JP6746129B2 - 自己修復性材料 - Google Patents
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Description
が発生した際に自己修復する機能を備えた自己修復性材料に関する。
臭化コバルト(CoBr2)、臭化銅(CuBr2)、臭化ニッケル(NiBr2)、臭化錫(CuBr2)、臭化鉄(FeBr3)の5種の金属臭化物について、修復剤のトリメタクリル酸トリメチロールプロパンに対する重合触媒としての適性試験を行った。この試験は、シャーレ内で2.5gのトリメタクリル酸トリメチロールプロパンに0.05gの金属臭化物粉末を添加して均一に撹拌混合し、該シャーレをインキュベーターに収容して所定温度(45℃,60℃)で静置し、所定時間後(45℃では1週間後、60℃では48時間後)に取り出して目視及び指触りで硬化の有無を確認するものであり、その結果を次の表1に示す。表中、〇は完全硬化、×は未硬化(変化なし)を示す。なお、トリメタクリル酸トリメチロールプロパンには和光純薬社製の品位「化学用」を、各金属臭化物には和光純薬社製の品位「和光一級」を、それぞれ使用した。
水相(連続相)として、蒸留水50gに、加熱しつつポリエチレン無水マレイン酸(ALDRICH社製のMKBR8498V)3.5gを溶解したのち、10%水酸化ナトリウム水溶液を用いてpH調整を行い、64℃,pH4の酸性水溶液を準備した。また、添加相として、後記表2記載量のメラミン及び37%ホルムアルデヒド水溶液と蒸留水を加熱下で混合し、10%水酸化ナトリウム水溶液を用いてpH調整を行うことにより、メラミンにホルムアルデヒドを付加反応させて、71℃,pH12のテトラメチロール化メラミンのアルカリ性水溶液を調製した。
上記のトリメタクリル酸トリメチロールプロパン内包マイクロカプセルA〜Dについて、修復剤含有率を測定した結果を図3に示す。なお、修復剤含有率は、マイクロカプセルに内包されたトリメタクリル酸トリメチロールプロパンをアセトンで抽出し、ガスクロマトグラフィーによる定量分析によって修復剤重量を測定し、
修復剤含有率=(修復剤重量/修復剤内包マイクロカプセル重量)×100
として表した。
上記のトリメタクリル酸トリメチロールプロパン内包マイクロカプセルA〜Dについて、テンシロン万能機(オリエンティック社製のRTC-1210A)を用いて圧縮試験を行った結果を表3及び図4に示す。その試験方法は、サンプル充填盤の直径2mmの丸穴状セルに0.015gのマイクロカプセルを充填し、圧縮速度1mm/分で圧縮(最大荷重10N)し、荷重と伸び(圧縮長さ)を記録することで行った。なお、圧縮強度は、実測面積2.54mm2において、
圧縮強度[kgf/mm2]=100[%]×荷重[N]/(9.8[N/kgf]×実測面積[mm2]
として算出している。
後記表4記載の割合で、エポキシ樹脂(Polysciences社製のEPON828)13.3gと硬化剤のジエチレントリアミン(DETA)を混合撹拌し、この混合液に、修復剤内包マイクロカプセルとして前記で調製したマイクロカプセルC(トリメタクリル酸トリメチロールプロパン含有量70.6%)と、触媒成分の臭化銅又は臭化コバルトとを後記表4記載の重量部で添加して均一に撹拌混合し、自己修復性材料M1〜M6の未硬化樹脂液を調製した。なお、触媒成分の添加量は、マイクロカプセルに内包される修復剤に対して2重量%の割合になっている。表中、MCはマイクロカプセルの略称である。
自己修復性材料の自己修復性試験として、ASTM3433に規定されるテーパ型二重カンチレバービーム(TDCB)破壊試験を行うために、図5に示す引張り試験片1を用意した。この引張り試験片1は、略三角形の基部10に略矩形の取付部11が一体化した形態のアルミニウム板(長さL:93.0mm、幅W1:76.2mm、幅W2:61.0mm、図6bで示す厚さt:6.0mm)からなり、取付部11側の端部中央から基部10の中間部に至る直線状の試料装填溝13(長さS:69.0mm、溝幅d:7.0mm)を備えると共に、取付部11には試料装填溝13を挟む両側に円形の取付穴12が形成されている。
樹脂材料の本来の特性に対する修復剤内包マイクロカプセルの添加の影響を調べるために、前記実施例の自己修復性材料の調製方法と同様にして、樹脂成分(エポキシ樹脂+硬化剤)に対して修復剤内包マイクロカプセルの添加量が0%、5%、10%、15%、20%の自己修復性材料の未硬化樹脂液を調製し、各未硬化樹脂液を板状成形用型内に注入し、真空デシケーターに収容して0.08MPaで1時間脱気した上で、インキュベーター内で35℃で24時間保持してエポキシ樹脂を硬化させ、幅10.0mm、長さ80.0mm、厚さ4.0mmの帯板状試験片を複数個ずつ作製した。そして、これら帯板状試験片をテンシロン万能機(前出)の曲げ試験用支持台の離間した左右の支点間に、左右対称になるように架け渡して載せ、支点間中央に上方から圧縮子にて2mm/分で荷重をかけ、試験片が破断するか、もしくは積載荷重が停滞することで試験を終了した。
1 引張り試験片
Claims (6)
- ポリマーマトリックス中に、修復剤としてトリメタクリル酸トリメチロールプロパンを内包したメラミン−ホルムアルデヒド樹脂からなるマイクロカプセルと、臭化コバルト及び臭化第二銅の一方又は両方からなる触媒成分とが分散含有され、該マイクロカプセルの応力による破裂で流出するトリメタクリル酸トリメチロールプロパンが前記触媒成分を介して重合硬化して修復機能を発揮するように構成されてなり、前記ポリマーマトリックス中に重合開始剤が含まれない、自己修復性材料。
- 前記マイクロカプセルは平均粒子径が1〜10μmの単核カプセルからなる請求項1に記載の自己修復性材料。
- 前記マイクロカプセルにおけるトリメタクリル酸トリメチロールプロパンの含有量が50〜80重量%である請求項1又は2に記載の自己修復性材料。
- 前記マイクロカプセル中のトリメタクリル酸トリメチロールプロパンの総量に対し、前記触媒成分が0.5〜5重量%の範囲にある請求項1〜3のいずれかに記載の自己修復性材料。
- 前記ポリマーマトリックスの樹脂成分に対し、修復剤内包マイクロカプセルが1〜20重量%の割合で含有されてなる請求項1〜4のいずれかに記載の自己修復性材料。
- 前記ポリマーマトリックスがエポキシ系ポリマーからなる請求項1〜5の何れかに記載の自己修復性材料。
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