[发明专利]环氧微胶囊及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微胶囊制备与自修复材料领域，具体地说涉及一种环氧微胶囊及其制备方法。

背景技术

自修复材料是智能材料的一种，它能根据外在环境因素的变化而作出响应，自主修复内部的裂纹或缺陷。赋予材料自我修复功能的通常做法是：在基体材料中预先包埋修复剂，当基体因受外力或其它外在环境因素作用而损伤时，修复剂被释放，使伤口愈合。这一功能极大地提高工程材料使用的可靠性，延长使用寿命，因而在防锈涂料、聚合物零件、陶瓷或混凝土构件中有广泛应用。包埋修复剂的方法通常是将修复剂灌装在中空的纤维管中或包裹在聚合物的微小胶囊里，然后埋在基体中形成复合材料。与中空纤维管相比，微胶囊因没有各向异性，对环境的相应因素多，而获得了更为广泛的研究。

微胶囊的制备方法众多，依据囊壁形成的机制和成囊条件大致分为化学法、物理法和物理化学法三类。化学法中囊壁材料是现场合成的，最典型的是界面聚合法和原位聚合法。界面聚合法的原理是将两种活性单体分别溶于两种互不相溶的溶剂中，当其中一种溶液被分散于另一种溶液中时，两种溶液中的单体在相界面发生反应而成囊壁。原位聚合法则是将反应性单体（或其可溶性预聚体）及催化剂全部溶于其中的一种溶剂（即连续相或分散相）中，然后发生聚合反应，聚合物因分子量增大而在两相界面处沉积形成囊壁。在用于自修复的微胶囊的制备过程中，原位聚合法被广泛采用，其中以合成聚脲树脂壁材的微胶囊最为常见。

作为修复剂，芯材的选择显然对修复效果具有决定性的影响。对于修复高分子、陶瓷或混凝土基体中的裂纹、孔洞，环氧树脂是首选，因为它与多数基体都具有很好的粘接性能，固化时收缩率低,性能稳定,贮存期长，符合潜伏型修复剂的要求。环氧树脂其实是指含有环氧乙烷基团的一大类可交联的聚合物，牌号众多且价廉，可适用多种应用目的和场合，因此从商业应用角度考虑，环氧树脂也是修复剂的理想候选。

对于力学触发的自修复材料，一般要求微胶囊在设定的应力作用下破裂，以保证损伤发生时修复剂内容物能被释放，达到修补的目的，同时还要求微胶囊的加入对基体强度的影响要小，尤其是在制备陶瓷或混凝土基体构件时，因为在这种情况下微胶囊的加入通常是降低了构件的强度。仅从力学角度考虑，这就要求微胶囊应具有较完美的球形，均匀且可控的粒径和壁厚，不团聚易分散，微胶囊壁脆、与基体结合力强、且对芯材不渗漏。如用于自修复混凝土，因使用量大，还希望微胶囊价廉，能大批量规模生产。目前广泛研究的以原位聚合法合成的脲醛/环氧微胶囊能满足其中的不少要求，但在胶囊的形态控制上却存在很多困难，表现在球形度差，表面粗糙，粒径分布广，包覆率低。脲醛/环氧微胶囊的制备过程也较为复杂，先要合成预聚体，再与环氧树脂一起乳化，然后经酸化，聚合，过滤，漂洗，干燥等环节才能得到产品。由于尿素与甲醛的反应机理复杂，囊壁的形成，聚合物的分子结构、分子量、交联度等与囊壁力学性质密切相关的因素都强烈地依赖于反应温度、升温速率、表面活性剂的种类、搅拌速率、pH值、尿素/甲醛摩尔比等反应参数，一般很难保证聚合物百分百在油/水两相界面处沉积，囊壁形成后也难以保证各处壁厚会均匀增加，因此要得到形态均一和性能一致的微胶囊十分困难。虽然有研究表明，通过向连续相中添加适当的助剂，如氯化铵、磷酸、双氧水等，能加速囊壁形成进程，提高包覆率和微胶囊的表面光洁度。或者添加三聚氰胺，使其与尿素一起与甲醛共缩聚，也能改善微胶囊的形态。甚至更换反应单体，减低反应的复杂性，合成以其它树脂为壁材的环氧微胶囊，一般形态要好于脲醛/环氧微胶囊。但总体而言，原位聚合法在控制微胶囊粒径、形貌和壁厚方面不具优势，这是原因反应单体只在单一相中，聚合产物在油/水界面处沉积与在溶液中沉积存在竞争关系。要成囊，就需要通过表面活性剂改变油/水性质，使聚合物优先在界面处沉积，但囊壁一旦形成，需要迅速增厚，以提高强度，以防止胶囊因相互碰撞而变形甚至破裂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种环氧树脂微胶囊及其制备方法，旨在提供一种制备工艺简单的环氧树脂微胶囊的制备方法。

本发明是这样实现的，通过基于界面反应的环氧树脂微胶囊的制备方法得到环氧树脂微胶囊，所述环氧树脂微胶囊包括囊芯及囊壁，所述囊心由环氧树脂或含环氧树脂的混合物组成，所述囊壁由囊芯中的部分环氧树脂与固化剂反应获得。

一种所述环氧微胶囊的制备方法，包括下列步骤：

第一步，将环氧树脂或其混合物分散在含有表面活性剂的水中，形成乳液。

第二步，向所述乳液中加入固化剂或固化剂水溶液，并混合均匀，得到均匀体系。