이 연구의 목적은 점탄성을 지닌 치유 물질을 개발하고 이를 이용하여 이차 손상 방지 및 저온 치유가 가능한 자기치유 보호코팅재를 개발하는 것이다. 치유 물질의 반응 생성물은 실온과 저온에서 반응이 가능하고 점탄성을 지니는 것으로 확인되었다. 우레아-포름알데히드 수지를 캡슐막으로 하고 자기치유 물질이 코어인 마이크로 캡슐을 합성하였고 평균 직경은 교반 속도에 따라 조절되었다. 합성된 마이크로캡슐 의 크기 분포와 외형 그리고 표면 형상은 광학현미경과 SEM을 이용하여 확인하였다. 자기치유 보호코팅재는 위의 마이크로캡슐을 분산시켜 제작되었고 이를 금속이나 콘크리트 재료의 표면에 도포하였다. 코팅재가 도포된 표면에 인위적으로 스크래치나 균열과 같은 손상을 발생시켰다. 실온과 저온에서 손상이 발생할 때, 손상된 부위를 따라 마이크로캡슐이 깨지고, 깨진 마이크로캡슐에서 치유 물질이 흘러나와 손상 부위를 채워주는 것을 확인하였다. 내부식성 시험, 전기화학적 시험, 물 흡수도 시험, 식염수 흡수도 시험, 내투수성 시험, ...
이 연구의 목적은 점탄성을 지닌 치유 물질을 개발하고 이를 이용하여 이차 손상 방지 및 저온 치유가 가능한 자기치유 보호코팅재를 개발하는 것이다. 치유 물질의 반응 생성물은 실온과 저온에서 반응이 가능하고 점탄성을 지니는 것으로 확인되었다. 우레아-포름알데히드 수지를 캡슐막으로 하고 자기치유 물질이 코어인 마이크로 캡슐을 합성하였고 평균 직경은 교반 속도에 따라 조절되었다. 합성된 마이크로캡슐 의 크기 분포와 외형 그리고 표면 형상은 광학현미경과 SEM을 이용하여 확인하였다. 자기치유 보호코팅재는 위의 마이크로캡슐을 분산시켜 제작되었고 이를 금속이나 콘크리트 재료의 표면에 도포하였다. 코팅재가 도포된 표면에 인위적으로 스크래치나 균열과 같은 손상을 발생시켰다. 실온과 저온에서 손상이 발생할 때, 손상된 부위를 따라 마이크로캡슐이 깨지고, 깨진 마이크로캡슐에서 치유 물질이 흘러나와 손상 부위를 채워주는 것을 확인하였다. 내부식성 시험, 전기화학적 시험, 물 흡수도 시험, 식염수 흡수도 시험, 내투수성 시험, 중성화 깊이 시험, 염화물 이온 침투 저항성 시험을 통해서 자기치유 보호코팅재의 치유 효과를 확인하였고, SEM을 이용하여 손상이 발생 후 치유 전후의 표면 형상을 관찰하였다. 자기치유된 표면에 대하여 진동 시험을 통해 이차 손상 방지 기능을 확인하였고 또한 저온에서 자기치유가 가능한 것을 확인하였다. 300 ㎛ 너비의 손상 폭에 대한 자기치유 기능을 확인하였다. 이는 마이 크로캡슐의 함량(20, 30, 40wt%), 마이크로캡슐의 평균 직경(65, 102, 135 ㎛), 하도재의 도포 두께(50, 80, 100 ㎛)에 따른 자기치유 효과를 통해 확인되었다.
