Kredit:Kansai University
Epoxihartser eller epoxi är organiska föreningar som kan härdas till limmaterial med utmärkt termisk stabilitet, mekanisk styrka, och kemikalieresistens. Härdningen eller "härdningen" är resultatet av tvärbindning antingen i själva hartset eller mellan hartset och en samreaktant. Epoxier produceras genom polymerisation av epoxider - organiska molekyler med en eller flera treatomer, triangulära kol–syre–kol (C–O–C) ringar. Sådana ringar uppvisar en hög belastning, vilket resulterar i enkel polymerisation av epoxi.
För att utveckla härdade epoxihartser med enastående egenskaper för användning i industriella applikationer, det är avgörande att till fullo förstå de involverade reaktionsmekanismerna. Med detta i åtanke, Hiroto Kudo och Kentaro Buya vid Kansai University, Osaka, Japan, tittade på reaktionen mellan ε-kaprolaktam (ε-CL) och glycidylfenyleter (GPE), både som ett modellsystem och som ett lovande tillvägagångssätt för syntesen av nya härdade hartser. GPE är en epoxi, medan ε-CL är en välkänd samreaktant som kan polymerisera epoxier genom att öppna C–O–C-ringar, används också i syntesen av Nylon 6.
Forskarna låter ε-CL reagera med GPE i närvaro av en organisk förening förkortad DBU, fungerar som katalysator. Efter att ha låtit blandningen reagera i två timmar vid 170 °C, de observerade ringöppnande sampolymerisation av de två reaktanterna, med en poly(amid–eter) som slutprodukt med ett utbyte på 85 %. En längre reaktionstid ledde inte till högre utbyte, inte heller var temperaturen lägre eller högre än 170 °C. Forskarna fastställde också de optimala koncentrationerna av ε-CL, GPE och DBU och kunde föreslå en mekanism för de reaktioner som äger rum, vilket tyder på att poly(amid-etern) har en så kallad pseudoblockgradient-sampolymerstruktur.
Baserat på deras resultat om ε-CL/GPE/DBU-reaktionsmekanismerna, forskarna utvecklade andra härdade epoxihartser med ε-CL som härdande co-reagens. Deras material visade vidhäftning, höga glasövergångstemperaturer och utmärkt termisk stabilitet, tillräckligt för kommersialisering.