مروری کوتاه بر اصلاح میکروکپسول‌های پلی(اوره-فرمالدهید) برای بهبود کارایی سامانه‌های کامپوزیتی خودترمیمی

نوع مقاله : تالیفی

نویسندگان

1 گروه مهندسی پلیمر، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

2 عضو هیئت علمی، گروه مهندسی پلیمر، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

3 گروه مهندسی مواد وپلیمر، دانشکده مهندسی، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار، ایران

چکیده

امروزه میکروکپسولی‌کردن مواد به‌طور گسترده در زمینه‌ها و صنایع مختلف از جمله کشاورزی، مواد غذایی و دارویی، پوشش‌ها و مواد آرایشی استفاده می‌شود. از مهم‌ترین کاربردهای میکروکپسول‌ها، تهیه کامپوزیت‌های پلیمری خودترمیم است. میکروکپسول‌های پلی(اوره-فرمالدهید) (PUF) به‌دلیل ویژگی‌های مناسب در تهیه این سامانه‌ها بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند. اما این میکروکپسول‌ها، در برخی موارد قابلیت برهم‌کنش مناسب با ماتریس پلیمری را ندارند. درنتیجه، موجب کاهش خواص مکانیکی ماتریس و همچنین جلوگیری از انتقال مناسب تنش واردشده به میکروکپسول‌ها (و درنتیجه کاهش عملکرد خودترمیمی) می‌شوند. اصلاح میکروکپسول‌ها به‌منظور بهبود برهم‌کنش‌های ماتریس-میکروکپسول و همچنین بهبود خواص آن‌ها، رویکرد مؤثری برای کم‌کردن مقدار کاهش خواص مکانیکی و انتقال بهتر تنش به میکروکپسول‌هاست. با توجه به مطالعات موجود در منابع روش‌های اصلاح میکروکپسول‌های PUF را می‌توان به 4 دسته کلی اصلاح با استفاده از عوامل جفت‌کننده سیلانی، در حین سنتز، با استفاده از نانوذرات و تهیه میکروکپسول‌های با پوسته چندلایه با استفاده از روش رسوب‌دهی لایه‌به‌لایه تقسیم‌بندی کرد. در این مطالعه، ابتدا مختصری درباره میکروکپسول‌ها و عوامل مؤثر بر کارایی آن‌ها، روش‌های کپسولی‌کردن و سامانه‌های خودترمیم بر پایه میکروکپسول‌ها مرور شده‌ و سپس به‌طور ویژه، میکروکپسول‌های PUF و روش‌های اصلاح آن‌ها بررسی می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

A Brief Review on Modification of Poly(urea-formaldehyde) Microcapsules to Improve the Performance of Self-healing Composite Systems

نویسندگان [English]

  • tina rabiee 1
  • Mahmood Masoomi 2
  • Saied Nouri Khorasani 2
  • Rasoul Esmaeely Neisiany 3
1 Polymer engineering group, Department of chemical engineering, Isfahan university of technology, Isfahan, Iran
2 Polymer engineering group, Department of chemical engineering, Isfahan university of technology, Isfahan, Iran
3 Department of Materials and Polymer Engineering, Faculty of Engineering, Hakim Sabzevari University, Sabzevar, 9617976487, Iran
چکیده [English]

Nowadays, the microencapsulation of materials is used extensively in different fields and industries including agriculture, food and pharmaceuticals, coatings,and cosmetics. One of the most important applications of microcapsules is preparation of self-healing polymer composites. Poly(urea-formaldehyde) (PUF) microcapsules have received a lot of attention due to their suitable properties in the preparation of these systems. However, in some cases, these microcapsules do not have the ability to interact properly with the polymer matrix. As a result, they reduce the mechanical properties of the matrix as well as prevent the proper transfer of applied stress to the microcapsules (and thus reduce self-healing performance). Modification of microcapsules in order to reinforce the interaction of the matrix-microcapsule as well as improving their properties is an effective approach to decrease the mechanical properties reduction and improve stress transfer to the microcapsules. According to the literature, the modification methods of PUF microcapsules can be classified into 4 main groups including; modification via silane coupling agents, modification during synthesis, modification by using nanoparticles, and preparation of multishell microcapsules via layer-by-layer deposition method. In this review, microcapsules and factors affecting their effectiveness, methods of encapsulation, and microcapsule based self-healing systems are explained briefly. PUF microcapsules and their modification methods are also discussed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • chemical modification methods
  • poly(urea-formaldehyde) microcapsules
  • mechanical properties
  • self-healing materials
  • polymer composites

