Poly(urea-formaldehyde) microcapsules – synthesis and influence of stirring speed on capsules size

• Autorzy: Bolimowski P. A. , Kozera R. , Boczkowska A.

Identyfikatory

DOI

10.14314/polimery.2018.5.2

Warianty tytułu

PL

Mikrokapsułki mocznikowo-formaldehydowe – synteza oraz wpływ prędkości mieszania na rozrzut wymiaru

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Microcapsules from commercially available epoxy resin (Epidian® 52) and an organic solvent (ethylphenylacetate, EPA), for application to self-healing epoxides, were prepared. Poly(urea-formaldehyde) microcapsules containing the active ingredients were prepared using in situ polymerization in an oil-in-water emulsion. The prepared capsules were characterized by scanning electron microscope (SEM) for their surface morphology and size distribution. Thermogravimetric analysis (TGA) has been carried out to determine their thermal stability and maximum processing temperature. Moreover, the influence of stirring speed on their size distribution was investigated in predefined conditions. It is demonstrated that microcapsules can be easily prepared using the literature methodology and that the urea-formaldehyde polymer is a good barrier for the enclosed epoxy resin–organic solvent. Performed experiments suggest that size of microcapsules can be controlled by the stirring speed of the emulsion and that the capsules are thermally stable up to 140 °C for 24 hours. Additional studies showed that microcapsules exhibit excellent interface with a commercial epoxy resin matrix cured at elevated temperatures what is desired in their further application.

PL

Otrzymano polimerowe mikrokapsułki zawierające mieszaninę żywicy epoksydowej (Epidian®52) i rozpuszczalnika organicznego (fenylooctan etylu, EPA) przeznaczone do zastosowań w samonaprawiających się materiałach epoksydowych. Kapsułki przygotowano z wykorzystaniem techniki polikondensacji mocznika i formaldehydu w emulsji oleju w wodzie. Metodą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) analizowano morfologię powierzchni wytworzonych kapsułek i określano rozrzut ich wymiarów. Stabilność kapsułek w podwyższonej temperaturze oraz maksymalną temperaturę przetwórstwa wyznaczano termograwimetrycznie (TGA). Badano też wpływ szybkości mieszania wyjściowej mieszaniny surowców na rozrzut wymiarów otrzymanych kapsułek. Stwierdzono, że stosowana żywica mocznikowo-formaldehydowa stanowi warstwę barierową (ścianę kapsułki) dla inkludowanych mieszanin epoksydów z rozpuszczalnikiem organicznym. Wykazano, że zastosowanie odpowiedniej prędkości mieszania składników podczas emulsyfikacji pozwala na zmniejszenie rozrzutu wymiarów kapsułek. Otrzymane kapsułki są termicznie stabilne do temperatury 140 °C w ciągu 24 h. Stwierdzono też, że warstwa powierzchniowa kapsułek jest silnie związana z żywicą epoksydową usieciowaną w podwyższonej temperaturze, co jest korzystne w ich dalszych zastosowaniach.

Słowa kluczowe

EN

self-healing material; microcapsules; epoxy resin; thermal stability

PL

materiał samonaprawiający się; mikrokapsułki; żywica epoksydowa; stabilność temperaturowa

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2018
• Tom: T. 63, nr 5
• Strony: 339--346
• Opis fizyczny: Bibliogr. 41 poz., rys.

Twórcy

autor

Bolimowski P. A.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Materials Science and Engineering, Wołoska 141, 02-507 Warsaw, Poland

autor

Kozera R.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Materials Science and Engineering, Wołoska 141, 02-507 Warsaw, Poland

