DOI: 10.17586/1023-5086-2025-92-10-5-15
УДК: 621.763; 681.7.037
Spectral properties of epoxy polymers formed using 1,4 butanediol diglycidyl ether and multilayer glass composites
Full text on elibrary.ru
Волынкин В.М., Евстропьев С.К., Булыга Д.В., Полищук Г.С., Дукельский К.В. Спектральные свойства эпоксидных полимеров, сформированных с применением 1,4 бутандиол диглицидилового эфира, и полученных при их использовании многослойных стеклянных композитов // Оптический журнал. 2025. Т. 92. № 10. С. 5–15. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-10-5-15
Volynkin V.M., Evstropiev S.K., Bulyga D.V., Polishchuk G.S., Dukelskii K.V. Spectral properties of epoxy polymers formed using 1,4 butanediol diglycidyl ether and multilayer glass composites [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2025. V. 92. № 10. P. 5–15. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-10-5-15
Subject of the study. Epoxy polymers formed using 1,4 butanediol diglycidyl ether and multilayer glass composites obtained using them. Aim of study. Obtaining a new universal homogeneous and transparent epoxy composition with high adhesion to the surface of both organic and silicate glasses, studying the possibility of its application in creating homogeneous and transparent multilayer elements. Method. The studies were carried out using optical spectroscopy methods in the visible and IR spectral regions. The kinetics of structural changes in the epoxy composition during its polymerization was studied by IR spectroscopy. Main results. It is shown that with temporary exposure at 20 °C during the first 160 minutes, 80% of the structural changes in the epoxy cycle observed during complete polymerization of the composition occur. Epoxy compositions with high adhesion to the surface of both organic and inorganic glasses were obtained. The compositions were used to form multilayer glass-based materials that are transparent in the visible spectrum. Practical significance. A universal adhesive composition was obtained that can be used to bond both silicate glasses and organic ones based on polymethyl methacrylate.
IR spectroscopy, epoxy polymer, glass, optical adhesive
OCIS codes: 160.0160
References:1. Серова В.Н. Полимерные оптические материалы. СПб.: Научные основы и технологии, 2011. 384 с.
Serova V.N. Polymer optical materials. SPB: Scientific foundations and technologies, 2011. 384 p.
2. Екименкова А.С., Вознесенская А.О., Точилина Т.В. Особенности применения оптических полимеров при проектировании оптических систем // Научнотехнический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2020. Т. 20. № 6. С.786–790. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2020-6-786-790
Ekimenkova A.S., Voznesenskaya A.O., Tochilina T.V. Application features of optical polymers in optical systems design // Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics. 2020. V. 20. № 6. P. 786–790. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2020-6-786-790
3. Лукина Н.Ф., Петрова А.П., Мухаметов Р.Р., Костенков А.С. Новые разработки в области клеющих материалов авиационного назначения // Авиационные материалы и технологии. 2017. № S. C. 452–459. https://doi.org/10.18577/2071-9140-2017-0-S-452-459
Lukina N.F., Petrova A.P., Mukhametov R.R., Kostenkov A.S. New developments in the field of adhesive materials for aviation purposes // Aviation materials and technologies. 2017. № S. P. 452–459.
4. Mironov L.Yu., Evstropiev S.K. Temperature-sensitive luminescent photopolymer activated by europium β-diketonate complex // Optical Engineering. 2019. V. 58. № 2. P. 027113. https://doi.org/10.1117/1.OE.58.2.027113
5. Hadavand B.S., Hosseini H. Investigation of viscoelastic properties and thermal behavior of photocurable epoxy acrylate nanocomposites // Science and Engineering of Composite Materials. 2016. V. 24. № 5. P. 691–697. https://doi.org/10.1515/secm-2015-0161
6. Евстропьев С.К., Замойская Л.В., Згонник В.Н., Мазурина Е.К., Петровский Г.Т., Синенко Е.С., Шашкин В.С., Шелехов Н.С. Оптические композиционные материалы «монолитный кремнегель – полиалкилметакрилат» // Оптический журнал. 1992. № 10. C. 53–54.
Evstropyev S.K., Zamoyskaya L.V., Zgonnik V.N., Mazurina E.K., Petrovsky G.T., Sinenko E.S., Shashkin V.S., Shelekhov N.S. Optical composite materials monolithic silica gel – polyalkyl methacrylate // Journal of Optical Technology. 1992. № 10. P. 53–54.