مراجع

1. Dubey R., Shami T.C., and Bhasker Rao K.U., Microencapsulation Technology and Applications, Def. Sci. J., 59, 82–95, 2009.
2. White S.R., Sottos N.R., Geubelle P.H., Moore J.S., Kessler M.R., Sriram S.R., Brown E.N., and Viswanathan S., Autonomic Healing of Polymer Composites, Nature, 409, 794–797, 2001.
3. Blaiszik B.J., Sottos N.R., and White S.R., Nanocapsules for Self-Healing Materials, Compos. Sci. Technol., 68, 978–986, 2008.
4. Rzesutko A.A., Brown E.N., and Sottos N.R., Tensile Properties of Self-Healing Epoxy, TAM Technol. Rep., 1041–1055, 2003.
5. Wazarkar K., Patil D., Rane A., Balgude D., Kathalewar M., and Sabnis A., Microencapsulation: An Emerging Technique in the Modern Coating Industry, RSC Adv., 6, 106964–106979, 2016.
6. Nesterova T., Dam-Johansen K., and Kiil S., Synthesis of Durable Microcapsules for Self-Healing Anticorrosive Coatings: A Comparison of Selected Methods, Prog. Org. Coat., 70,
342–352, 2011.
7. Murphy E.B. and Wudl F., The World of Smart Healable Materials, Prog. Polym. Sci., 35, 223–251, 2010.
8. Brown E.N., White S.R., and Sottos N.R., Microcapsule Induced Toughening in a Self-Healing Polymer Composite, J. Mater. Sci., 39, 1703–1710, 2004.
9. Behzadnasab M., Esfandeh M., Mirabedini S.M., Zohuriaan- Mehr M.J., and Farnood R.R., Preparation and Characterization of Linseed Oil-Filled Urea-Formaldehyde Microcapsules
and Their Effect on Mechanical Properties of an Epoxy-based Coating, Colloids Surf. A, 457, 16-26, 2014.
10. Blaiszik B.J., Kramer S.L.B., Olugebefola S.C., Moore J.S., Sottos N.R., and White S.R., Self-Healing Polymers and Composites, Annu. Rev. Mater. Res., 40, 179–211, 2010.
11. Samadzadeh M., Boura S.H., Peikari M., Kasiriha S.M., and Ashrafi A., A Review on Self-Healing Coatings Based on Micro/ Nanocapsules, Prog. Org. Coat., 68, 159–164, 2010.
12. Cho S.H., White S.R., and Braun P.V., Self-Healing Polymer Coatings, Adv. Mater., 21, 645–649, 2009.
13. Caruso M.M., Blaiszik B.J., White S.R., Sottos N.R., and Moore J.S., Full Recovery of Fracture Toughness Using a Nantoxic Solvent-Based Self-healing System, Adv. Funct.
Mater., 18, 1898-1904, 2008.
14. Cho S.H., Andersson H.M., White S.R., Sottos N.R., and Braun P.V., Polydimethylsiloxane-Based Self-Healing Materials, Adv. Mater., 18, 997–1000, 2006.
15. Bekas D.G., Tsirka K., Baltzis D., and Paipetis A.S., Self- Healing Materials: A Review of Advances in Materials, Evaluation, Characterization and Monitoring Techniques, Composites
Part B, 87, 92–119, 2016.
16. Li H., Wang R., Hu H., and Liu W., Surface Modification of Self-Healing Poly(urea-formaldehyde) Microcapsules Using Silane-Coupling Agent, Appl. Surf. Sci., 255, 1894–1900,
2008.
17. Brown E.N., Kessler M.R., Sottos N.R., and White S.R., In Situ Poly(urea-formaldehyde) Microencapsulation of Dicyclopentadiene, J. Microencapsul., 20, 719–730, 2003.
