環(huán)氧樹脂微膠囊的合成及其在自修復材料中的應用研究.pdf

1、目前自修復防腐涂層還不能實現(xiàn)真正的反復自修復功能。本文通過調(diào)控復合體系各組分之間的界面能以及含修復劑微膠囊活性單元的結構和表面性能，使活性單元具有氟硅的自發(fā)趨表性能，為其遷移提供驅(qū)動力，解決修復效率低的問題，并賦予涂膜反復自修復能力。進一步模擬和優(yōu)化活性單元結構和性能對裂痕應力的響應，用于指導自修復涂層的設計，實現(xiàn)自修復涂料活性單元分布的可調(diào)控。
　　本文以環(huán)氧樹脂E-51為芯材、以脲醛樹脂為壁材，分別采用界面聚合法、超聲技術聚合

2、法及原位聚合法成功制備了聚脲環(huán)氧樹脂微膠囊。探討了不同制備方法制備的微膠囊對自修復材料的影響。通過光學顯微鏡（OM），掃描電子顯微鏡（SEM）和傅里葉變換紅外光譜（FTIR）表征結果表明：最佳的制備方法為原位聚合法，當芯壁質(zhì)量比為2：1，乳化劑為阿拉伯膠，乳化劑質(zhì)量分數(shù)為0.8％，攪拌速率為400 r/min時制得的微膠囊包覆率為74.8%，呈規(guī)則的球形，平均粒徑大小為820 nm，粒徑分布窄及表面粗糙。通過熱穩(wěn)定性、機械性能和滲透性能

3、評價表明由原位聚合法制備的微膠囊熱力學分解溫度較高，具有較高的拉伸強度，較低的彈性模量及滲透慢，這有利于在自修復材料中存儲和使用。
　　以改性胺1618固化劑為囊芯、以脲醛樹脂為壁材單體，采用界面聚合技術，成功制備了一種新型聚脲改性胺微膠囊固化劑。通過正交設計試驗，考察了芯壁質(zhì)量比、乳化劑種類、乳化劑質(zhì)量分數(shù)及攪拌速率對微膠囊包覆率、粒徑大小及分布情況的影響，確定最佳制備工藝條件。采用馬爾文激光粒度儀、掃描電鏡對微膠囊粒徑大小、分

4、布情況及表面形貌進行表征，采用熱重分析儀及傅里葉變換紅外光譜對其化學結構進行表征。結果表明，該微膠囊含有固化劑芯材，其熱穩(wěn)定溫度為198℃，當芯壁質(zhì)量比為0.7:1，乳化劑為阿拉伯膠，乳化劑質(zhì)量分數(shù)為1.5%，攪拌速率為800 r/min時所制備的微膠囊包覆率達到79.8%，平均粒徑大小為207.5 nm，呈規(guī)則的球形，分散性及表面致密性好。
　　采用有機氟硅烷偶聯(lián)劑對最佳工藝條件下制備的環(huán)氧樹脂微膠囊進行改性與表征。結果顯示，氟

5、化硅烷偶聯(lián)劑KBM7803改性后的微膠囊分散性較好，有機氟硅可順利接枝到微膠囊壁材且改性后微膠囊的熱穩(wěn)定溫度升高。當環(huán)氧樹脂基體中改性微膠囊含量為10%時，基體的力學性能有很大程度提高。XPS結果顯示，隨著刻蝕深度的增加，有機氟的含量逐漸降低，形成一定的濃度梯度分布。
　　研究了微膠囊/環(huán)氧樹脂的自修復性能，使用啞鈴型拉伸試件測試材料斷裂載荷從而評價材料修復效率。討論了氟硅偶聯(lián)劑的添加量對環(huán)氧樹脂材料修復效率的影響，當偶聯(lián)劑WKB

6、M7803%=2%時，改性微膠囊含量為10%的環(huán)氧樹脂基體劃痕修復面非常平滑，初次自修復效率達到58.9%，二次自修復效率達到53.6%。與初次自修復后相比，二次自修復后環(huán)氧樹脂基體的力學性能沒有明顯下降，能夠?qū)崿F(xiàn)反復自修復且修復效果較好。通過有限元分析方法模擬和優(yōu)化活性單元分布及遷移對裂痕應力的響應得出，若想實現(xiàn)脲醛樹脂微膠囊的自修復功能，其最佳壁厚應在50-110 nm之間。本項目的研究為實現(xiàn)涂膜的反復自修復功能提供簡單可行的途徑，