潜伏性微胶囊型固化剂的实验参数模拟与制备研究
发布时间：2021-04-10 17:57
预浸料是一种可以储存的纤维增强复合材料的半成品,若基体树脂为热固性树脂时,需要加入固化剂,与增强材料和其他助剂一起形成预浸料。一般预浸料需要在低温下储存,使用时再进行解冻。并且预浸料固化温度若较高,会存在固化内应力大、成品质量无法保证以及能源消耗高等问题;若采用低温固化预浸料,此时成型时固化速度快、预浸料室温适用期不足以大于10 d、不能满足成型周期的需要。本文将微胶囊技术应用于一种潜伏性固化剂的制备,使其同时具备反应高活性与较好的室温储存性能,可以解决上述实际问题。本文采取特定的模拟手段,对微胶囊形成过程进行模拟。特定的模拟方法是耗散粒子动力学DPD（Dissipative Particle Dynamics）模拟方法与分子动力学MD（Molecular Dynamics）模拟。在DPD模拟中,是对形成乳液的稳定性进行探究,将体系中各珠子粗粒化,计算了不同条件下体系的界面张力,并对其进行了微观机理解释。MD模拟方法则对挥发过程中小分子在壳材聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）中的扩散能力进行模拟分析,比较了溶剂小分子与固化剂小分子的扩散能力,从自由体积理论角度进行了机理解释。通过模拟手段,总...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
喷雾干燥法原理示意图[14]
两相界面上芯材与壳材分子通过聚合反应形成微胶囊，此时芯材与壳材分子通过化学键连接，发生聚合反应之后在界面上呈现一种有序性，产生包覆效果；原位聚合法指的是将壳材单体分子和引发单体发生聚合反应的引发剂共同加入某相中，壳材单体生成大分子量的聚合物之后，会逐渐从溶液中析出，沉积在界面上包覆芯材。界面聚合制备方法对芯材和壳材的要求比较高，必须选用二者可发生聚合反应的材料；而原位聚合法对壳材选择变广泛，只是这种聚合反应时间较长，反应过程中容易受到乳液性质的影响。界面聚合法和原位聚合法原理示意图如图1-2所示。图1-2界面聚合法/原位聚合法原理示意图[14]a)界面聚合法；b)原位聚合法蔡秀兰[18]采用界面聚合法，实现了以改性胺1E-51固化剂的包覆，测得这种微胶囊的热稳定温度为198oC，包覆率可达79.8%，平均粒径为20.7μm，可应用于自修复体系中，并且自修复之后的体系发断裂拉伸性能都有了一定程度的提高。童速玲[26]采用原位聚合法，制备了可用于环氧树脂胶粘剂的微胶囊促进剂，壳材由三聚氰胺-甲醛预聚物聚合得到，分析结果显示，这种微胶囊促进剂有较好促进固化作用，室温潜伏期可达3个月以上。吕小燕[27]则是选用丙烯酸树脂与钛酸正丁酯两种物质，也采用原位聚合法，使其发生交联反应形成壳材包覆芯材2-甲基咪唑，形成W/O型潜伏性微胶囊型固化剂，经测试表征，得到这种微胶囊固化剂芯材含量为38%，微胶囊粒径分布范围较窄，平均粒径约为4.5μm，该微胶囊也具有一定的固化活性与室温储存稳定期。陶瑜骁[28]制备的微胶囊固化剂，壳材也为三聚氰胺-甲醛的聚合物，采用原位聚合法，探讨了多种参量对合成微胶囊的粒径和稳定性等影响，所制备的微胶囊的粒径范围在50-125μm，相对较大，也具有很好的包覆性和热稳定性，与?
