聚苯乙烯包覆环氧树脂微胶囊的制备工艺研究开题报告

1. 研究目的与意义

聚合物及其复合材料在使用过程中不可避免地会产生局部损伤和微裂纹, 导致力学性能下降或功能丧失, 因此研究复合材料的自修复有着重要意义. 随着微胶囊技术的不断完善, 微胶囊的研究及应用领域也与日俱增. 将微胶囊应用于自修复复合材料是目前一个新的研究领域, 其为实现复合材料的自修复提供了一种途径, 具有巨大的应用发展潜力. 目前应用于自修复研究的微胶囊仅局限于聚脲甲醛包覆双环戊二烯微胶囊以及聚脲甲醛包覆环氧树脂热固性的微胶囊, 上述的微胶囊体系种类有限, 难以满足聚合物基复合材料使用需求, 从而影响微胶囊对于材料的自修复效果. 本研究在于合成性能良好、稳定的自修复微胶囊, 以丰富自修复微胶囊的种类, 为实现复合材料的自修复功能奠定基础. 研究中采用苯乙烯与二乙烯基苯的共聚体包覆经稀释后的环氧树脂, 制备了一种全新的热塑性自修复微胶囊, 并详尽地探讨了微胶囊的合成工艺, 为其进一步在自修复复合材料中应用奠定了基础, 也为产业化提供了理论支持.

2. 国内外研究现状分析

童晓梅，张敏，陈峰 等.[2]在研究聚苯乙烯包覆环氧树脂自修复微胶囊的制备工艺研究时指出：原位聚合法制备微胶囊的最佳工艺: 囊芯质量比为3 ： 10, n( 苯乙烯) :n( 二乙烯基苯) 为9 :1, dbs 与阿拉伯树胶的复配比为3 : 1 且用量为3% ,在70~ 80℃ 引发聚合反应8 h, 可得包覆率较高、结构紧密, 粒度均匀, 平均粒径为125m, 壁厚为30~ 50m, 囊芯含量为72% 的固体微胶囊. 该微胶囊室温下可以长期保存, 适合中低温复合材料的自修复.他们的实验方案是将一定量的环氧树脂、活性稀释剂苯甲醇、表面活性剂十二烷基苯磺酸钠及去离子水加入到500 ml 的三口烧瓶中, 高速搅拌0. 5 h, 形成o/ w 型乳化液; 然后加入苯乙烯、二乙烯基苯、过氧化苯甲酰, 通入氮气置换掉反应装置中的空气, 保持氮气气氛, 缓慢升温到70~ 80 ℃ , 以250 r/ min 的搅拌速度连续反应5 h 后加入少量1%过硫酸钾, 继续反应3 h, 将制得的乳液冷冻干燥即得微胶囊样品。

倪卓，杜学晓，邢锋 等.[3]通过研究指出通过对微胶囊粒径和表面形貌的表征和分析,研究了不同表面活性种类对muf环氧树脂微胶囊的影响, 探讨表面张力和油水界面张力对微胶囊合成过程中的响. 研究表明, 十二烷基苯磺酸钠( sdbs) 有助于muf环氧树脂微胶囊的形成, 最佳sdbs 质量分数为015%; 在该用量下合成的muf环氧树脂微胶囊, 粒径较小, 分布均匀, 表面相对粗糙, 有利于与自修复复合材料基体的界面结合. 实验方案是微胶囊的合成: 三聚氰胺、尿素和甲醛按摩尔比0105∶1∶2加入到三口烧瓶中, 搅拌溶解后, 用三乙醇胺调节ph值为8～9, 快速升温至70℃, 搅拌回流下反应1 h,得到粘稠透明的muf树脂预聚体; 加入质量分数为011%的表面活性剂水溶液稀释后,冷却至室温;加入含bge 1715% (质量分数)的环氧树脂e - 51,搅拌乳化20～30 min后,在一定温度下,缓慢滴入硫酸溶液调节体系ph值为210～410,待微胶囊完全形成后, 温度升高至60℃, 固化1～3 h. 经过滤,洗涤,干燥后得到微胶囊产品.

