原位聚合法制備用于水泥基材料自修復的微膠囊制備方法
【專利摘要】本發明涉及仿生自修復水泥基材料領域。一種原位聚合法制備用于水泥基材料自修復的微膠囊制備方法，包括：步驟1、稀釋環氧樹脂；步驟2、另取容器，加入去離子水、高活性的乳化劑、表面活性劑，攪拌分散，獲得乳化分散水溶液；步驟3、將得到的乳化分散水溶液加入到步驟1中所用容器中，攪拌乳化；步驟4、向步驟3的產物中加入苯乙烯，加入苯乙烯量相對于原初投入環氧樹脂的質量比例范圍為1:8～1:12；步驟5、抽真空，惰性氣氛，升溫，油浴聚合反應；步驟6、加入過硫酸鉀繼續催化反應，即得到最終微膠囊乳液。本發明合成方法簡單，且很好地解決了合成過程中有毒物質的不利影響。
【專利說明】原位聚合法制備用于水泥基材料自修復的微膠囊制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及仿生自修復水泥基材料領域，主要研究對象為以原位聚合法制備具有自修復作用的微膠囊，可廣泛應用于水泥基材料的裂縫修復。
【背景技術】
[0002]作為當今建筑領域使用最廣，用量最大的材料，混凝土材料的使用壽命在很大程度上取決于其破壞程度。裂紋作為混凝土材料一種典型的破壞形式，對混凝土結構的安全性與適用性有著重要影響。目前，對于混凝土裂縫的修補，雖已有大量的傳統方法，然而，這些傳統的方式主要是對混凝土結構進行事后維修和定期維護，不僅修復效果不明顯，還會產生大量的費用。
[0003]近年來，隨著智能材料的研究與應用，具有自感知、自診斷、自修復等功能的智能混凝土得到廣泛關注和研究。與傳統的修補方法相比，自修復技術不僅節約了定期維護和后期維修的費用，還能降低工程的間接成本。自修復混凝土已成為機敏結構的重要組成部分，可以解決用傳統裂縫修補方法不能解決或難以解決的技術問題，對確保地下水體系結構、高層建筑、大壩等重大土木工程設施的耐久性和安全性有著重要意義，此外，在減輕地震、臺風、海嘯等氣候沖擊損壞以及其他破壞因素也有很大的應用前景。因此，對自修復混凝土進行研究，使其能夠自動地對裂縫區進行檢測，進行自動修復，恢復或提高混凝土材料的使用性能，已成為混凝土技術的發展趨勢。
[0004]現階段，國內外混凝土裂縫自修復技術可分為結晶修補法、內置載體法、形狀記憶合金自修復以及復合材 傳感器自修復等。其中，內置載體法被研究運用較多。近年來，隨著微膠囊技術的研究應用與發展，使其在材料裂紋自愈合領域的技術應用逐漸得到了重視，并成為新材料領域研究的一個熱點問題。
[0005]目前，很多國內外學者針對微膠囊自修復材料做了很多方面的研究，并得到了一定的成果。但是仍存在諸多待解決的問題。現有研究成果中，所制備的微膠囊大多以尿素一甲醛聚合物為囊壁，此種合成過程首先在高溫常壓條件下合成尿素一甲醛預聚體，由于甲醛溶液的易揮發性，在反應過程中，不可避免地產生有毒氣體或有害物質，且此類方法所用原材料容易久置失效。脲醛類微膠囊的合成工藝較為復雜，成本較高。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于克服現有技術的不足，本發明以苯乙烯為囊壁，環氧樹脂為修復劑，采用原位聚合法制備具有自修復效果的微膠囊，合成方法簡單，且很好地解決了合成過程中有毒物質的不利影響。
[0007]為此，本發明給出的方法技術方案為:
[0008]采用環氧樹脂-苯乙烯原位聚合法制備微膠囊，選取環氧樹脂作為粘結性能良好的物質，聚苯乙烯作為囊壁，具體制備工藝方法為:
[0009]步驟1、用稀釋劑將環氧樹脂稀釋，環氧樹脂與稀釋劑的質量比例范圍為5:1~8:1，加入到容器中；
[0010]步驟2、根據所設微膠囊的固含量的大小，制備質量濃度不同的乳化分散水溶液:
[0011]另取容器，加入去離子水、高活性的乳化劑、表面活性劑，所述乳化劑的質量占三者總質量的2%~10%，表面活性劑的質量占三者總質量的2%~8%，余量為去離子水，攪拌分散5~10分鐘，獲得乳化分散水溶液；
[0012]步驟3、將步驟2得到的乳化分散水溶液加入到步驟I中所用容器中，攪拌乳化8~15分鐘；
[0013]步驟4、向步驟3的產物中加入苯乙烯，加入苯乙烯量相對于原初投入環氧樹脂的質量比例范圍為1:8~1:12 ;
[0014]步驟5、抽去容器內的空氣，保持惰性氣體氣氛，升溫至60°C~80°C，油浴聚合反應5h~6h ;
[0015]步驟6、加入更高活性的催化劑(例如過硫酸鉀)繼續催化反應3h~4h，即得到最終的微膠囊乳液。
[0016]上述技術方案中的主料囊壁材料選用苯乙烯分析純，并且在使用前需進行預處理。預處理步驟為:在分液漏斗中倒入適量的苯乙烯，加入適量濃度為lmol/L的氫氧化鈉溶液，反復振蕩數次后，靜置直至分層，取處于上層的苯乙烯。按此步驟反復清洗三到四次，最后一次用去離子水清洗。在清洗過的苯乙烯加入適量的無水硫酸鎂，靜置8h~12h，過濾除去硫酸鎂固體。
[0017]主料環氧樹脂可以選擇雙酚A型環氧樹脂，雙酚F型環氧樹脂，雙酚S型環氧樹月旨，氫化雙酚A型環氧樹脂，線性酚醛環氧樹脂，多官能基縮水甘油醚樹脂，多官能基縮水甘油胺樹脂或者鹵化環氧樹脂。
[0018]所述的雙酌' A環氧樹脂優選E—55、E—51 > E一44> E一42、E—33、E—20。所述雙
酚A環氧樹脂分子結構如下:
[0019]
【權利要求】
1.一種原位聚合法制備用于水泥基材料自修復的微膠囊制備方法，其特征在于，采用環氧樹脂-苯乙烯原位聚合法制備微膠囊，選取環氧樹脂作為粘結性能良好的物質，聚苯乙烯作為囊壁，具體制備工藝方法為: 步驟1、用稀釋劑將環氧樹脂稀釋，環氧樹脂與稀釋劑的質量比例范圍為5:1~8:1，加入到容器中； 步驟2、另取容器，加入去離子水、高活性的乳化劑、表面活性劑，所述乳化劑的質量占三者總質量的2%~10%，表面活性劑的質量占三者總質量的2%~8%，余量為去離子水，攪拌分散5~10分鐘，獲得乳化分散水溶液； 步驟3、將步驟2得到的乳化分散水溶液加入到步驟I中所用容器中，攪拌乳化8~15分鐘； 步驟4、向步驟3的產物中加入苯乙烯，加入苯乙烯量相對于原初投入環氧樹脂的質量比例范圍為1:8~1:12 ; 步驟5、抽去容器內的空氣，保持惰性氣體氣氛，升溫至60°C~80°C，油浴聚合反應5h ~6h ; 步驟6、加入過硫酸鉀繼續催化反應3h~4h，即得到最終的微膠囊乳液。
【文檔編號】C04B24/26GK103979824SQ201410172949
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年4月28日 優先權日:2014年4月28日
【發明者】蔣正武, 趙楠, 李文婷 申請人:同濟大學