2장에서는 Silanol-PDMS와 DBTDL을 이용하여 이차 손상 방지가 가능한 마이크로 캡슐형 자기치유 보호코팅재를 개발하였다. Silanol-PDMS는 DBTDL 촉매 존재 하에 실온 및 저온에서 분자량이 증가하여 점탄성 물질로 전환되는 것을 확인하였다. 이 두 물질을 마이크로캡슐화하였고 에나멜 코팅재나 에폭시 코팅재 또는 아크릴계 코팅재에 마이크로캡슐을 분산시켜 자기치유 보호코팅재를 제작하였다. 실온 및 -20℃의 저온에서 자기치유 보호코팅재에 손상이 발생하였을 때, 손상된 표면에 대해서 자기치유 효과를 확인하였고 저온 자기치유 및 이차 손상 방지 기능에 대해서 확인하였다.
3장에서는 linseed oil을 이용하여 이차 손상 방지가 가능한 마이크로캡슐형 자기치유 보호코팅재를 개발하였다. linseed oil은 실온 과 -20℃의 저온에서 공기 중 산소와 반응하는 것을 통해 점탄성 물질로 반응되는 것을 확인하였다. Linseed oil을 포함한 마이크로캡슐을 합성하였고 마이크로캡슐의 분산 비율, 마이크로캡슐의 평균 직경 그리고 하도재의 도포 두께에 따라 자기치유 보호코팅재를 제작 및 도포하였다. 이러한 자기치유 코팅재가 실온 및 -20℃의 저온에서 손상이 발생하였을 때, 자기치유 효과를 확인하였다. 그리고 100-300 ㎛ 손상 폭에 대하여 마이크로캡슐의 분산 비율, 마이크로캡슐의 평균 직경, 하도재의 도포 두께에 따른 자기치유 효율의 치유 효율을 확인한 결과, 마이크로캡슐의 분산 비율이 높을수록, 마이크로캡슐의 평균 직경이 클수록 그리고 하도재의 도포 두께가 두꺼울수록 자기치유 효율이 증가하는 것을 확인하였다.
본 연구의 마이크로캡슐형 자기치유 보호코팅재는 저온에서 자기치유가 가능하고 이차 손상 방지 기능을 가지는 것을 확인하였고, 자기치유 보호코팅재에 대한 최적화 조건을 통해 실제 적용이 가능할 것으로 판단된다. 이차 손상 방지 기능의 확인을 통해 점탄성 물질을 사용함으로써 보호코팅재의 유지보수 비용이 기존의 자기치유 보호 코팅재을 사용할 때보다 더욱 줄일 수 있을 것으로 보인다. 이를 통해 자기치유 보호 코팅재는 자기치유 기능을 통해 공공안전성 향상에 기여할 수 있고 또한 이 연구를 통해서 점탄성 성질로 인해 더욱 효율적이고 유지보수 비용이 줄어들어 경제성 향상에 기여할 수 있을 것이다.
이 연구의 목적은 점탄성을 지닌 치유 물질을 개발하고 이를 이용하여 이차 손상 방지 및 저온 치유가 가능한 자기치유 보호코팅재를 개발하는 것이다. 치유 물질의 반응 생성물은 실온과 저온에서 반응이 가능하고 점탄성을 지니는 것으로 확인되었다. 우레아-포름알데히드 수지를 캡슐막으로 하고 자기치유 물질이 코어인 마이크로 캡슐을 합성하였고 평균 직경은 교반 속도에 따라 조절되었다. 합성된 마이크로캡슐 의 크기 분포와 외형 그리고 표면 형상은 광학현미경과 SEM을 이용하여 확인하였다. 자기치유 보호코팅재는 위의 마이크로캡슐을 분산시켜 제작되었고 이를 금속이나 콘크리트 재료의 표면에 도포하였다. 코팅재가 도포된 표면에 인위적으로 스크래치나 균열과 같은 손상을 발생시켰다. 실온과 저온에서 손상이 발생할 때, 손상된 부위를 따라 마이크로캡슐이 깨지고, 깨진 마이크로캡슐에서 치유 물질이 흘러나와 손상 부위를 채워주는 것을 확인하였다. 내부식성 시험, 전기화학적 시험, 물 흡수도 시험, 식염수 흡수도 시험, 내투수성 시험, 중성화 깊이 시험, 염화물 이온 침투 저항성 시험을 통해서 자기치유 보호코팅재의 치유 효과를 확인하였고, SEM을 이용하여 손상이 발생 후 치유 전후의 표면 형상을 관찰하였다. 자기치유된 표면에 대하여 진동 시험을 통해 이차 손상 방지 기능을 확인하였고 또한 저온에서 자기치유가 가능한 것을 확인하였다. 300 ㎛ 너비의 손상 폭에 대한 자기치유 기능을 확인하였다. 이는 마이 크로캡슐의 함량(20, 30, 40wt%), 마이크로캡슐의 평균 직경(65, 102, 135 ㎛), 하도재의 도포 두께(50, 80, 100 ㎛)에 따른 자기치유 효과를 통해 확인되었다.
