[发明专利]脲醛树脂包覆双环戊二烯纳米微胶囊及其合成方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及自修复材料及其合成方法和应用。

背景技术

随着科学技术的发展，复合材料在航空和航天等领域中有着广泛的应用，但它们在使用过程中由于受到外部环境的影响，在材料内部经常会产生微小裂纹。这些微裂纹如果不能得到及时修复，将会迅速扩展，并导致材料的力学性能下降，从而影响材料的使用寿命。现有的脲醛树脂包覆双环戊二烯微胶囊的制备方法得到的微胶囊为微米级材料，粒径较大，用于树脂类基体材料中时，大大降低基体本身的力学性能，一般降低40％～60％，不适合应用。

发明内容

本发明要解决现有的脲醛树脂包覆双环戊二烯纳米微胶囊粒径大的技术问题，而提供脲醛树脂包覆双环戊二烯纳米微胶囊及其合成方法和应用。

本发明的脲醛树脂包覆双环戊二烯纳米微胶囊是以脲醛树脂为壁壳，以双环戊二烯为芯材制成的球形颗粒，球形颗粒的直径为400nm～800nm。

上述的脲醛树脂包覆双环戊二烯纳米微胶囊的制备方法按以下步骤进行：

一、按尿素与甲醛溶液中的甲醛的摩尔比为1∶1.8～2.2、尿素与间苯二酚的质量比为1∶0.03～0.07、尿素与NH₄Cl的质量比为1∶0.03～0.07称取尿素、质量浓度为35％～37％的甲醛溶液、间苯二酚和NH₄Cl；

二、先将步骤一称取的尿素与质量浓度为35％～37％的甲醛溶液加入到反应器中，搅拌使尿素溶解后，再加入步骤一称取的间苯二酚和NH₄Cl，在搅拌速率为800～1000转/分的条件下搅拌30min～40min后，用三乙醇胺调节溶液的pH至8～9；升温至65℃～75℃并保持1h～2h，得到预聚体；

三、按预聚体与质量浓度为0.3％～0.7％的十二烷基苯磺酸钠溶液的体积比为20～30∶100、双环戊二烯与质量浓度为0.3％～0.7％的十二烷基苯磺酸钠溶液的体积比为30～50∶100称取步骤二制备的预聚体、质量浓度为0.3％～0.7％的十二烷基苯磺酸钠溶液和双环戊二烯；将称取的质量浓度为0.3％～0.7％的十二烷基苯磺酸钠溶液的体积的二分之一至三分之二加入到双环戊二烯中，在搅拌速率为1000～1200转/分的条件下搅拌30min～40min，得到乳化液；将剩余的质量浓度为0.3％～0.7％的十二烷基苯磺酸钠溶液加入到预聚体中，在搅拌速率为400～800转/分的条件下搅拌30min～40min，得到脲醛树脂壁材；将乳化液滴入脲醛树脂壁材中，然后再用硫酸调节溶液的pH值至酸性，升温至60℃～70℃保持3h～4h，得到悬浮液；

四、将步骤三制备的悬浮液冷却、洗涤、过滤和干燥，得到脲醛树脂包覆双环戊二烯纳米微胶囊。

上述的脲醛树脂包覆双环戊二烯纳米微胶囊的应用是做为自修复材料的应用。

本发明的脲醛树脂包覆双环戊二烯纳米微胶囊为纳米级粉末，表面致密光滑，能与基体材料良好附着，通过控制原材料比例、搅拌速度的反应条件，实现对微胶囊的粒径的尺寸可控。

本发明先将双环戊二烯分散在部分乳化剂十二烷基苯磺酸钠溶液中，使双环戊二烯与表面活性剂的油相基团结合，然后再加入预聚体，使预聚体通过乳化剂包覆在双环戊二烯外，在本申请搅拌速度的作用下，双环戊二烯以小液滴的形式被脲醛树脂包覆。

本发明的脲醛树脂包覆双环戊二烯纳米微胶囊的制备方法简单、易操作，产率为80％～85％。

本发明的脲醛树脂包覆双环戊二烯纳米微胶囊中脲醛树脂能够将芯材双环戊二烯良好的包覆，芯材包覆在内其性质不发生改变，不受外界条件的影响，形成表面致密光滑的球体，粒径分布均匀。用于复合材料中，纳米级的微胶囊对复合材料的本身力学性能影响小，与微米级微胶囊填加量相同的条件下，使复合材料的力学性能仅降低20％～30％，在复合材料发生微损伤产生裂纹时，裂纹扩展导致微胶囊破裂，能够将芯材释放出来做为修复剂将复合材料修复。脲醛树脂包覆双环戊二烯纳米微胶囊实现自修复效率为60％以上。

本发明的脲醛树脂包覆双环戊二烯纳米微胶囊可用于航空和航天的复合材料中。

附图说明

图1是试验一制备的脲醛树脂包覆双环戊二烯纳米微胶囊扫描电镜照片；图2是试验一中对比环氧树脂、智能自修复材料在自修复前和自修复后的拉伸性能图；图3是试验二制备的脲醛树脂包覆双环戊二烯纳米微胶囊扫描电镜照片。

具体实施方式