微胶囊及其在自修复涂料中的应用开题报告

1. 研究目的与意义

材料在应用过程中由于外界因素的作用，容易出现一些破损缺陷，这些缺陷又常常隐藏在材料的内部而难以发现，一旦材料内部出现这些缺陷就会造成材料的不连续，从而加剧材料的破坏，极大地缩短了材料的使用寿命，有时会带来灾难性的后果。因此研制可以感应材料的破坏、进而依靠材料自身的性能实现材料破损处的自修复的材料具有重要意义^[1]。

自修复涂料是能够自动修复受损的部位的一种特殊涂料^[2]。它是利用微胶囊技术，将某些材料包埋于情性外壳中制成微胶囊，添加到单组份或双组份的涂料中，可以制成自修复涂料。自修复涂料区别于主要以焊接，修补，新树脂原位固化等方法的传统修复裂纹技术，这些传统方法大多是利用分子间相互作用来修复一些热塑性树脂，修复机理是界面分子间非共价键相互作用，没有新的共价键形成，而且需要大量的手工劳动；用于涂层裂纹修复的自修复微胶囊技术具有自诊断和自修复的特点，弥补人工检测涂层缺陷存在的漏洞，降低劳动工作量，它克服了普通涂料由于外力和老化等作用使其本身性能失效的缺点。不仅如此，与传统的修复技术相比，微胶囊材料具有成本低廉、不依靠外界操作、可再生等优势，在复合材料自修复领域表现出潜在的应用价值。这种微胶囊为反应性材料的来源，保护内部的材料免受外部添加剂的侵蚀，并从涂膜中隔离开来。而微胶囊技术最早应用于染料的微胶囊化。将染料微胶囊化后制备复写纸以取代碳复写纸。之后文发展到医药领域。在过去十几年中，这项技术又扩展到农业、食品、化妆品及纺织业。目前，将微胶囊应用于涂料中的方法主要有两种：一种是将其添加到涂料中，另一种则是将微胶囊与金属离子进行电解共沉积^[3]。

微胶囊技术^[4]主要是在复合材料中加入包含有修复剂的囊芯材料和催化剂或者固化剂，当材料受到外力产生裂纹时，囊芯材料会破裂，使内含的修复剂流出，与聚合物基体中的催化剂或者固化剂产生反应，其产物可以粘着裂纹，使其愈合，从而达到修复材料的目的。囊芯材料的选择不同应用领域，选择的囊芯材料不同，被包覆的囊芯可为油溶性、水溶性化或混合物，其状态可为固体、液体或气体。在芯材的选择上应该满足以下条件：① 具有较低的黏度和良好的流动性，在微胶囊破裂后可以快速地填充裂缝；② 不能溶解壁材；③ 具有良好的室温固化性，可以在裂缝处实现快速的室温固化；④ 固化时体积收缩率要小^[1]。微胶囊囊壁材料的选择对微胶囊产品的性能及应用往往起到决定性作用，应不同的囊芯和不同的应用领域来选择不同的囊壁材料。壁材则应该满足：① 具有一定的强度但又不能硬度太大，具有快速的应力感应性，要保证在涂层中长时间稳定存在，避免在微胶囊的添加或材料的施工过程中微胶囊破裂，又要在遇到外力作用时能够快速破裂释放芯材；② 不能被涂料中的溶剂所溶解；③ 要与涂料中的基体树脂具有良好的附着力；④ 要有良好的封闭性，保证芯材不渗透、不扩散。囊壁材料的性质及不同的应用条件，要求囊壁材料有一定的强度及可塑性，具有符合要求的粘度、熔点、玻璃化温度、成膜性、稳定性、渗透性、吸湿性、电性能、可聚合性、溶解性、相容性等，有些则需具有生物可降解性等。在目前研究报道中，高分子材料是最为常用的微胶囊囊壁材料，主要包括天然高分子材料、半合成高分子材料、和全合成高分子材料三大类^[5-6]。目前微胶囊技术主要可分为化学法、物理化学法和物理法^[6-7]。微胶囊技术模仿了生物体受到创伤后能够自愈合的原理，使材料能够在受到外部或者内部损坏时进行自我修复，从而增强材料的机械强度，减少维修损耗，延长使用寿命^[8-9]。

2. 研究内容和预期目标

2.1研究内容：

本论文将深入探索研究微胶囊形成的工艺，并研究微胶囊和自修复涂料修复性能之间的关系。具体研究内容如下：

（1） 查阅资料制定可行的合成路线；（2） 优化的合成工艺；（3） 对不同的材料做自修复微胶囊的实验和测试，优选最佳添加含量和复配比；（4） 对产品进行结构及性能表征；（5） 对研究工作全面总结写出合格的毕业论文。2.2 预期目标：

3. 研究的方法与步骤

3.1研究方法：

原位聚合

微胶囊性能测定：光学显微镜观察表面形貌，粒度分析仪测粒径，红外光谱仪表征，热分析仪测热稳定性

4. 参考文献

[1] 桂泰江，刘希燕.自修复材料及在涂料中的应用[j].现代涂料与涂装.2007，10（12）：29-31

[2] 徐炽焕.自修复涂料的研制[j].现代涂料和涂装.2011，14（12）：21-24

[3] 崔盼，刘秀生，汪洋，刘兰轩.特种涂料中的微胶囊技术[a].特种化工材料技术交流暨新产品、新成果信息发布会资料汇编[c].2010年

5. 计划与进度安排

（2）2022.01.02-2022.01.13：设计实验步骤及工艺；

（3）2022.02.20-2022.04.15：完成相关实验；

（4）2022.04.16-2022.05.15：结构表征及性能测试；