2장에서는 Silanol-PDMS와 DBTDL을 이용하여 이차 손상 방지가 가능한 마이크로 캡슐형 자기치유 보호코팅재를 개발하였다. Silanol-PDMS는 DBTDL 촉매 존재 하에 실온 및 저온에서 분자량이 증가하여 점탄성 물질로 전환되는 것을 확인하였다. 이 두 물질을 마이크로캡슐화하였고 에나멜 코팅재나 에폭시 코팅재 또는 아크릴계 코팅재에 마이크로캡슐을 분산시켜 자기치유 보호코팅재를 제작하였다. 실온 및 -20℃의 저온에서 자기치유 보호코팅재에 손상이 발생하였을 때, 손상된 표면에 대해서 자기치유 효과를 확인하였고 저온 자기치유 및 이차 손상 방지 기능에 대해서 확인하였다.
3장에서는 linseed oil을 이용하여 이차 손상 방지가 가능한 마이크로캡슐형 자기치유 보호코팅재를 개발하였다. linseed oil은 실온 과 -20℃의 저온에서 공기 중 산소와 반응하는 것을 통해 점탄성 물질로 반응되는 것을 확인하였다. Linseed oil을 포함한 마이크로캡슐을 합성하였고 마이크로캡슐의 분산 비율, 마이크로캡슐의 평균 직경 그리고 하도재의 도포 두께에 따라 자기치유 보호코팅재를 제작 및 도포하였다. 이러한 자기치유 코팅재가 실온 및 -20℃의 저온에서 손상이 발생하였을 때, 자기치유 효과를 확인하였다. 그리고 100-300 ㎛ 손상 폭에 대하여 마이크로캡슐의 분산 비율, 마이크로캡슐의 평균 직경, 하도재의 도포 두께에 따른 자기치유 효율의 치유 효율을 확인한 결과, 마이크로캡슐의 분산 비율이 높을수록, 마이크로캡슐의 평균 직경이 클수록 그리고 하도재의 도포 두께가 두꺼울수록 자기치유 효율이 증가하는 것을 확인하였다.
본 연구의 마이크로캡슐형 자기치유 보호코팅재는 저온에서 자기치유가 가능하고 이차 손상 방지 기능을 가지는 것을 확인하였고, 자기치유 보호코팅재에 대한 최적화 조건을 통해 실제 적용이 가능할 것으로 판단된다. 이차 손상 방지 기능의 확인을 통해 점탄성 물질을 사용함으로써 보호코팅재의 유지보수 비용이 기존의 자기치유 보호 코팅재을 사용할 때보다 더욱 줄일 수 있을 것으로 보인다. 이를 통해 자기치유 보호 코팅재는 자기치유 기능을 통해 공공안전성 향상에 기여할 수 있고 또한 이 연구를 통해서 점탄성 성질로 인해 더욱 효율적이고 유지보수 비용이 줄어들어 경제성 향상에 기여할 수 있을 것이다.
