31837

سنتز ميكروكپسول‌هاي تركيبات ايزوسياناتي براي كاربرد در پوشش‌ها

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي- مهندسي پليمر

1400

1403/9/6

مسعود جمشيدي - مليحه پيشوايي

فرهود نجفي

مهندسي شيمي، نفت و گاز

در طي چند سال اخير، تهيه ميكروكپسول‌ها با استفاده از پليمريزاسيون بين‌سطحي در بين انواع روش‌هاي پليمريزاسيون بسيار مورد توجه قرار گرفته شده است. كپسوله‌كردن مواد فعال، در حال حاضر به عنوان يك روش متداول جهت القاء عملكردهاي جديد از جمله ايجاد خواص ضدخوردگي و ترميم شوندگي به يك پوشش پليمري استفاده مي‌شود. در اين ميان، ميكروكپسول‌هاي پلي‌اوره به دليل فراواني، سهولت توليد و خواص فيزيكي و مكانيكي مناسب جهت كپسوله‌كردن عوامل فعالي نظير ايزوسيانات‌ها اهميت بالايي پيدا كرده‌اند. از اين‌رو، در پژوهش حاضر طراحي ميكروكپسول‌هاي پلي اوره حاوي دي ايزوسيانات فعال (يعني ايزوفورون دي ايزوسيانات(IPDI)) بررسي شد. پوسته پلي‌اوره ميكروكپسول‌ها از طريق پليمريزاسيون بين‌سطحي امولسيون‌هاي روغن در آب ميان پلي متيلن پلي فنيل ايزوسيانات(PAPI) بسيار فعال و محلول دي اتيلن تري آمين(DETA) تشكيل مي‌شود. ميكروكپسول‌هاي ايزوسياناتي را مي‌توان به عنوان يك سيستم ضدخوردگي مستقل و ترميم‌كننده غيرذاتي بدون‌كاتاليزور در محيط‌هاي آبي و مرطوب استفاده كرد. پارامترهاي متنوعي از جمله اثر دور همزن، نسبت هسته-پوسته، نسبت پلي‌ايزوسيانات-پلي‌آمين، مقدار و نوع عامل فعال سطحي و تاثير آن بر ساختار ميكروكپسول‌هاي تهيه شده بررسي شد. ريخت‌شناسي سطح، ميانگين اندازه ذرات و ميزان كرويت ذرات با ميكروسكوپ الكتروني روبشي(SEM) مطالعه شد. حضور گروه‌هاي ايزوسيانات واكنش نداده درون كپسول به عنوان جزء فعال، توسط طيف‌سنجي مادون قرمز(FTIR) مشخص شد. با توجه به نتايج آناليز وزن‌سنجي گرمايي(TGA)، جزء هسته درون ميكروكپسول‌ها در محدود 6% تا 61% تخمين‌ زده شد. كنترل اندازه ذرات كپسول‌ها از 72/10 تا 61/49 ميكرومتر با تغيير دور همزن امكان پذير بود. دور بالاتر همزن، منجر به كاهش كرويت و بازده ميكروكپسوله كردن ذرات شد. ضخامت ديواره ميكروكپسول‌ها براساس تغيير نسبت هسته-پوسته قابل تغيير بود. در نسبت مولي بهينه 3 به 1 مواد واكنش‌دهنده (پلي‌ايزوسيانات به ‌پلي آمين)، بيشترين بازده‌هاي كپسوله‌كردن بدست آمد. استفاده از صمغ عربي نسبت به موارد ديگر در سيستم امولسيون روغن در آب به عنوان عامل‌فعال‌سطحي، باعث افزايش چشمگير بازده نسبي ميكروكپسوله‌كردن در حدود 7/3% شد. همچنين جهت بررسي اثر بازدارندگي خوردگي ميكروكپسول‌ها در رزين اپوكسي، از آزمون افشانه نمك و طيف سنجي آمپدانس الكتروشيميايي استفاده شد و بهترين نتايج در پوشش حاوي 10% وزني ميكروكپسول بدست آمد.

1403/10/16

Synthesis Of Isocyanate Microcapsules for Coatings Application

11/26/2025 12:00:00 AM

Preparation of microcapsules using interfacial polymerization has received much attention among various polymerization methods in the last few years. Encapsulation of active materials is currently used as a common method to create various functions, such as anti-corrosion and repair properties on a polymer matrix. Among them, polyurea microcapsules have gained great importance due to their abundance, ease of production, and suitable physical and mechanical properties for encapsulating active agents such as isocyanates, and have been seen in many studies and articles. The design of polyurea microcapsules containing an active diisocyanate, namely Isophorone diisocyanate (IPDI), was investigated in the present study. The polyurea shell of the microcapsules is formed through the interfacial polymerization of oil-in-water emulsions between highly active Polymethylene polyphenyl isocyanate (PAPI) and Diethylene triamine (DETA) solution. Isocyanate microcapsules can be used as an autonomous anti-corrosion and extrinsic repair system in aqueous and humid environments. Various parameters such as stirring speed, core-shell ratio, polyisocyanate-polyamine ratio, amount, and type of surfactant can affect the microcapsule formation processes and microencapsulation efficiencies. Surface morphology, average particle size, and particle sphericity were investigated by Scanning electron microscopy (SEM). The presence of unreacted isocyanate groups inside the capsule as an active component was determined by infrared spectroscopy (FTIR). The core component inside the microcapsules was estimated to be in the range of 6% to 61% by Thermogravimetric analysis (TGA). The control of the capsule particle size from 10.72 to 49.61 ?m was possible by changing the stirring speed. High speeds resulted in a decrease in the sphericity and microencapsulation efficiency of the particles. The wall thickness of the microcapsules could be varied by changing the core-shell ratio. The highest microencapsulation efficiencies were obtained at the optimum molar ratio of 3-1 of the reactants (polyisocyanate-polyamine). Considering the increase in the percentage of relative microencapsulation efficiency by about 7.3%., the use of gum Arabic in the oil-in-water emulsion system as a surfactant was a more suitable option. Also, to investigate the corrosion inhibition effect of microcapsules in epoxy resin, a salt spray test, and electrochemical impedance spectroscopy were used. The best results were obtained in the coating containing 10% by weight of microcapsules.

ميكروكپسول , هسته-پوسته , پليمريزاسيون بين‌سطحي , ايزوسيانات , خودترميم‌شوندگي

Microcapsule , Core-shell , Interfacial polymerization , Isocyanate , Self-healing

Seyed Mohammad Hossein Emrani

Dr. Masoud Jamshidi - Dr. Malihe Pishvaei