自修复涂料的制备及研究开题报告

开题报告

题目：自修复涂料的制备及研究

1、毕业设计（论文）综述

1.1题目背景及研究意义

自修复涂料是20世纪90年代提出来的一种智能涂料,当涂膜受到损坏后具有自修复功能，能够在涂层破损时发挥自愈作用，可以大大延长涂料的使用寿命。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。

微胶囊技术是利用成膜材料包覆具有分散性的固体物质、液滴或气体而形成微粒的一种技术。微胶囊的制备方法有化学法、相分离法和物理法。化学法是通过单体小分子发生聚合反应成膜包覆在芯材表面形成微胶囊,是常用的制备方法,其中,应用最多的是原位聚合法，因其粒径、囊壁厚度等易于控制，操作容易、工艺简单、成本低廉、易工业化而被广泛采用。

有些可自修复的微胶囊添加到涂料中时，会引发微胶囊失去自修复这一功能，或改变涂料原有的表面性能。所以对芯材和壁材有一定的要求,芯材：1）具有较低的黏度和良好的流动性；2）不能溶解壁材；3）具有良好的温室固化性且固化时体积收缩率小；壁材:1) 具有一定强度和快速的应力感应性；2）不被涂料中的溶剂所溶解；3）要有良好的封闭性，保证芯材不渗透、不扩散。因此选取正确的材料显得格外重要。

在前人的研究上得出，较好的方式是先在底材上涂一层底漆,然后添加一层微胶囊,再喷涂底漆和面漆,形成三明治的结构。这样不但可以保持微胶囊的完整性,而且还可以增加涂层的韧性,在涂层内部出现损伤时,起到很好的自修复功能。近几年随着微胶囊技术的快速发展，微胶囊技术在自修复涂料领域的应用受到重视，这为微胶囊技术的发展提供的更广阔的发展空间。

1.2国内外研究现状

当前，随着自修复材料的突起，自修复涂料也受到国内外研究人员的广泛关注。具有自修复功能的复合材料最先是由美国军方20世纪80年代提出来的并很快成为各国研究重点之一，目前只有美国、日本少数国家处于实验室研究阶段，尚未取得具有实用意义的成果。国内对于该技术的理论研究还不全面,基本上也是停留在实验室的研究阶段,要实现产业化还很困难。现多以液体状多异氰酸酯预聚物为修复剂,但其反应速度快,较难控制。又因涂料某些潜在部分的破裂人的肉眼不易发现，导致不能及时修复破损部位，所以可研究制备一种能自修复的微胶囊,以填料的方式加入到涂料中,那么就可以自己感知外界环境因素的变化，自身做出适当的响应，以恢复其自身性能。

2、本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施

2.1本课题研究的主要内容

以脲醛树脂为壁材，以质量比为8:2的环氧丙烯酸树脂(EA)和活性稀释剂（TPGDA）混合物为芯材，合成脲醛树脂包覆EA/TPGDA的微胶囊。然后采用偏光显微镜、傅里叶红外光谱仪等分析仪器对微胶囊的形态、粒径、结构进行分析表征。最后将EA/TPGDA微胶囊埋置于树脂基涂层中，制备出包覆有微胶囊的具有自修复功能的树脂基涂层材料，探索涂层的自修复功能，确定最佳的芯壁比和微胶囊添加量。

2.2研究方案

1) 聚脲甲醛预聚体，是由质量比为1:2的尿素和浓度为37%的甲醛溶液混合而成的，在装有搅拌装置的三口烧瓶中，加入这两种混合物，溶解后用三乙醇胺调节体系pH=9，缓慢升温，加热至70℃左右保温1h得到粘稠的液体。将制备好的聚脲甲醛预聚体放致冷却到室温，然后再加入蒸馏水，制得了聚脲甲醛预聚体溶液。将事先混合好的囊芯材料（质量比为8:2的环氧丙烯酸树脂EA和活性稀释剂TPGDA混合物）加入到上述溶液中，搅拌均匀，再滴入2~3滴正辛醇作为消泡剂，30min 后形成了稳定的乳液。用盐酸调节体系pH=2。然后保持升温到70℃，保温一个小时反应结束。最后经过抽滤，自然干燥，即可得产品微胶囊。

2) 在室温、200r/m 转速下将制备好的EA微胶囊和PTMA微胶囊（实验室自制）按相同比例加入到丙烯酸涂料原浆中，微胶囊加入量占涂料的10%，搅拌15min混合均匀，然后加入25%(相对于涂料)的固化剂，搅拌均匀，即可制备出实验所用的漆膜。

2.3研究方法

1) 本实验微胶囊的制备用化学法中的原位聚合法聚合；

2) 产物的测定：偏光显微镜、傅里叶红外光谱仪。

3、本课题研究的重点及难点，前期已开展的工作

3.1重点

自修复微胶囊的选材与制备困难，因为囊壁和囊芯都必须与粘接涂层基体具有良好的相容性，才不至于影响到原始及修复粘接涂层的性能，微胶囊粒径和壁厚也要满足苛刻的条件。

3.2难点

1) 涂料的自修复效率

2) 微胶囊与涂层之间的粘接力

3.3前期已开展的工作

1) 查阅相关资料；

2) 熟悉偏光显微镜、傅里叶红外光谱仪等仪器及表征方法，可以准确确定微胶囊的各项性能。

4、完成本课题的工作方案及进度计划

第1-2周做前期准备，查阅资料，完成开题报告；

第3周开题答辩；

第4-7周准备材料，进行实验；

第8周完成中期报告；并进行中期答辩；

第9-10周根据实验方案先制备马来酸酐改性聚乙烯醇水溶液，然后制备EA/TPGDA微胶囊。

第11-12周检测微胶囊的自修复性能并将具有自修复性能的微胶囊（PTMA微胶囊和EA/TPGDA微胶囊）按相同组份添加到涂料中。

第13-14周测定涂料的自修复性能；

第15周整理实验结果并写出完整的毕业论文，完成毕业答辩

指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见）

指导教师：年月日

所在系审查意见：

系主管领导：年月日

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