The object of this study was to develop self-healing material having viscoelasticity. And microcapsule-type SHPC materials having secondary damage preventing property were developed using the healing material. The healing materials were observed to convert as viscoelastic material at room temperatur...
The object of this study was to develop self-healing material having viscoelasticity. And microcapsule-type SHPC materials having secondary damage preventing property were developed using the healing material. The healing materials were observed to convert as viscoelastic material at room temperature and low-temperature of –20℃. The self-healing materials were microencapsulated with urea-formaldehyde resin as a shell of the microcapsule. And the size distribution and morphology of the microcapsules were characterized by optical microscope and SEM. The mean diameters of microcapsule were controlled by the stirring rate. The SHPC material was prepared by dispersed microcapsules loading self-healing material. The damage including scratching and cracking occurred by a razor blade, cutter blade, scratcher of various width and UTM using a three-point bending test method. when the damage occurred, the microcapsules were ruptured in the damaged region. the self-healing material as the core material in microcapsules flows out and fill the damaged region and was reacted to self-repairing in environmental condition. A healing performance was demonstrated by an anti-corrosion test, electrochemical test, water sorptivity test, water permeability test, accelerated carbonation test, chloride ion penetration test and SEM used to observing the morphology of damaged region about metal plates and mortar. The secondary damage preventing property were demonstrated by anti-corrosion test and electrochemical test through vigorous vibration. And the healing performance about low-temperature was demonstrated by the anti-corrosion test and electrochemical test. For optimal self-healing performance about the damage of 300 ㎛ widths, it was investigated to self-healing effect with microcapsule loading (20, 30 or 40wt%), mean diameter of microcapsule (65, 102 or 135 ㎛), undercoating thickness (50, 80 or 100 ㎛).
In Chapter 2, a microcapsule-type SHPC with secondary damage preventing capability have been developed using a Silanol-PDMS as healing material and DBTDL as a catalyst. Silanol-PDMS undergoes condensation reaction in the presence of DBTDL to generate a viscoelastic material at room temperature and low-temperature of -20℃. Silanol-PDMS- and DBTDL-loaded microcapsules were prepared and the microcapsules were dispersed into commercial enamel paint, epoxy coating or acrylate coating materials. When the SHPC was damaged at room temperature or low-temperature of –20℃. The healing performance was demonstrated and also confirmed that secondary damage preventing occur in the healed region through healing performance tests at room temperature and low-temperature of -20℃ about metallic and cementitious material.
In Chapter 3, a microcapsule-type SHPC with secondary damage preventing capability have been developed using linseed oil as healing material. Linseed oil undergoes an oxidative drying reaction to generate a viscoelastic material at room temperature and low-temperature of -20℃. Linseed oil-loaded microcapsules were prepared and the microcapsules were dispersed into an acrylate coating material to prepare SHPC material with different microcapsule loadings, microcapsule mean diameter or undercoating thickness. When the SHPC was damaged at room temperature or low-temperature of –20℃. The healing performance was demonstrated for damage in the protective coating at room temperature and low-temperature of -20℃ for cementitious materials. As results of the healing efficiency with three factors affecting healing performance about the damage of 100-300 ㎛ width, as microcapsule loading, microcapsule size or undercoating thickness increased, the healing efficiency of the SHPC increased.
The microcapsule-type SHPC has secondary damage preventing properties. Low-temperature self-healing and optimal preparation conditions for SHPC material offer the possibility of the practical application of SHPC. It shows that economics are improved by decreasing maintenance costs through viscoelastic material. The SHPC using healing material could contribute to the improvement of public safety and economics.
