微胶囊基自修复高分子及其工艺研究开题报告

1. 研究目的与意义

高分了材料在其成型加工和使用过程中不可避免地会产生局部损伤和微裂纹，进而引发宏观裂缝而发生破坏，影响相关产品的正常使用和缩短使用寿命，而往往这些微损伤在开始的时候难以发现，或者即使被发现也因产品形状等限制无法得到及时修复。因此，如果能够赋予高分子材料自修复功能，即可解决上述问题，显著提高产品的安全性，延长其使用寿命。

事实上，自修复(或称自愈合)是生物体与生俱来的一种能力，动植物遭受微小损伤后，无需采取任何措施，即可自行愈合。断骨愈合和树木伤口愈合就是这种功能的典型例子。自修复型高分了材料正是受到大自然的启发，模仿生物体损伤愈合，通过物质补给或能量补给机制，使材料的微损伤能够得以自动愈合，从而消除隐患，现正成为材料科学与工程领域新兴前沿课题，近几年来发展迅速，在重要工程和尖端技术领域展现出巨大的发展前景和应用价值。

至今为止面世的自修复型高分了材料种类繁多，根据自修复机理和材料制备特点大致可分两大类：外植型和本征型自修复材料。外植型自修复高分了材料含有预先埋置的修复剂，通常修复剂装载在胶囊、空心玻璃纤维等微容器中，当材料中产生微裂纹时，分布在裂纹扩展路径上的微容器也随之破裂，释放出液态修复剂，基于毛细原理迅速抵达裂纹处，通过化学或物理作用将断面重新接合起来。本征型自修复高分了材料不需要添加修复剂，在一定的外场刺激下，依靠大分子的断链-结合可逆反应能力，即可自行修复损伤;此外，这类材料由于不存在修复剂消耗的问题，因而较易进行损伤的多次修复。近几年来，微胶囊技术发展迅速，在自修复材料领域的应用广泛。

用于制各微胶囊的方法很多，目前文献报道的大约有200多种。根据涂层方法的不同，可将微胶囊的制备方法分为化学法、物理法和物理化学法。化学法主要包括界面聚合法、原位聚合法和锐孔法；物理化学法主要包括水相相分离法、油相相分离法、干燥浴法、熔化分散法与冷凝法、粉末床法：物理法主要包括空气悬浮法、喷雾干燥法、真空蒸发沉积法、静电结合法、多孔离心法。常用的微胶囊的制备方法主要有：

2. 研究内容和预期目标

本课题拟制备一种具有自修复能力的环氧树脂材料。系统考察可自修复的微胶囊制备工艺、以及自修复材料的制备工艺。

1.首先，用尿素和甲醛制备预聚体。

2.然后，制备出以乳化剂、环氧树脂为囊心，以脲醛树脂为囊壁的微胶囊。

3. 研究的方法与步骤

（1）聚脲甲醛预聚体的制备：称量摩尔比为2:1的37 ％的甲醛水溶液和尿素加入烧杯中，搅拌，待尿素全部溶解后，用三乙醇胺调节溶液的ph=8~9，然后倒入装有搅拌器和回流冷凝管的三口烧瓶中，在70 ℃下水浴恒温反应1h，得到透明粘稠的脲醛树脂预聚体，加入2倍预聚体体积的去离子水，冷却至室温，备用。

（2）微胶囊的制备：称取10.0 g环氧树脂、50 ml去离子水、0.1 g十二烷基苯磺酸钠(dbs)加入三口烧瓶中，高速搅拌1 h，得到水包油型(o/w)乳液，然后加到聚脲甲醛预聚体中，搅拌均匀后缓慢加入催化剂稀盐酸调节溶液的ph，直至ph=3，同时缓慢升温至65℃，反应3 h，最后用碳酸钠溶液调节ph=7，将所得悬浮液用去离子水、丙酮洗涤，抽滤和干燥后得到微胶囊产品。

（3）自修复环氧树脂复合材料的制备：以wsr 706固化剂固化的e-44环氧树脂作为基体，在烧杯中称取20.0 g的e-44环氧树脂，加入环氧树脂质量的4 %的wsr 706固化剂，分别加入制备好的8.0 wt%和3.0 wt%环氧树脂微胶囊和潜伏性固化剂邻苯二甲酸酐(pa)，然后将烧杯置于50℃的恒温水浴锅中，加热使混合物的粘度降低，磁力搅拌5 min，充分搅拌均匀，然后倒入模具中，在真空干燥箱中脱气3~5次，直至模具内的液体中基本没有气泡，然后在50℃下固化2 h，80℃下固化3 h，得到自修复环氧树脂复合材料试样。

4. 参考文献

[1] 方雷，石光，李国明，傅和清.环氧树脂微胶囊的制备研究[j].中国胶粘剂，2005,14(11):9-12.

[2] 彭涛，张光业.脲醛树脂包覆环氧树脂微胶囊的制备[j].塑料工业，2015，43(2):73-98.

[3] 林广沅,孙振武.环氧树脂微胶囊化技术研究进展[j].热固性树脂，2012，27(4):74-79.

[4] 张敏，张婷，童晓梅，陈峰，张国宏，邱建辉.脲醛树脂微胶囊的改性[j].功能高分子学报，2009,22(3):270-274.

5. 计划与进度安排

（1）第1-3周（2022年3月2日—2022年3月20日）查阅文献资料，做开题报告。

（2）第4-6周（2022年3月23日—2022年4月10日）完成设计的相关实验。

（3）第7-14周（2022年4月13日—2022年6月5日）结构表征与性能测试。