7. Сентюрин Е.Г., Мекалина И.В., Айзатулина М.К., Орлова И.В. Авиационные ориентированные органические стекла АО-120 и АО-120А // Пластические массы. 2019. № 5–6. С. 60–62. https://doi.org/10.35164/0554-2901-2019-5-6-60-62
Sentyurin E.G., Mekalina I.V., Aizatulina M.K., Orlova I.V. Aviation oriented organic glasses AO-120 and AO-120A // Plastics. 2019. № 5–6. P. 60–62. https://doi.org/10.35164/0554-2901-2019-5-6-60-62
8. Kulagina A.S., Sandulenko A.V., Volynkin V.M., Evstropiev S.K. Synthesis and nonlinear optical properties of vanadium-doped plasticized epoxy polymer composites // Advanced Composites and Hybrid Materials. 2021. V. 4. № 2. P. 324–331. https://doi.org/10.1007/s42114-021-00227-y
9. González M.G., Cabanelas J.C., Baselga J. Applications of FTIR on epoxy resins – identification, monitoring the curing process, phase separation and water uptake // Infrared Spectroscopy – Materials Science, Engineering and Technology. Ed. by Theophile Theophanides. 25 April 2012. https://doi.org/10.5772/36323
10. Belousova I.M., Videnichev D.A., Volynkin V.M., Evstropiev S.K., Kislyakov I.M., Murav’ova T.D., Rakov E.G. Nonlinear optical limiters of pulsed laser radiation based on carbon-containing nanostructures in viscous and solid matrices // Polymers for Advanced Technologies. 2014. V. 25. № 9. P. 1008–1013. https://doi/org/10.1002/pat.3343
11. Muller O., Guerohouh M., Gibot P., Merlat L., Spitzer D. Optical limiting and nonlinear optical properties of Cr2O3 and WO3 based polymer nanocomposites // Optics Continuum. 2022. V. 1. № 1. P. 2389–2403. https://doi.org/10.1364/OPTCON.474445
12. Yuksek M., Kaya E.S., Karabulutlu N., Kaya A.A., Karabulut M., Esmali A., Enhancing of the nonlinear absorption and optical limiting performances of the phtalocyanine thin films by adding of the single walled carbon nanotubes in poly(methylmethacrylate) host // Optical Materials. 2019. V. 91. P. 326–332. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2019.03.045
13. Киселев В.М., Бурчинов А.А., Волынкин В.М., Евстропьев С.К., Матвеенцев А.В. Светопоглощающие композиционные покрытия на основе оксидных полых микросфер и сульфида свинца // Оптический журнал. 2015. № 12. C. 60–64.
Kiselev V.M., Burchinov A.A., Volynkin V.M., Evstropev S.K., Matveensev A.V. Composite light-absorbent coatings based on hollow oxide microspheres and lead sulfide // Journal of Optical Technology. 2015. V. 82. № 12. P. 824–826. https://doi.org/10.1364/JOT.82.000824
14. Евстропьев С.К., Волынкин В.М., Булыга Д.В., Островский В.А., Макаров К.Н., Дукельский К.В., Полищук Г.С. Органо-неорганические светопоглощающие композиты для ближней инфракрасной области спектра // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2024. Т. 24. № 4. С. 529–537. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2024-24-4-529-537
Evstropiev S.K., Volynkin V.M., Bulyga D.V., Ostrovskii V.A., Makarov K.N., Dukelskii K.V., Polishchuk G.S. Organic-inorganic light-absorbing composites for near infrared part of spectrum [in Russian] // Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics. 2024. V. 24. № 4. P. 529–537.
15. Волынкин В.М., Евстропьев С.К., Булыга Д.В., Морковский А.В., Пашин С.С., Дукельский К.В., Бурдин А.В., Бондаренко И.Б. Оптические композиты на основе органических полимеров и полупроводниковых пигментов // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2022. Т. 22. № 1. С. 10–17. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2022-22-1-10-17
Volynkin V.M., Evstropiev S.K., Bulyga D.V., Morkovsky A.V., Pashin S.S., Dukelsky K.V., Burdin A.V., Bondarenko I.B. Optical composites based on organic polymers and semiconductor pigments [in Russian] // Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics. 2022. V. 22. № 1. P. 10–17.
