[发明专利]原位聚合法制备用于水泥基材料自修复的微胶囊制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及仿生自修复水泥基材料领域，主要研究对象为以原位聚合法制备具有自修复作用的微胶囊，可广泛应用于水泥基材料的裂缝修复。 

背景技术

作为当今建筑领域使用最广，用量最大的材料，混凝土材料的使用寿命在很大程度上取决于其破坏程度。裂纹作为混凝土材料一种典型的破坏形式，对混凝土结构的安全性与适用性有着重要影响。目前，对于混凝土裂缝的修补，虽已有大量的传统方法，然而，这些传统的方式主要是对混凝土结构进行事后维修和定期维护，不仅修复效果不明显，还会产生大量的费用。 

近年来，随着智能材料的研究与应用，具有自感知、自诊断、自修复等功能的智能混凝土得到广泛关注和研究。与传统的修补方法相比，自修复技术不仅节约了定期维护和后期维修的费用，还能降低工程的间接成本。自修复混凝土已成为机敏结构的重要组成部分，可以解决用传统裂缝修补方法不能解决或难以解决的技术问题，对确保地下水体系结构、高层建筑、大坝等重大土木工程设施的耐久性和安全性有着重要意义，此外，在减轻地震、台风、海啸等气候冲击损坏以及其他破坏因素也有很大的应用前景。因此，对自修复混凝土进行研究，使其能够自动地对裂缝区进行检测，进行自动修复，恢复或提高混凝土材料的使用性能，已成为混凝土技术的发展趋势。 

现阶段，国内外混凝土裂缝自修复技术可分为结晶修补法、内置载体法、形状记忆合金自修复以及复合材料传感器自修复等。其中，内置载体法被研究运用较多。近年来，随着微胶囊技术的研究应用与发展，使其在材料裂纹自愈合领域的技术应用逐渐得到了重视，并成为新材料领域研究的一个热点问题。 

目前，很多国内外学者针对微胶囊自修复材料做了很多方面的研究，并得到了一定的成果。但是仍存在诸多待解决的问题。现有研究成果中，所制备的微胶 囊大多以尿素——甲醛聚合物为囊壁，此种合成过程首先在高温常压条件下合成尿素——甲醛预聚体，由于甲醛溶液的易挥发性，在反应过程中，不可避免地产生有毒气体或有害物质，且此类方法所用原材料容易久置失效。脲醛类微胶囊的合成工艺较为复杂，成本较高。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明以苯乙烯为囊壁，环氧树脂为修复剂，采用原位聚合法制备具有自修复效果的微胶囊，合成方法简单，且很好地解决了合成过程中有毒物质的不利影响。 

为此，本发明给出的方法技术方案为： 

采用环氧树脂-苯乙烯原位聚合法制备微胶囊，选取环氧树脂作为粘结性能良好的物质，聚苯乙烯作为囊壁，具体制备工艺方法为： 

步骤1、用稀释剂将环氧树脂稀释，环氧树脂与稀释剂的质量比例范围为5:1～8:1，加入到容器中； 

步骤2、根据所设微胶囊的固含量的大小，制备质量浓度不同的乳化分散水溶液： 

另取容器，加入去离子水、高活性的乳化剂、表面活性剂，所述乳化剂的质量占三者总质量的2％～10％，表面活性剂的质量占三者总质量的2％～8％，余量为去离子水，搅拌分散5～10分钟，获得乳化分散水溶液； 

步骤3、将步骤2得到的乳化分散水溶液加入到步骤1中所用容器中，搅拌乳化8～15分钟； 

步骤4、向步骤3的产物中加入苯乙烯，加入苯乙烯量相对于原初投入环氧树脂的质量比例范围为1:8～1:12； 

步骤5、抽去容器内的空气，保持惰性气体气氛，升温至60℃～80℃，油浴聚合反应5h～6h； 

步骤6、加入更高活性的催化剂(例如过硫酸钾)继续催化反应3h～4h，即得到最终的微胶囊乳液。 

上述技术方案中的主料囊壁材料选用苯乙烯分析纯，并且在使用前需进行预 处理。预处理步骤为：在分液漏斗中倒入适量的苯乙烯，加入适量浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液，反复振荡数次后，静置直至分层，取处于上层的苯乙烯。按此步骤反复清洗三到四次，最后一次用去离子水清洗。在清洗过的苯乙烯加入适量的无水硫酸镁，静置8h～12h，过滤除去硫酸镁固体。 

主料环氧树脂可以选择双酚A型环氧树脂，双酚F型环氧树脂，双酚S型环氧树脂，氢化双酚A型环氧树脂，线性酚醛环氧树脂，多官能基缩水甘油醚树脂，多官能基缩水甘油胺树脂或者卤化环氧树脂。 

所述的双酚A环氧树脂优选E—55、E—51、E—44、E—42、E—33、E—20。所述双酚A环氧树脂分子结构如下： 

所述的线性酚醛环氧树脂优选F—44、F—51、F—48、F—46、JF—45、JF—43、Epiclon N-740、EPN-1139、DEN-431、Epikote-154等。