. 2007, 00, 0000 VI Convegno Nazionale sulla Scienza e la Tecnologia dei Materiali Università di Perugia, 12-15 giugno 2007

18 Epoxy resin – POSS nanocomposites Mariani et al. J. Polym. Sci. Polym. Chem. 2007, 00, 0000 VI Convegno Nazionale sulla Scienza e la Tecnologia dei Materiali Università di Perugia, 12-15 giugno 2007

19 Epoxy resin – POSS nanocomposites Mariani et al. J. Polym. Sci. Polym. Chem. 2007, 00, 0000 Polymer  residual  H (J/g)  total  H (J/g) degree of conversion (%) B00-553.8100 F00-553.8100 B10-507.6100 F10-507.6100 B30-503.0100 F30-503.0100 B5-2.44-522.999.5 F50-522.9100 B7-2.87-476.999.4 F7-2.59-476.999.5 B100-475.8100 F100-475.8100 VI Convegno Nazionale sulla Scienza e la Tecnologia dei Materiali Università di Perugia, 12-15 giugno 2007

20 Epoxy resin – POSS nanocomposites Mariani et al. J. Polym. Sci. Polym. Chem. 2007, 00, 0000 SE: secondary electron emission BS: back scattering emission no Si aggregates are visible in the micron scale VI Convegno Nazionale sulla Scienza e la Tecnologia dei Materiali Università di Perugia, 12-15 giugno 2007

21 Conclusions Frontal Polymerization is an easy and low-cost technique for the obtainment of polymer materials, including nanocomposites, often in almost quantitative yields. Their properties are comparable, sometimes even better, than those of samples prepared by the classical methods. Why not considering frontal polymerization as the first option? They are obtained in very short times! VI Convegno Nazionale sulla Scienza e la Tecnologia dei Materiali Università di Perugia, 12-15 giugno 2007