[发明专利]增强自修复微胶囊囊壁韧性的方法和制备的自修复微胶囊

说明书

技术领域

本发明属于自修复微胶囊技术领域，尤其涉及一种增强自修复微胶囊壁韧性的方法。

背景技术

近年来，智能材料领域中的自修复微胶囊材料的制备和应用研究，受到越来越多研究人员的关注。智能防腐涂层的制备与应用研究已成为国内外涂层领域的研究热点。随着国家对海洋开发规模不断扩大的需求，智能防腐涂层在海洋开发领域的应用前景更为广阔，特别是在海洋环境中的管线、船体、储油罐和油气平台等海洋钢结构物上的应用更为迫切。White教授及相关研究人员（S.R.White,N.R.Sottos,P.H.Geubelle,J.S.Moore,M.R.Kessler,S.R.Sriram,E.N.Brown and S.Viswanathan,Nature,2001,409,794-797.）首先采用原位聚合法，将双环戊二烯做修复剂制成自修复微胶囊，应用于智能涂层，并研究了相关的自修复性能。之后，Yuan等人（L.Yuan,G.Z.Liang,J.Q.Xie,L.Li and J.Guo,Polymer,2006,47,5338-5349.）也采用原位聚合法制备了环氧树脂做芯材的自修复微胶囊，用于修复环氧树脂涂层。在此原位聚合法基础上，研究人员将其包裹亚麻籽油和胺类药剂等，作为自修复微胶囊。但是，此类微胶囊的粒径多数在1μm-120μm之间，清洗、干燥后，微胶囊的囊壁非常脆，容易受到机械碰撞的破坏。在自修复微胶囊后期应用于涂层的加工过程中，添加、搅拌过程容易将部分微胶囊碰破，导致自修复微胶囊破裂而失效，降低了智能防腐涂层的修复能力。

等离子体表面改性技术是等离子体化学反应的一个主要应用方面，是在等离子体中存在的激发态活性基团可以促进化学反应，与被改性物质反应，形成新的产物过程。等离子体对材料表面的改性作用主要包括表面刻蚀、产生交联结构以及引入特定的官能团等，可改善材料表面的多种性能，如亲水性、染色性、吸附性、生物相容性等。因此，等离子体处理法在材料表面改性方面具有广阔的应用前景。

本发明针对自修复微胶囊壁材存在脆性问题，导致微胶囊易碎，特别是在智能防腐涂层制备过程中，不同的制备工艺会碰破囊壁，导致涂层自修复性能下降的问题，采用等离子体表面改性碳材料，接枝具有高度分散功能的官能团，在微胶囊合成过程中改变囊壁的组成结构，增强囊壁的机械性能，提高韧性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在于提供一种新型的提高自修复微胶囊胶囊壁的机械韧性的方法以及采用该方法获得的自修复微胶囊，通过运用等离子体表面改性的碳材料作为功能填料，采用乳液聚合法，制备自修复微胶囊，提高微胶囊胶囊壁的机械韧性，从而克服在制备智能防腐涂层过程中，搅拌过程中容易造成的微胶囊破损问题，显著提高智能涂层制备过程中的自修复微胶囊的完整性,采用该方法具有改性效率高、无污染、快速、节能、经济、安全等特点。

本发明提供了一种增强自修复微胶囊胶囊壁机械韧性的方法，其包括：

第一步，采用等离子体表面改性方法对碳材料进行改性，获得功能填料；

第二步，制备用于形成自修复微胶囊胶囊壁的壁材预聚物溶液，将第一步获得的功能填料加入到该预聚物溶液中；

第三步，制备用于形成自修复微胶囊囊芯材料的O/W型乳化液；

第四步，将第二步获得的预聚物溶液和第三步获得的O/W型乳化液混合，缩聚，获得微胶囊悬浮液；

第五步，将获得的微胶囊悬浮液离心，冲洗，真空干燥，获得微胶囊。

其中，所述第一步进一步包括取碳材料放置于等离子体放电腔体内，以50~120ml/min的速度将功能性反应气体通入等离子体放电腔体内，待通入气体均匀流入，打开放电开关进行等离子体放电，等离子体放电表面改性过程持续30~60分钟，之后关闭放电装置电源，获得功能填料。

其中，所述第二步进一步包括取尿素和甲醛溶液混合制备混合溶液，用三乙醇胺或氢氧化钠调酸碱度至pH至7.5~11.8范围内，并缓慢升温至70~85℃反应，生成粘稠透明水溶性脲醛预聚体溶液，将等离子体表面改性的碳材料加入到脲醛预聚体溶液中。

其中，所述第三步进一步包括将异氰酸酯类衍生物、囊芯稀释剂、助溶剂混合，加入到去离子水中，搅拌，进一步加入乳化剂和消泡剂，使用高速乳化机以10000~30000r/min的速度乳化10~20分钟，形成O/W型乳化液。

其中，所述第四步进一步包括将预聚液与乳化液混合，充分搅拌使预聚液分散在水介质中，滴加稀盐酸和氢氧化钠调节pH至1.0~5.0范围内，然后温度在45~70℃条件下缩聚2~4小时，获得微胶囊悬浮液。