18. Ollier R.P., Penoff M.E., and Alvarez V.A., Microencapsulation of Epoxy Resins: Optimization of Synthesis Conditions, Colloids Surf. A, 511, 27–38, 2016.
19. Lang S. and Zhou Q., Synthesis and Characterization of Poly(urea-formaldehyde) Microcapsules Containing Linseed Oil for Self-Healing Coating Development, Prog. Org. Coat.,
105, 99–110, 2017.
20. Samadzadeh M., Boura S.H., Peikari M., Ashrafi A., and Kasiriha M., Tung Oil: An Autonomous Repairing Agent for Self-Healing Epoxy Coatings, Prog. Org. Coat., 70, 383–387,
2011.
21. Mcllroy D.A., Blaiszik B.J., Caruso M.M., White S.R., Moore J.S., and Sottos N.R., Microencapsulation of a Reactive Liquid- Phase Amine for Self-Healing Epoxy Composites, Macromolecules, 43, 1855–1859, 2010.
22. Pape P.G., Adhesion Promoters: Silane Coupling Agents, Applied Plastics Engineering Handbook, Myer K. (Ed.), Elsevier, Vol. 5, 503-517, 2011.
23. Ma P.C., Kim J.K., and Tang B.Z., Functionalization of Carbon Nanotubes Using a Silane Coupling Agent, Carbon, 44, 3232–3238, 2006.
24. Wang R., Li H., Hu H., He X., and Liu W., Preparation and Characterization of Self-Healing Microcapsules withPoly(urea-formaldehyde) Grafted Epoxy Functional Group Shell, J. Appl. Polym. Sci., 113, 1501–1506, 2009.
25. Wang R., Li H., Liu W., and He X., Surface Modification of Poly(urea-formaldehyde) Microcapsules and the Effect on the Epoxy Composites Performance, J. Macromol. Sci. Part A:
Pure Appl. Chem., 47, 991–995, 2010.
26. Tong X.M., Zhang T., Yang M.Z., and Zhang Q., Preparation and Characterization of Novel Melamine Modified Poly(urea– formaldehyde) Self-Repairing Microcapsules, Colloids Surf.
A, 371, 91–97, 2010.
27. Tong X.M., Zhang M., Wang M.S., and Fu Y., Effects of Surface Modification of Self-Healing Poly(melamine-urea-formaldehyde)  Microcapsules on the Properties of Unsaturated
Polyester Composites, J. Appl. Polym. Sci., 127, 3954–3961, 2013.
28. Fereidoon A., Ghorbanzadeh Ahangari M., and Jahanshahi M., Effect of Nanoparticles on the Morphology and Thermal Properties of Self-Healing Poly(urea-formaldehyde) Microcapsules, J. Polym. Res., 20, 151, 2013. DOI: 10.1007/ s10965-013-0151-3
29. Chuanjie F. and Xiaodong Z., Preparation and Barrier Properties of the Microcapsules Added Nanoclays in the Wall, Polym. Adv. Technol., 20, 934–939, 2009.
30. Ghorbanzadeh Ahangari M., Fereidoon A., Jahanshahi M., and Sharifi N., Effect of Nanoparticles on the Micromechanical and Surface Properties of Poly(urea–formaldehyde) Composite Microcapsules, Composites Part B, 56, 450–455, 2014.
31. Leal D.A., Riegel-Vidotti I.C., Ferreira M.G.S., and Marino C.E.B., Smart Coating Based on Double Stimuli-Responsive Microcapsules Containing Linseed Oil and Benzotriazole for
Active Corrosion Protection, Corros. Sci., 130, 56–63, 2018. 

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار