Polymer(Korea), Vol.39, No.1, 56-63, January, 2015
Isophorone Diisocyanate 함유 마이크로캡슐의 제조와 자기치유형 보호코팅재에의 응용
Preparation of Isophorone Diisocyanate-loaded Microcapsules and Their Application to Self-healing Protective Coating
E-mail:
초록
본 연구의 목적은 다이이소시아네이트 화합물을 함유하는 마이크로캡슐을 제조하고 자기치유형 보호코팅재에 적용하여 공기 중 수분에 의한 자기치유 기능을 평가하는 것이다. 다이이소시아네이트 화합물의 공기 중 수분과의 반응 거동을 조사함으로써 치유 물질로서의 가능성을 확인하였다. 폴리우레탄을 캡슐막으로 하여 이소포론 다이이소시아네이트(isophorone diisocyanate, IPDI)의 마이크로캡슐화를 계면중합법에 의해 수행하였다. 마이크로캡슐의 생성여부는 FTIR 및 NMR으로 확인하였고, 마이크로캡슐의 직경 및 크기 분포, 표면 형상과 캡슐막의 두께는 광학현미경과 FE-SEM을 통하여 관찰하였다. 교반속도 및 다이올 구조 변화에 따른 마이크로캡슐의 특성 변화를 조사하였다. 자기치유형 보호코팅재를 제조하여 스크래치를 형성시킨 후 광학현미경으로 관찰한 결과, 스크래치 형성 직후 스크래치가 지나가는 자리에 위치하는 마이크로캡슐이 깨지면서 심물질이 흘러나와 스크래치를 메워주는 것을 확인하였다. 또한 CRC 보드에 마이크로캡슐을 함유한 자기치유 코팅재를 제조하여 스크래치 형성 후 상대습도 68~89%의 공기 중에 48시간 동안 방치한 후 SEM 분석 및 내투수 테스트를 진행한 결과, 스크래치가 자기치유된 것이 확인되었다.
The object of this study is to prepare microcapsules containing a diisocyanate compound, apply them to selfhealing protective coating, and evaluate the self-healing capability of the coating by atmospheric moisture. Isophorone diisocyanate (IPDI) polymerized under humid atmosphere, indicating that IPDI can be used as a healing agent. Microencapsulations of IPDI were conducted via interfacial polymerization of a polyurethane prepolymer with diol compounds. The formation of microcapsules was confirmed by Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy and nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. The mean diameter, size distribution, morphology and shell wall thickness of microcapsules were investigated by optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM). The properties of microcapsules were studied by varying agitation rates and diol structure. The self-healing coatings were prepared on test pieces of CRC board. When scratch was generated in the coatings, the core material flew out of the microcapsules and filled the scratch. The self-healing coatings were damaged and healed under atmosphere with 68~89% relative humidity for 48h, and SEM and impermeability test for the specimens showed that the scratch could be healed by atmospheric moisture.
- Zhang MQ, Rong MZ, Self-healing Polymers and Polymer Composites, Wiley, New Jersey (2011)
- Blaiszik BJ, Kramer SLB, Olugebefola SC, Moore JS, Sottos NR, White SR, Annu. Rev. Mater. Res., 40, 179 (2010)
- Hager MD, Greil P, Leyens C, van der Zwaag S, Schubert US, Adv. Mater., 22(47), 5424 (2010)
- Murphy EB, Wudl F, Prog. Polym. Sci., 35, 223 (2010)
- Kessler MR, Proc. Inst. Mech. Eng. Part G, 221, 479 (2007)
- Wu DY, Meure S, Solomon D, Prog. Polym. Sci., 33, 479 (2008)
- Bergman SD, Wudl F, J. Mater. Chem., 18, 41 (2008)
- White SR, Sottos NR, Geubelle PH, Moore JS, Kessler MR, Sriram SR, Brown EN, Viswanathan S, Nature, 409(6822), 794 (2001)
- Jo YH, Song YK, Yu HC, Cho SY, Kumar SV, Ryu BC, Chung CM, Polym.(Korea), 35(2), 152 (2011)
- Liu YL, Hsieh CY, Chen YW, Polymer, 47(8), 2581 (2006)
- Cordier P, Tournilhac F, Soulie-Ziakovic C, Leibler L, Nature, 451, 977 (2008)
- Xiao DS, Yuan YC, Rong MZ, Zhang MQ, Polymer, 50(13), 2967 (2009)
- Keller MW, White SR, Sottos NR, Adv. Funct. Mater., 17(14), 2399 (2007)
- Coope TS, Mayer UFJ, Wass DF, Trask RS, Bond IP, Adv. Funct. Mater., 21(24), 4624 (2011)
- Rule JD, Brown EN, Sottos NR, White SR, Moore JS, Adv. Mater., 17(2), 205 (2005)
- Guang Y, Lee JK, Polym.(Korea), 37(3), 356 (2013)
- Cho SH, White SR, Braun PV, Adv. Mater., 21(6), 645 (2009)
- Beiermann BA, Keller MW, Sottos NR, Smart Mater. Struct., 18, 1 (2009)
- Huang M, Yang J, J. Mater. Chem., 21, 11123 (2011)
- Wang W, Xu L, Li X, Yang Y, An E, Corros. Sci., 80, 528 (2014)
- Suryanarayana C, Rao KC, Kumar D, Prog. Org. Coat., 63, 72 (2008)
- Jadhav RS, Hundiwale DG, Mahulikar PP, J. Appl. Polym. Sci., 119(5), 2911 (2011)
- Song YK, Jo YH, Lim YJ, Cho SY, Yu HC, Ryu BC, Lee SI, Chung CM, ACS Appl. Mater. Interfaces, 5, 1378 (2013)
- Song YK, Chung CM, Polym. Chem., 4, 4940 (2013)
- Yang JL, Keller MW, Moore JS, White SR, Sottos NR, Macromolecules, 41(24), 9650 (2008)
- Scher HB, Rodson M, Kee KS, Pestic. Sci., 54, 394 (1998)