環(huán)氧樹脂微膠囊的合成及其在自修復(fù)材料中的應(yīng)用研究.pdf

1、目前自修復(fù)防腐涂層還不能實現(xiàn)真正的反復(fù)自修復(fù)功能。本文通過調(diào)控復(fù)合體系各組分之間的界面能以及含修復(fù)劑微膠囊活性單元的結(jié)構(gòu)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(fù)效率低的問題，并賦予涂膜反復(fù)自修復(fù)能力。進一步模擬和優(yōu)化活性單元結(jié)構(gòu)和性能對裂痕應(yīng)力的響應(yīng)，用于指導(dǎo)自修復(fù)涂層的設(shè)計，實現(xiàn)自修復(fù)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(shù)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(fù)材料的影響。通過光學(xué)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(jié)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(xué)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(fù)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(shù)，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(shè)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(xué)結(jié)構(gòu)進行表征。結(jié)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(jié)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(xué)性能有很大程度提高。XPS結(jié)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(fù)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(fù)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(fù)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(fù)面非常平滑，初次自修復(fù)效率達到58.9%，二次自修復(fù)效率達到53.6%。與初次自修復(fù)后相比，二次自修復(fù)后環(huán)氧樹脂基體的力學(xué)性能沒有明顯下降，能夠?qū)崿F(xiàn)反復(fù)自修復(fù)且修復(fù)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(yīng)力的響應(yīng)得出，若想實現(xiàn)脲醛樹脂微膠囊的自修復(fù)功能，其最佳壁厚應(yīng)在50-110 nm之間。本項目的研究為實現(xiàn)涂膜的反復(fù)自修復(fù)功能提供簡單可行的途徑，