16. Luo Y., Russo J.M., Kostuk R.K., Barbastathis G. Silicon oxide nanoparticles doped PQ-PMMA for volume holographic imaging filters // Optics Letters. 2010. V. 35. № 8. P. 1269–1271. https://doi.org/10.1364/OL.35.001269
17. Zhang Y., Gao K., Fan Y., Application of a new UV curable adhesive for rapid bonding in thermoplastic-based microfluidics // Micro & Nano Letters. 2019. V. 14. № 2. P. 211–214. https://doi.org/10.1049/mnl.2018.5479
18. Митин А.О., Сентюрин Е.Г., Мекалина И.В., Богатов В.А. Защитные ударостойкие антивандальные материалы и многослойные композиции остекления // Труды ВИАМ. 2016. № 12(48). С. 45–50. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2016-0-12-6-6
Mitin A.O., Sentyurin E.G., Mekalina I.V., Bogatov V.A. Protective impact-resistant vandal-proof materials and multilayer glazing compositions // Proceedings of VIAM. 2016. № 12(48). P. 45–50. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2016-0-12-6-6
19. Ahani A., Ahani E. An overview for materials and design methods used for enhancement of laminated glass // Hybrid Advance. 2023. V. 3. P. 100063. https://doi/org/10.1016/j.hybadv.2023.100063
20. Martín M., Centelles Soler X., Solé X., Berreneche Güerisoli C., Fernández Renna A.I., Cabeza L.F. Polymeric interlayer materials for laminated glass: A review // Construction and Building Materials. 2020. V. 230. P. 116897. https://doi.org/j.conbuildmat.2019.116897
21. Чурсова Л.В., Панина Н.Н., Гребенева Т.А., Кутергина И.Ю. Эпоксидные смолы, отвердители, модификаторы и связующие на их основе. С-Пб: Изд. ЦОП «Профессия», 2020. 576 с.
Chursova L.V., Panina N.N., Grebeneva T.A., Kutergina I.Yu. Epoxy resins, hardeners, modifiers and binders based on them. St. Petersburg: Publishing House of the Central Administrative Society “Profession”, 2020. 576 p.
22. Петрова А.П. Клеи, клеевые связующие и клеевые препреги. М.: ВИАМ, 2019. 471 с.
Petrova A.P. Adhesives, adhesive binders and adhesive prepregs. Moscow: VIAM, 2019. 471 p.
23. Саркисян Э.С., Алексанян Р.З., Дадаян С.А., Бегларян А.А., Тер-Саакян Г.Ж., Бредихина Т.Н., Чахоян П.А., Хачатрян Т.А., Фокин В.П. Оптический клей // А.с. СССР SU 1097635 A. Опубл. 15.06.1986.
Sarkisyan E.S., Aleksanyan R.Z., Dadayan S.A., Beglaryan A.A., Ter-Saakyan G.Zh., Bredikhina T.N., Chakhoyan P.A., Khachatryan T.A., Fokin V.P. Optical glue // A.s. USSR SU 1097635 A. Publ. 15.06.1986.
24. Макаров К.Н., Дукельский К.В., Островский В.А., Пергамент М.И., Сандуленко А.В., Волынкин В.М., Булыга Д.В., Евстропьев С.К. Оптический клей // Патент РФ RU 28332877. Опубл. 16.01.2025.
Makarov K.N., Dukelsky K.V., Ostrovsky V.A., Pergament M.I., Sandulenko A.V., Volynkin V.M., Bulyga D.V., Evstropiev S.K. Optical glue // Patent RF RU 28332877. Published. 16.01.2025.
25.Справочник конструктора оптико-механических приборов / Под ред. Кругера М.Я., Панова В.А. Л.: Машиностроение, 1968. 760 с.
Handbook of the designer of optical-mechanical devices / Edited by Kruger M.Ya., Panov V.A. L.: Mechanical Engineering, 1968. 760 p.
26. Иржак В.И. Эпоксидные полимеры и композиты с эпоксидной матрицей. М.: РАН, 2022. 288 с.
Irzhak V.I. Epoxy polymers and composites with epoxy matrix. Moscow: RAS, 2022. 288 p.
27. Справочник технолога-оптика. 2-е издание. СПб.: Политехника, 2004. С. 600–612.
Handbook of an optical technologist. 2nd edition. St. Petersburg: Polytechnic, 2004. P. 600–612.
28. Вострокнутова Е.В., Голик В.М., Сапрыгин А.В., Ябуров М.А. Определение массовой доли эпоксидных групп в эпоксидных смолах марок ЭД-20 и ЭД-16 методом спектрометрии в ближнем ИК диапазоне // Аналитика и контроль. 2011. Т. 15. № 4. С. 462–469.
Vostroknutova E.V., Golik V.M., Saprygin A.V., Yaburov M.A. Determination of the mass fraction of epoxy groups in epoxy resins of grades ED-20 and ED-16 by the method of spectrometry in the near IR range // Analytics and control. 2011. V. 15. № 4. P. 462–469.
29. Чашкин М.А., Тринеева В.В., Вахрушина М.А., Захаров А.И., Кодолов В.И. ИК спектроскопическое исследование структуры эпоксидной композиции, модифицированной медь/углеродным нанокомпозитом, и процессов, связанных с ее модификацией // Химическая физика и мезоскопия. 2012. Т. 14. № 2. С. 223–230.