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-6-囊破裂可以释放出芯材引发环氧树脂固化，如图1-3所示。图1-3环氧树脂体系中微胶囊破裂前后截面的SEM图[28]a)未破裂微胶囊；b)破裂微胶囊1.2.2.3溶剂挥发法溶剂挥发方法是一种典型的物理化学方法。溶剂挥发法需要制备稳定乳液，将壳材与芯材同时溶解在油相溶剂中，这里的油相溶剂是指一种可挥发的溶剂，具有比水相中的水更低的沸点（低于100oC），并且能很好的溶解壳材和芯材，同时不应与水混溶，分散在乳液中具备一定的稳定性，然后通过升温将这种油相溶剂挥发，挥发过程中壳材和芯材会因表面张力的差异，表面张力大的壳材会倾向于包覆表面张力小的芯材。采用溶剂挥发法时，形成乳液的类型应根据芯材的亲水性或疏水性来选择，以实现有效包覆，对于不溶性或水溶性差的芯材，经常使用水包油（O/W）方法。溶剂挥发法原理示意图如图1-4。图1-4溶剂挥发法原理示意图[14]采用溶剂挥发法制备微胶囊时，实现途径大致分为三种：直接乳化法、复相乳化法和相反转乳化法。直接乳化法是指将水相和油相按一定的体积比混合之后，直接通过高速剪切，形成O/W型或W/O型两类简单乳液，此外，还可能形成复相乳状液，常见的便是W/O/W型乳液，在形成这类复相乳液时，会先形成一种简单的乳液（O/W型、W/O型），这时形成的乳液液滴会成为复相乳液的内相，随后再将该内相乳液液滴视为整体，分散在外连续相中就形成这种复相乳液。曹梅等[29]对
【参考文献】：
期刊论文
[1]乳液稳定性对溶剂挥发法制备微胶囊的影响[J]. 杨晓军,赵李阳,李青阳,马立民. 北京工业大学学报. 2020(02)
[2]表面活性剂分子在油/水界面聚集行为:分子模拟研究进展[J]. 耿铁,赵春花,刘雪婧,苏龙,郑利强,孙继超. 日用化学工业. 2019(08)
[3]升温过程中水在矿物油和纤维素界面扩散和聚集行为的分子模拟[J]. 王伟,董文妍,李芳义,蒋达,宁中正. 电工技术学报. 2019(17)
[4]表面活性剂与油-水界面的介观模拟研究[J]. 侯研博,任强. 石油学报(石油加工). 2019(01)
[5]国内外预浸料应用市场概述[J]. 韩笑,侯锋辉,王希杰,贾晶,王增加,师慧. 玻璃纤维. 2018(06)
[6]油水界面上阴/阳离子型复配表面活性剂体系的分子动力学模拟[J]. 刘佳霖,任瑛,陈卫,杨晖,何秀娟,李应成. 过程工程学报. 2019(03)
[7]原位聚合法制备微胶囊的研究进展[J]. 宋云飞,娄鸿飞,吕绪良,周雪琴,李巍. 化工新型材料. 2018(09)
[8]长贮存期低温固化环氧树脂基预浸料研究进展[J]. 王志远,陈刚,王启芬,于倩倩,崇琳,王忠,吴忠泉. 工程塑料应用. 2018(06)
[9]O/W乳状液稳定性的影响因素研究[J]. 任金恒,王彦玲,刘飞,王坤,李永飞,尹子辰. 科技通报. 2018(05)
[10]OPEO表面活性剂在油/水界面的分子动力学模拟[J]. 候孟蝶,李惠萍,胡子昭,宋宏伟. 日用化学工业. 2018(05)
硕士论文
[1]咪唑类环氧树脂潜伏型固化剂的制备及其在电子灌封胶中的应用[D]. 王锦霞.华南理工大学 2017
[2]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[D]. 唐欣欣.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3130085
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
喷雾干燥法原理示意图[14]
两相界面上芯材与壳材分子通过聚合反应形成微胶囊，此时芯材与壳材分子通过化学键连接，发生聚合反应之后在界面上呈现一种有序性，产生包覆效果；原位聚合法指的是将壳材单体分子和引发单体发生聚合反应的引发剂共同加入某相中，壳材单体生成大分子量的聚合物之后，会逐渐从溶液中析出，沉积在界面上包覆芯材。界面聚合制备方法对芯材和壳材的要求比较高，必须选用二者可发生聚合反应的材料；而原位聚合法对壳材选择变广泛，只是这种聚合反应时间较长，反应过程中容易受到乳液性质的影响。界面聚合法和原位聚合法原理示意图如图1-2所示。图1-2界面聚合法/原位聚合法原理示意图[14]a)界面聚合法；b)原位聚合法蔡秀兰[18]采用界面聚合法，实现了以改性胺1E-51固化剂的包覆，测得这种微胶囊的热稳定温度为198oC，包覆率可达79.8%，平均粒径为20.7μm，可应用于自修复体系中，并且自修复之后的体系发断裂拉伸性能都有了一定程度的提高。童速玲[26]采用原位聚合法，制备了可用于环氧树脂胶粘剂的微胶囊促进剂，壳材由三聚氰胺-甲醛预聚物聚合得到，分析结果显示，这种微胶囊促进剂有较好促进固化作用，室温潜伏期可达3个月以上。吕小燕[27]则是选用丙烯酸树脂与钛酸正丁酯两种物质，也采用原位聚合法，使其发生交联反应形成壳材包覆芯材2-甲基咪唑，形成W/O型潜伏性微胶囊型固化剂，经测试表征，得到这种微胶囊固化剂芯材含量为38%，微胶囊粒径分布范围较窄，平均粒径约为4.5μm，该微胶囊也具有一定的固化活性与室温储存稳定期。陶瑜骁[28]制备的微胶囊固化剂，壳材也为三聚氰胺-甲醛的聚合物，采用原位聚合法，探讨了多种参量对合成微胶囊的粒径和稳定性等影响，所制备的微胶囊的粒径范围在50-125μm，相对较大，也具有很好的包覆性和热稳定性，与?
