环氧树脂阴离子催化剂型固化剂微胶囊的制备及性能表征

论文摘要

聚合物基复合材料由于受到外力、化学因素、热以及紫外线等外界因素的影响，容易在其内部产生微裂纹，导致其力学性能下降、使用寿命降低。将微胶囊引入树脂体系中，当材料受到外界条件变化时，微胶囊破裂，修复剂、固化剂流出，及时修复材料内部的微裂纹。目前国内外对环氧树脂微胶囊自修复材料的研究主要集中在常温固化型复合材料，已经实现了聚硫醇、三氟化硼乙醚、活性胺等固化剂的微胶囊化，关于阴离子催化剂型固化剂的研究还未见报道。阴离子催化剂型固化剂能够实现自修复材料的室温快速固化，且固化剂修复效率较高，研究阴离子催化剂型固化剂的微胶囊化具有重要的工程意义。本文选择阴离子催化剂型固化剂2,4,6-三（二甲胺基甲基）苯酚（DMP-30）作为芯材物质，通过微胶囊化和多孔介质对其进行保护，与环氧树脂微胶囊组成二元自修复体系用于聚合物基复合材料中。本课题采用复相乳液法制备出以聚苯乙烯（PS）为壁材、固化剂DMP-30为芯材的微胶囊。探索分析了乳化剂种类对双重乳状液膜稳定性的影响，进而对合成出的微胶囊形态的影响。通过工艺优化得出合成微胶囊的方案为原料配比（囊壁与囊芯质量比）为1:6、初级乳液的搅拌速率为350r·min-1、乳化时间为30min、双重乳液的搅拌速率为300r·min-1，Span 80和DBS作为内水相乳化剂，SDS和阿拉伯树胶为外水相乳化剂。通过光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、红外光谱（FTIR）分析最优微胶囊的结构与性能，结果表明微胶囊表面致密，微胶囊之间团聚量少，囊芯含量为56.3%，粒径分布在1030μm，平均粒径为17μm，壁厚为1.53μm。通过热失重（TG）、差示扫描量热法（DSC）分析了微胶囊产品的热稳定性能，同时对微胶囊产品的缓释性能进行了研究。对多孔介质承载阴离子催化剂型固化剂进行了研究。亚麻纤维作为一种多孔介质载体，也能吸附承载固化剂DMP-30用于自修复材料中。亚麻纤维对DMP-30进行吸附，聚苯乙烯膜对亚麻纤维包覆。通过红外光谱（FTIR）分析证明芯材包覆成功，光学显微镜（OM）和扫描电镜（SEM）观察了纤维的形貌，还研究了纤维的室温缓释性能。对比两种介质（微胶囊、亚麻纤维）对固化剂芯材的承载情况，依据介质的性能和应用领域，其中微胶囊包覆芯材优势明显，是自修复材料中物质补给的最佳方式。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 自修复材料的概念及研究进展
• 1.2.1 自修复概念的提出
• 1.2.2 自修复材料的研究现状
• 1.3 微胶囊技术
• 1.3.1 微胶囊的概念
• 1.3.2 微胶囊的制备技术
• 1.3.3 微胶囊的应用领域
• 1.3.4 微胶囊自修复技术的研究进展
• 1.4 环氧树脂固化剂微胶囊的研究现状
• 1.5 本课题的研究目的和意义
• 1.6 本课题研究的主要内容
• 第2章 实验部分
• 2.1 主要原料与仪器设备
• 2.1.1 主要实验原料
• 2.1.2 主要实验仪器及设备
• 2.2 微胶囊的合成
• 2.2.1 原材料的选择
• 2.2.2 实验方法和原理
• 2.3 微胶囊的结构表征
• 2.3.1 微胶囊的形貌表征
• 2.3.2 微胶囊的粒径测试
• 2.3.3 微胶囊的壁厚测量
• 2.3.4 微胶囊囊芯含量的测定
• 2.3.5 微胶囊的化学结构分析
• 2.3.6 微胶囊的热性能分析
• 2.3.7 微胶囊的缓释性测试
• 2.4 本章小结
• 第3章 聚苯乙烯包覆DMP-30 微胶囊的制备
• 3.1 囊壁对微胶囊物性的影响
• 3.2 双重乳状液膜的定义与类型
• 3.3 双重乳状液膜的稳定性机理
• 3.4 双重乳状液膜的传质机理
• 3.5 乳化剂对微胶囊物性的影响
• 3.5.1 乳化剂的选择
• 3.5.2 外水相乳化剂种类对微胶囊物性的影响
• 3.5.3 外水相乳化稳定剂用量对微胶囊物性的影响
• 3.5.4 内水相乳化剂用量对微胶囊物性的影响
• 3.6 本章小结
• 第4章 DMP-30 微胶囊的结构与性能分析
• 4.1 微胶囊的形貌及壁厚
• 4.2 微胶囊的粒径分布
• 4.3 微胶囊囊芯含量的测定
• 4.4 微胶囊化学结构分析
• 4.5 微胶囊的热稳定性分析
• 4.6 微胶囊的缓释性测试
• 4.7 本章小结
• 第5章 多孔介质承载DMP-30 的研究
• 5.1 多孔介质的概况
• 5.2 多孔介质选择
• 5.3 多孔介质的吸附机理
• 5.4 亚麻纤维对DMP-30 的装载
• 5.5 亚麻纤维的表面形貌分析
• 5.6 亚麻纤维装载后的性能表征
• 5.6.1 亚麻纤维的化学结构表征
• 5.6.2 亚麻纤维的缓释性能
• 5.6.3 亚麻纤维的芯材含量
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