Chashkin M.A., Trineeva V.V., Vakhrushina M.A., Zakharov A.I., Kodolov V.I. IR spectroscopic study of the structure of epoxy composite modified with copper/carbon nanocomposite and processes associated with its modification // Chemical Physics and Mesoscopy. 2012. V. 14. № 2. P. 223–230.
30. Lachenal G., Pierre A., Poisson N. FT-NIR spectroscopy: Trends and application to the kinetic study of epoxy/triamine system (comparison with DSC and SEC results) // Micron. 1996. V. 27. № 5. P. 329–334. https://doi.org/10.1016/S0968-4328(96)00022-4
31. Whittaker M.B., Foreman J.P. Identifying the influences on network formation in structural isomers of multifunctional epoxies using near-infrared spectroscopy // Macromolecules. 2024. V. 57. № 7. P. 3438–3450. https://doi.org/10.1021/acs.macromol.4c00274
32. Escola M.A., Moina C.A., Niño Gómes A.C., Ybarra G.O. The determination of the degree of cure in epoxy paints by infrared spectroscopy // Polymer Testing. 2005. V. 24. P. 572–575. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2005.02.013
33. Тарасевич Б.Н. ИК спектры основных классов органических соединений. Справочные материалы. М.: МГУ им. М.В. Ломоносова, 2012. 55 с.
Tarasevich B.N. IR spectra of the main classes of organic compounds. Reference materials. Moscow: Lomonosov Moscow State University, 2012. 55 p.
34. Rigail-Cedeño A., Sung C.S.P. Fluorescence and IR characterization of epoxy cured with aliphatic amines // Polymer. 2005. V. 46. P. 9378–9384. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2005.04.063
35. Yoshida S. Quantitative evaluation of an epoxy resin dispersion by infrared spectroscopy // Polymer Journal. 2014. V. 46. P. 430–434. https://doi.org/10.1038/pj.2014.15
36. Billaud C., Vandeuren M., Legras R., Carlier V. Quantitative analysis of epoxy resin cure reaction: a study by near-infrared spectroscopy // Applied Spectroscopy. 2002. V. 56. № 11. P. 1413–1421. https://doi.org/10.1366/00037020260377706
37. Рудаков О.Б., Хорохордина Е.А., Глазков С.С., Хорохордин А.М., Губин А.С. Контроль отверждения эпоксидной смолы по содержанию свободного бисфенола А методом ТСХ // Аналитика и контроль. 2017. Т. 21(2). С. 135–143. https://doi.org/10.15826/analitika. 2017.21.2.004
Rudakov O.B., Khorokhordina E.A., Glazkov S.S., Khorokhordin A.M., Gubin A.S. Control of epoxy resin curing by the content of free bisphenol A using TLC // Analytics and Control. 2017. V. 21(2). P. 135–143. https://doi.org/10.15826/analitika.2017.21.2.004
38. Ramirez-Herrera C.A., Cruz-Cruz I., Jiménez-Cedeño I.H., Maetínez-Romero O., Elíaz-Zúñiga A., Influence of the epoxy resin process parameters on the mechanical properties of produced bidirectional [±45o] carbon/epoxy woven composites // Polymers. 2021. V. 13. 1273. https://doi.org/10.3390/polym13081273
39. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. М.: Химия, 1988. 464 с.
Frolov Yu.G. Course of colloid chemistry. Surface phenomena and disperse systems. Moscow: Chemistry, 1988. 464 p.
40. Рудницкая Г.Е., Лукашенко Т.А., Посмитная Я.С., Тупик А.Н., Евстрапов А.А. Физико-химические методы модификации поверхности полиметилметакрилата для микрофлюидных чипов // Научное приборостроение. 2014. Т. 24(3). С. 22–31.
Rudnitskaya G.E., Lukashenko T.A., Posmitnaya Ya.S., Tupik A.N., Evstrapov A.A. Physicochemical methods of modifying the surface of polymethyl methacrylate for microfluidic chips // Scientific Instrument Engineering. 2014. V. 24(3). P. 22–31.
41. Brown L., Koerner T., Horton J.H., Oleschuk R.D. Fabrication and characterization of poly(methylmethacrylate) microfluidic devices bonded using surface modifications and solvents // Lab Chip. 2006. V. 6. P. 66–73. https://doi.org/10.1039/b512179e
42. Vesel A., Mozetic M. Surface modification and ageing of PMMA polymer by oxygen plasma treatment // Vacuum. 2012. V. 86(6). P. 634–637. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2011.07.005
43. Whittaker M.B., Foreman J.P. Identifying the influences on network formation in structural isomers of multifunctional epoxies using near-infrared spectroscopy // Macromolecules. 2024. V. 57. P. 3488–3450. https://doi.org/10.1021/acs.macromol.4c00274
ru