autor

Boczkowska A.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Materials Science and Engineering, Wołoska 141, 02-507 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Ghosh S.K.: “Functional Coatings: by Polymer Microencapsulation”, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim 2006.
• [2] Benita S.: “Microencapsulation: Methods and Industrial Applications, Second Edition”, CRC Press, New York 2005.
• [3] Paulo F., Santos L.: Materials Science and Engineering: C 2017, 77, 1327. http://dx.doi.org/10.1016/j.msec.2017.03.219
• [4] Binder W.H.: “Self-healing Polymers: From Principles to Application”, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim 2013.
• [5] Blaiszik B.J., Kramer S.L.B., Olugebefola S.C. et al.: Annual Review of Materials Research 2010, 40, 179. ht t p: //dx. doi .org /10 .114 6/a n nur ev-ma tsci-070909-104532
• [6] Bekas D.G., Tsirka K., Baltzis D., Paipetis A.S.: Composites Part B: Engineering 2016, 87, 92. http://dx.doi.org/10.1016/j.compositesb.2015.09.057
• [7] Fan C., Zhou X.: Colloids Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 2010, 363, 49. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2010.04.012
• [8] Neuser S., Manfredi E., Michaud V.: Materials Chemistry and Physics 2014, 143, 1018. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2013.10.041
• [9] McIlroy D.A., Blaiszik B.J., Caruso M.M. et al.: Macromolecules 2010, 43, 1855. http://dx.doi.org/10.1021/ma902251n
• [10] Caruso M.M., Blaiszik B.J., Jin H. et al.: ACS Applied Materials & Interfaces 2010, 2, 1195. http://dx.doi.org/10.1021/am100084k
• [11] Hu J., Chen H.Q., Zhang Z.: Materials Chemistry and Physics 2009, 118, 63. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2009.07.004
• [12] Li W., Zhu X., Zhao N. et al.: Materials 2016, 9, 152. http://dx.doi.org/10.3390/ma9030152
• [13] Zhu D.Y., Rong M.Z., Zhang M.Q.: Progress in Polymer Science 2015, 49–50, 175. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2015.07.002
• [14] Xing S., Yang J., Huang Y. et al.: Materials & Design 2015, 85, 661. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2015.07.098
• [15] Jones A.R., Watkins C.A., White S.R., Sottos N.R.: Polymer 2015, 74, 254. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2015.07.028
• [16] Shahabudin N., Yahya R., Gan S.N.: Materials Today: Proceedings 2016, 3, S88. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2016.01.012
• [17] Cai X., Fu D., Qu A.: Composite Interfaces 2015, 22, 837. http://dx.doi.org/10.1080/09276440.2015.1066149
• [18] Everitt D.T., Coope T.S., Trask R.S. et al.: Smart Materials and Structures 2015, 24, 055004. http://dx.doi.org/10.1088/0964-1726/24/5/055004
• [19] Bolimowski P.A., Wass D.F., Bond I.P.: Smart Materials and Structures 2016, 25, 084009. http://dx.doi.org/10.1088/0964-1726/25/8/084009
• [20] Brown E.N., Kessler M.R., Sottos N.R., White S.R.: Journal of Microencapsulation 2003, 20, 719. https://doi.org/10.3109/02652040309178083
• [21] Brown E.N., White S.R., Sottos N.R.: Journal of Materials Science 2006, 41, 6266. http://dx.doi.org/10.1007/s10853-006-0512-y
• [22] Keller M.W., White S.R., Sottos N.R.: Advanced Functional Materials 2007, 17, 2399. http://dx.doi.org/10.1002/adfm.200700086
• [23] Jackson A.C., Bartelt J.A., Marczewski K. et al.: Macromolecular Rapid Communications 2010, 32, 82. http://dx.doi.org/10.1002/marc.201000468
• [24] Caruso M.M., Delafuente D.A., Ho V. et al.: Macromolecules 2007, 40, 8830. http://dx.doi.org/10.1021/ma701992z
• [25] Bolimowski P.A., Bond I.P., Wass D.F.: Philosophical Transactions of the Royal Society A 2015, 374, 20150083. http://dx.doi.org/10.1098/rsta.2015.0083
• [26] Coope T.S., Mayer U.F.J., Wass D.F. et al.: Advanced Functional Materials 2011, 24, 4624. http://dx.doi.org/10.1002/adfm.201101660
• [27] Yin T., Rong M.Z., Zhang M.Q., Yang G.C.: Composites Science and Technology 2007, 67, 201. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2006.07.028
• [28] Jin H., Mangun C.L., Stradley D.S. et al.: Polymer 2012, 53, 581. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2011.12.005
• [29] Yuan Y.C., Rong M.Z., Zhang M.Q. et al.: Macromolecules 2008, 41, 5197. http://dx.doi.org/10.1021/ma800028d
• [30] Meng L.M., Yuan Y.C., Rong M.Z., Zhang M.Q.: Journal of Materials Chemistry 2010, 20, 6030. http://dx.doi.org/10.1039/c0jm00268b
• [31] Cosco S., Ambrogi V., Musto P., Carfagna C.: Journal of Applied Polymer Science 2007, 105, 1400. http://dx.doi.org/10.1002/app.26263
• [32] Hillewaere X.K.D., Du Prez F.E.: Progress in Polymer Science 2015, 49-50, 121. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2015.04.004
• [33] Billiet S., Hillewaere X.K.D., Teixeira R.F.A., Du Prez F.E.: Macromolecular Rapid Communications 2013, 34, 290. http://dx.doi.org/10.1002/marc.201200689
• [34] Everitt D.T., Luterbacher R., Coope T.S. et al.: Polymer 2015, 69, 283. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2015.02.047
• [35] Coope T.S., Wass D.F., Trask R.S., Bond I.P.: Smart Materials and Strucutres 2014, 23, 115002. http://dx.doi.org/10.1088/0964-1726/23/11/115002
• [36] Xiao D.S., Yuan Y.C., Rong M.Z., Zhang M.Q.: Polymer 2009, 50, 2967. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2009.04.029
• [37] Xiao D.S., Yuan Y.C., Rong M.Z., Zhang M.Q.: Advanced Functional Materials 2009, 19, 2289. http://dx.doi.org/10.1002/adfm.200801827
• [38] Yuan Y.C., Ye Y., Rong M.Z. et al.: Smart Materials and Structures 2011, 20, 015024. http://dx.doi.org/10.1088/0964-1726/20/1/015024
• [39] Caruso M.M., Blaiszik B.J., White S.R. et al.: Advanced Functional Materials 2008, 18, 1898. http://dx.doi.org/10.1002/adfm.200800300
• [40] Kirkby E.L., Michaud V.J., Månson J-A.E. et al.: Polymer 2009, 50, 5533. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2009.05.014
• [41] http://ciechgroup.com/produkty/chemia-organiczna/zywice/zywice-epoksydowe/ (access date 9.09.2017)

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).