[发明专利]SAPs微胶囊及水泥基自修复材料

说明书

本发明涉及到SAPs微胶囊及水泥基自修复材料。SAPs微胶囊以吸水性聚合物(SAPs)包覆疏水性胶黏剂制备而成，粒径范围0.2mm～2.0mm；该微胶囊的芯材含量为20wt％～80wt％。一种水泥基自修复材料，其基本组分为水泥、砂石、SAPs微胶囊以及水。本发明的SAPs微胶囊采用锐孔成形凝固浴法制备，工艺易于规模化生产，力学性能满足混凝土拌和要求，能够减轻基体收缩并改善抗冻融、抗开裂性能，并对水泥石基体强度有提高作用；该水泥基自修复材料具有多重裂缝自修复机制，能实现水泥基材料的高效自修复，提高耐久性，延长服役寿命。

技术领域

本发明涉及一种SAPs微胶囊及水泥基自修复材料，属于水泥基材料抗开裂和裂缝自修复技术领域。

背景技术

水泥基材料应用广泛，但其在施工与服役期间，受温、湿度等复杂环境变化的影响，容易产生微裂缝，进而诱发宏观裂缝，严重影响结构安全性和耐久性。而现代混凝土高流动性、低水灰比的发展趋势，加大了其收缩开裂的风险。传统方法检修周期长、效率低且耗资巨大，桥梁公路等持续服役设施的维修还存在需中断交通等问题。因此，能对裂缝进行即时感知，并主动修复的水泥基材料，对于提高混凝土结构的耐久性和服役安全性，具有重要意义。

水泥基材料的微胶囊自修复技术是将包覆修复剂的微胶囊加入水泥基体中，当裂缝穿过微胶囊时使其破裂释放修复剂，修复剂在基体中发生反应，填充裂缝修复受损基体。目前，自修复微胶囊大多以脲醛、苯乙烯或酚醛树脂等为壁材，采用原位聚合法合成。但是，脲醛等树脂材料脆性大，微胶囊在搅拌过程中易破碎，从而造成修复剂提前释放，影响修复效率，而且对基体强度造成一定程度的损伤。再者，原位聚合法对合成工艺要求较为严格，微胶囊的得率问题增加了制备成本。

针对上述问题，本发明将SAPs与疏水性聚合物胶黏剂结合，采用微胶囊技术，通过锐孔凝固浴法制备SAPs微胶囊。其目的如下：(1)提高微胶囊力学强度，形成内部三维网络结构；(2)增加微胶囊的弹性，壁材采用吸水性聚合物，少量吸水后增韧，在混凝土/砂浆拌和过程中减少破裂；(3)简化微胶囊的制备工艺，提高微胶囊得率，降低制备成本，并且易于规模化生产；(4)提高微胶囊的自修复效率，引入多重自修复机制，通过胶黏剂粘接、自密封及促进自体修复等方式，实现高效修复。

发明内容

本发明采用微胶囊技术，以SAPs为壁材、疏水性胶黏剂为芯材，通过锐孔凝固浴法制备SAPs微胶囊。该SAPs微胶囊制备方法简单，通过内部三维网络结构，来提高微胶囊的力学强度；微胶囊的外壁能够吸收水分增韧，并提供内养护功能。微胶囊可以通过干掺的方法参与拌和，形成水泥基自修复材料，具有抗开裂和自修复作用，提升水泥基材料的耐久性。

SAPs微胶囊，由SAPs作为壁材包覆疏水性胶黏剂芯材制备而成，芯材含量为20wt％～80wt％，优选40wt％～75wt％；粒径0.2mm～2.0mm，优选0.35mm～1.0mm。

上述SAPs微胶囊的制备具体包含以下步骤：

(1)将吸水性聚合物SAPs的单体、水加入反应器中，配成SAPs的单体水溶液；然后加入引发剂，开动搅拌，升温至55℃～90℃，引发聚合，30min反应结束，得到SAPs预聚物溶液；SAPs预聚物溶液中引发剂浓度为0.01wt％～1.0wt％；SAPs预聚物溶液的SAPs单体浓度为1.0wt％～3.5wt％；

(2)在10℃～70℃水浴锅中，优选50℃～65℃，将SAPs预聚物溶液、乳化剂和疏水性胶黏剂混合搅拌15min-3.5h形成混合溶液，搅拌速度为250r/min～650r/min；其中，SAPs单体与胶黏剂的质量比为1:0.5～1:12；乳化剂加入量为SAPs预聚物溶液的0.10wt％～0.50wt％；

(3)将步骤(2)中得到的混合溶液通过锐孔挤出成形进入凝固浴溶液中，固化反应2h-8h；待凝固反应结束后，用无水乙醇、丙酮或两者组合洗涤，干燥，得到SAPs微胶囊。