方雷，石光，李国明 等[7]通过研究指出以尿素、三聚氰胺和甲醛为壁材，采用原位聚合法制得了环氧树脂微胶囊．通过实验分析，得出了制备此环氧树脂微胶囊的最佳反应条件为：尿素、三聚氰胺和甲醛的物质的量之比n(尿素)：n(三聚氰胺)：n(甲醛)=2：1：4，nh4- ci为酸性催化剂，在ph=2．5，65℃和搅拌速率为600 r／min的体系中反应4h．实验方案是取一定量的环氧树脂，加入去离子水，用苯乙烯马来酸酐作为分散乳化剂，在高速分散均质机上以20 000 r／min的速度均质分散20 min，形成o／w型乳化液；取35 g尿素，35 g三聚氰胺与100 g质量分数为37％的甲醛溶液[三者的物质的量之比n(尿素)：n(三聚氰胺)：n(甲醛)：2：1：43混合，用naoh调节ph：8．5，70℃下反应1 h得黏稠透明预聚物，将其与乳化液混合，在600 r／rain搅拌转速下充分搅拌使预聚物溶解于乳化液的分散介质水中，分批加入催化剂nh c1，使体系ph逐渐减小，用显微镜观测到聚合物开始沉积到囊芯表面后，加热至65~c，继续包覆并逐渐固化，当ph降低至2．5～3．0时加入80 ml热水，保温2 h，用naoh调ph：7．0，冷却后抽滤、丙酮洗、干燥．

方雷，石光，李国明 等[8]通过研究指出用原位聚合法制备以e一51环氧树脂为囊芯，脲醛树脂为囊壁的微胶囊，选择合适的脲醛量比及缩聚反应条件，可得到包封率较高、结构紧密、粒径较小且分布均匀的微胶囊 其优化条件为：n(脲)：n(甲醛)=l：2．0，以nh4cl为酸性催化剂，催化剂分批加入，酸化3h，终点ph为2．0，反应温度70℃ ，搅拌转速450r／min，固化2h，可以制得包覆良好、包封率较高、粒径分布均匀且平均粒径为121m的流动性固体微胶囊。实验方案是取一定量的e一51环氧树脂，加入去离子水，用苯乙烯马来酸酐共聚物作为分散乳化剂，在高速分散均质机上以15000r／rain的速度分散30rain，形成o／w 型乳化液；取一定量的尿素和质量分数为37％的甲醛混合，用三乙醇胺调节ph，70℃下反应1h，得粘稠透明脲一甲醛预聚体，将其与乳化液混合，充分搅拌使溶解于乳化液的分散介质水中，加热至7o℃ ，分批加入催化剂nh c1，缓慢调节溶液ph为2．o，并再加入适量去离子水，用生物显微镜监测微胶囊化过程，继续搅拌2h后停止反应，naoh稀溶液调ph为7．o，冷却后抽滤，用丙酮索氏抽提，干燥，可以得到自由流动的球形固体微胶囊。

3. 研究的基本内容与计划

内容：本文通过原位聚合法合成聚苯乙烯包覆环氧树脂微胶囊，考察了囊材与芯材的比例、乳化剂的种类及用量、反应温度、反应时间、引发剂添加方式、搅拌速度等对微胶囊粒径分布和表面形态的影响; 确定了制备微胶囊的最佳工艺。

计划：1、制备聚苯乙烯包覆环氧树脂自修复微胶囊。2、对微胶囊的形态、粒径、膜厚、及囊芯材料含量进行测试研究。

3、分析囊材与芯材的比例、乳化剂的种类及用量、反应温度、反应时间、引发剂添加方式、搅拌速度等对微胶囊粒径分布和表面形态的影响确定了制备微胶囊的最佳工艺。

4. 研究创新点

本研究在于合成性能良好、稳定的自修复微胶囊, 以丰富自修复微胶囊的种类, 为实现复合材料的自修复功能奠定基础. 研究中采用苯乙烯与二乙烯基苯的共聚体包覆经稀释后的环氧树脂, 制备了一种全新的热塑性自修复微胶囊, 并详尽地探讨了微胶囊的合成工艺, 为其进一步在自修复复合材料中应用奠定了基础, 也为产业化提供了理论支持.