论文总字数：16015字

摘 要

近年来，环氧树脂涂料，尤其是水性环氧树脂涂料迅速发展。但在加工、使用和运输过程中，涂料表面或内部不免因受到自然因素和外部作用而产生裂纹，影响材料的使用寿命。因而自修复型水性环氧树脂涂料成为当前研究热点。本文首先制备力学性能良好的水性环氧树脂，通过红外分析仪和微机控制电子万能试验机研究了涂料的合成和力学性能。第二步通过原位聚合法制备双组分微胶囊，以季戊四醇三丙烯酸酯和N-N二甲基苯胺为芯材，脲醛树脂为壁材制备还原性微胶囊；以季戊四醇三丙烯酸酯和BPO（过氧化苯甲酰）为芯材，密胺树脂为壁材制备氧化性微胶囊。通过微机控制电子万能试验机研究了添加不同微胶囊含量后，自修复涂料的力学性能和自修复效率。实验结果表明：由FITR图像显示，水性环氧树脂成功制备，拉伸强度达到了37MPa。微胶囊含量5%的涂料性能最佳，为38.2MPa。当添加微胶囊含量为15%时，涂层的自修复效率最高，达到了82%。

关键词：水性环氧树脂 还原剂 氧化剂 双组份微胶囊 自修复

Preparation and characterization of waterborne epoxy self-repairing coatings

Abstract

In recent years, epoxy resin coatings, especially waterborne epoxy resin coatings, have developed rapidly. However, in the process of processing, using and transportation, the surface or inside of the paint are inevitably be cracked due to natural factors and external effects, affecting the service life of the material. Therefore, self-healing waterborne epoxy resin coating has become a hot research topic. In this paper, waterborne epoxy resins with good mechanical properties were first prepared, and the synthesis and mechanical properties of coatings were studied by infrared analyzer and computer-controlled electronic universal testing machine. The second step was to prepare two-component microcapsules by in-situ polymerization. Acrylic resin and N-N dimethylaniline were used to be the core material, and urea-formaldehyde resin was used as the wall material to prepare reducing microcapsules; acrylic resin and BPO were used to be the core material, melamine Resin was used as wall material to prepare oxidative microcapsules. The mechanical properties and self-healing efficiency of self-healing coatings after adding different microcapsule contents were studied by computer controlled electronic universal testing machine. It was shown by the experimental results that through the FITR image, the waterborne epoxy resin was successfully prepared and the tensile strength reached 37 MPa. The coating with the content of 5% microcapsules had the best performance, which the tensile strength reached 38.2MPa. When the content of the added microcapsules was 15%, the self-healing efficiency of the coating was the highest, reaching 82%.

Keywords: waterborne epoxy resin; reducing agent; oxidizing agent;

two-component microcapsules; self-healing

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 前言 1

1.2 水性环氧树脂 2

1.2.1 水性环氧树脂特点 2

1.2.2 水性环氧树脂涂料的制备[] 2

1.3 自修复涂料 4

1.3.1 本征型自修复体系 5

1.3.2 外援型自修复体系 5

1.4 微胶囊自修复材料 5

1.4.1 微胶囊自修复材料的修复机理 5

1.4.2 微胶囊自修复材料的合成方法 6

1.4.3 微胶囊自修复材料的研究成果 7

1.5 本文的研究内容、目标及实验意义 8

1.5.1 研究内容 8

1.5.2 研究目标 8

1.5.3 实验意义 8

第二章 实验部分 10

2.1 实验原料与设备 10

2.1.1 实验原料 10

2.1.2 实验设备 11

2.2 实验过程与步骤 11

2.2.1 乳化剂的制备 11

2.2.2 固化剂的制备 12

2.2.3 水性环氧乳液的制备 13

2.2.4 还原性微胶囊和氧化性微胶囊的合成 14

2.2.5 水性环氧树脂-双组分微胶囊薄膜的制备 16

第三章 结果与讨论 18

3.1 水性环氧树脂涂料的表征 18

3.1.2 红外对比分析 18

3.1.2水性环氧树脂薄膜力学性能 19

3.2 薄膜OM图像分析 19

3.3 不同微胶囊含量自修复薄膜的表征 21

3.3.1不同微胶囊含量的薄膜在完整、破化和修复状态后的拉伸强度 21

3.3.2自修复薄膜修复效率 22

第四章 结论 24

参考文献 25

致 谢 27

绪论

前言

环氧树脂有优异的物理性能和化学性能。环氧树脂分子链中含有羟基、醚键和环氧基，这些基团与相邻界面相互吸附，赋予了环氧树脂良好的附着力；环氧基又可以在固化剂的作用下发生交联，形成网状结构的大分子，这赋予了环氧树脂优秀的粘结性能；因其在开环加成聚合时不产生小分子，所以固化后一般不会发生大规模收缩；环氧树脂拥有较好的稳定性，在保证纯度的的情况下，储存时长最长可达一年；因其不导电的性质，也被用来制作绝缘材料。环氧树脂还有许多优点：有良好的耐化学药品性、耐溶剂性能优异、硬度高、耐腐蚀、热稳定性优良等……因其优良的各方性能，环氧树脂在生活中有广泛的应用，它被用作涂料、防腐材料，也可用于隔热材料、粘结材料等。但环氧树脂同样也有着许多缺陷：在与固化剂反应后，其内部交联度过高，整体表现为脆性，拉伸和抗冲击性能较差。溶剂型环氧树脂涂料中，一般含有有机挥发溶剂，而有机溶剂在涂料生产施工阶段易挥发，从而进入大气，造成环境污染，影响人们的身体健康。因此，对环氧树脂进行各种改性，以使其在对环境更友好的同时，也能拥有优良的性能，这一直是研究人员的科研重难点。与溶剂型环氧树脂涂料相比，水性环氧树脂涂料性能更为优异：其含有的有机挥发物比例低、气味小，涂料使用也更为安全；有些水性环氧树脂涂料甚至不含有机溶剂，其生产施工设备可直接用水清洗。随着涂料行业对挥发性有机化合物（VOC）的限制，人们对于环境污染的越发重视，水性环氧涂料必将成为今后涂料研究的一个重要发展方向。

在航空航天、汽车制造、建筑设施等领域，涂料防护是应用最为广泛的防护手段。然而由于受到热、力学破坏及化学降解等外界因素或涂层自身性能的影响，在长期使用过程中，涂层材料内部将不可避免地产生微裂纹，导致局部损伤，这些裂纹暴露在空气中将不断蔓延扩大。且因为微裂纹很难从外部进行修复[^[1]]，长此以往将导致涂层材料力学性能的下降和使用寿命的缩短。因此，对自修复涂层的研究具有重要的意义。

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