Synthesis and Properties of Self-Healing Microcapsules using Natural Gum as a Surfactant
- Alternative Title
- 천연검을 계면활성제로 사용한 자기치유 마이크로캡슐의 합성 및 물성
- Abstract
- 자기치유 재료는 재료에 부정적인 영향을 미치는 손상을 자체적으로 치유할 수 있는 첨단소재이다. 자기치유 시스템은 내부에 치유제, 가교제 촉매 등을 포함하는 마이크로캡슐을 고분자 매트릭스에 균일하게 혼합함으로써 얻을 수 있다. 마이크로캡슐이 함유된 고분자의 치유성능은 치유효율에 의해 평가된다. 치유효율은 마이크로캡슐의 형태와 크기에 영향을 받으며, 마이크로캡슐의 크기는 혼합장치의 구조 및 교반속도, 점도, 계면장력, 혼합온도, 계면활성제의 함량 및 성질 등과 같이 여러 인자에 좌우된다.
본 연구에서는 마이크로캡슐의 치유효율을 향상시키기 위하여 디이소시아네이트와 두 종류 디올의 함량비를 조절하여 프리폴리머를 합성하고 5종의 천연검을 계면활성제로 사용하여 계면중합을 통해 마이크로캡슐을 합성하였다. 합성된 프리폴리머의 free-NCO content 및 FT-IR을 측정하여 비교분석하고, 마이크로캡슐은 광학현미경, FE-SEM, FT-IR, free-NCO content 및 TGA로 분석하였다. 또한, 마이크로캡슐을 열가소성 폴리우레탄에 적용하여 표면 보호용 코팅제를 제조하고 필름의 치유거동을 확인하였으며, 기계적특성 및 치유효율 등의 물성을 평가하였다.
- Issued Date
- 2020
- Awarded Date
- 2020. 2
- Type
- Dissertation
- Publisher
- 부경대학교
- Alternative Author(s)
- Hyo Won Jun
- Affiliation
- 부경대학교 대학원
- Department
- 대학원 고분자공학과
- Advisor
- 이원기
- Table Of Contents
- 1. Introduction 1
2. Theoretical background 3
2.1. Self-healing materials 3
2.2. Classification of self-healing polymers 5
2.3. Encapsulation 7
2.3.1. Self-healing systems based on microcapsules 7
2.3.2. Interfacial polymerization 9
2.3.3. Surfactant 10
2.3.4. Polyurethane prepolymer 13
2.3.5. Healing agent 14
3. Experimental 17
3.1. Materials 17
3.2. Synthesis and characterization of urethane prepolymer 19
3.2.1. Synthesis of urethane prepolymer 19
3.2.2. Free-NCO contents 22
3.2.3. FT-IR spectra of urethane prepolymer 23
3.3. Synthesis and characterization of microcapsules 24
3.3.1. Synthesis of microcapsules 24
3.3.2. Optical microscopy and FE-SEM 31
3.3.3. Evaluation of the effects of surfactants 32
3.3.4. FT-IR spectra of microcapsule components 33
3.3.5. Thermogravimetric analysis (TGA) 34
3.3.6. Fracture and release behavior of microcapsules 34
3.4. Microcapsule-embedded self-healing coating 35
3.4.1. Preparation of microcapsule-embedded self-healing coatings 35
3.4.2. Healing behavior of microcapsule-embedded coating 37
3.4.3. Effects of embedded microcapsules on mechanical properties and healing efficiency 39
4. Result and discussion 40
4.1. Analysis prepolymers 40
4.1.1. Free-NCO contents 40
4.1.2. FT-IR spectra of urethane prepolymers 42
4.2. Morphology of microcapsules according to different synthesis conditions 44
4.2.1. Morphology of microcapsules according to different natural gum types 44
4.2.2. Morphology of microcapsules according to different gum contents 48
4.2.3. Morphology of microcapsules according to different prepolymers 51
4.3. Evaluation of the effects of surfactants 53
4.4. Analysis microcapsules 57
4.4.1. FT-IR spectra of microcapsule components 57
4.4.2. Thermal analysis 59
4.4.3. Fracture and release behavior 64
4.5. Evaluation of microcapsule-embedded self-healing coating 69
4.5.1. Healing behavior of coating 69
4.5.2. Mechanical and healing effect of microcapsules 71
4.5.3. Evaluation of healing efficiency 73
5. Conclusions 78
6. References 80
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