The object of this study was to develop self-healing material having viscoelasticity. And microcapsule-type SHPC materials having secondary damage preventing property were developed using the healing material. The healing materials were observed to convert as viscoelastic material at room temperature and low-temperature of –20℃. The self-healing materials were microencapsulated with urea-formaldehyde resin as a shell of the microcapsule. And the size distribution and morphology of the microcapsules were characterized by optical microscope and SEM. The mean diameters of microcapsule were controlled by the stirring rate. The SHPC material was prepared by dispersed microcapsules loading self-healing material. The damage including scratching and cracking occurred by a razor blade, cutter blade, scratcher of various width and UTM using a three-point bending test method. when the damage occurred, the microcapsules were ruptured in the damaged region. the self-healing material as the core material in microcapsules flows out and fill the damaged region and was reacted to self-repairing in environmental condition. A healing performance was demonstrated by an anti-corrosion test, electrochemical test, water sorptivity test, water permeability test, accelerated carbonation test, chloride ion penetration test and SEM used to observing the morphology of damaged region about metal plates and mortar. The secondary damage preventing property were demonstrated by anti-corrosion test and electrochemical test through vigorous vibration. And the healing performance about low-temperature was demonstrated by the anti-corrosion test and electrochemical test. For optimal self-healing performance about the damage of 300 ㎛ widths, it was investigated to self-healing effect with microcapsule loading (20, 30 or 40wt%), mean diameter of microcapsule (65, 102 or 135 ㎛), undercoating thickness (50, 80 or 100 ㎛).
In Chapter 2, a microcapsule-type SHPC with secondary damage preventing capability have been developed using a Silanol-PDMS as healing material and DBTDL as a catalyst. Silanol-PDMS undergoes condensation reaction in the presence of DBTDL to generate a viscoelastic material at room temperature and low-temperature of -20℃. Silanol-PDMS- and DBTDL-loaded microcapsules were prepared and the microcapsules were dispersed into commercial enamel paint, epoxy coating or acrylate coating materials. When the SHPC was damaged at room temperature or low-temperature of –20℃. The healing performance was demonstrated and also confirmed that secondary damage preventing occur in the healed region through healing performance tests at room temperature and low-temperature of -20℃ about metallic and cementitious material.
In Chapter 3, a microcapsule-type SHPC with secondary damage preventing capability have been developed using linseed oil as healing material. Linseed oil undergoes an oxidative drying reaction to generate a viscoelastic material at room temperature and low-temperature of -20℃. Linseed oil-loaded microcapsules were prepared and the microcapsules were dispersed into an acrylate coating material to prepare SHPC material with different microcapsule loadings, microcapsule mean diameter or undercoating thickness. When the SHPC was damaged at room temperature or low-temperature of –20℃. The healing performance was demonstrated for damage in the protective coating at room temperature and low-temperature of -20℃ for cementitious materials. As results of the healing efficiency with three factors affecting healing performance about the damage of 100-300 ㎛ width, as microcapsule loading, microcapsule size or undercoating thickness increased, the healing efficiency of the SHPC increased.
The microcapsule-type SHPC has secondary damage preventing properties. Low-temperature self-healing and optimal preparation conditions for SHPC material offer the possibility of the practical application of SHPC. It shows that economics are improved by decreasing maintenance costs through viscoelastic material. The SHPC using healing material could contribute to the improvement of public safety and economics.
주제어
#자기치유 보호코팅재 마이크로캡슐 점탄성 물질 이차 손상 방지 저온 자기치유 금속 재료 콘크리트 재료 Self-healing Protective coating Microcapsule Viscoelastic material Secondarydamage preventing Low-temperature self-healing Metallic material Cementitious material
학위논문 정보
저자
김동민
학위수여기관
Graduate School, Yonsei University
학위구분
국내박사
학과
Department of Chemistry
지도교수
Chan-Moon Chung
발행연도
2020
총페이지
xvi, 132장
키워드
자기치유 보호코팅재 마이크로캡슐 점탄성 물질 이차 손상 방지 저온 자기치유 금속 재료 콘크리트 재료 Self-healing Protective coating Microcapsule Viscoelastic material Secondarydamage preventing Low-temperature self-healing Metallic material Cementitious material
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