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-6-囊破裂可以释放出芯材引发环氧树脂固化，如图1-3所示。图1-3环氧树脂体系中微胶囊破裂前后截面的SEM图[28]a)未破裂微胶囊；b)破裂微胶囊1.2.2.3溶剂挥发法溶剂挥发方法是一种典型的物理化学方法。溶剂挥发法需要制备稳定乳液，将壳材与芯材同时溶解在油相溶剂中，这里的油相溶剂是指一种可挥发的溶剂，具有比水相中的水更低的沸点（低于100oC），并且能很好的溶解壳材和芯材，同时不应与水混溶，分散在乳液中具备一定的稳定性，然后通过升温将这种油相溶剂挥发，挥发过程中壳材和芯材会因表面张力的差异，表面张力大的壳材会倾向于包覆表面张力小的芯材。采用溶剂挥发法时，形成乳液的类型应根据芯材的亲水性或疏水性来选择，以实现有效包覆，对于不溶性或水溶性差的芯材，经常使用水包油（O/W）方法。溶剂挥发法原理示意图如图1-4。图1-4溶剂挥发法原理示意图[14]采用溶剂挥发法制备微胶囊时，实现途径大致分为三种：直接乳化法、复相乳化法和相反转乳化法。直接乳化法是指将水相和油相按一定的体积比混合之后，直接通过高速剪切，形成O/W型或W/O型两类简单乳液，此外，还可能形成复相乳状液，常见的便是W/O/W型乳液，在形成这类复相乳液时，会先形成一种简单的乳液（O/W型、W/O型），这时形成的乳液液滴会成为复相乳液的内相，随后再将该内相乳液液滴视为整体，分散在外连续相中就形成这种复相乳液。曹梅等[29]对
【参考文献】：
期刊论文
[1]乳液稳定性对溶剂挥发法制备微胶囊的影响[J]. 杨晓军,赵李阳,李青阳,马立民. 北京工业大学学报. 2020(02)
[2]表面活性剂分子在油/水界面聚集行为:分子模拟研究进展[J]. 耿铁,赵春花,刘雪婧,苏龙,郑利强,孙继超. 日用化学工业. 2019(08)
[3]升温过程中水在矿物油和纤维素界面扩散和聚集行为的分子模拟[J]. 王伟,董文妍,李芳义,蒋达,宁中正. 电工技术学报. 2019(17)
[4]表面活性剂与油-水界面的介观模拟研究[J]. 侯研博,任强. 石油学报(石油加工). 2019(01)
[5]国内外预浸料应用市场概述[J]. 韩笑,侯锋辉,王希杰,贾晶,王增加,师慧. 玻璃纤维. 2018(06)
[6]油水界面上阴/阳离子型复配表面活性剂体系的分子动力学模拟[J]. 刘佳霖,任瑛,陈卫,杨晖,何秀娟,李应成. 过程工程学报. 2019(03)
[7]原位聚合法制备微胶囊的研究进展[J]. 宋云飞,娄鸿飞,吕绪良,周雪琴,李巍. 化工新型材料. 2018(09)
[8]长贮存期低温固化环氧树脂基预浸料研究进展[J]. 王志远,陈刚,王启芬,于倩倩,崇琳,王忠,吴忠泉. 工程塑料应用. 2018(06)
[9]O/W乳状液稳定性的影响因素研究[J]. 任金恒,王彦玲,刘飞,王坤,李永飞,尹子辰. 科技通报. 2018(05)
[10]OPEO表面活性剂在油/水界面的分子动力学模拟[J]. 候孟蝶,李惠萍,胡子昭,宋宏伟. 日用化学工业. 2018(05)
硕士论文
[1]咪唑类环氧树脂潜伏型固化剂的制备及其在电子灌封胶中的应用[D]. 王锦霞.华南理工大学 2017
[2]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[D]. 唐欣欣.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3130085
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