[发明专利]纳米级微胶囊、聚合物基自愈合复合材料及制备方法

说明书

本发明公开了纳米级微胶囊、聚合物基自愈合复合材料及制备方法，属于功能材料制备及复合材料高性能化技术领域。微胶囊的制备为：将苯乙烯、油酸和去离子水混合，加入过二硫酸钾，升温制得聚苯乙烯球；与去离子水混合，加入苯酚、六次甲基四胺与去离子水的均匀混合溶液，升温制得酚醛树脂包裹聚苯乙烯球；加入甲苯，下搅拌后加入硅烷偶联剂，升温，搅拌，制得表面改性的空心酚醛树脂球；加入甲苯，搅拌，去除多余甲苯溶液，与双环戊二烯混合，升温，搅拌，制得酚醛树脂包裹修复剂双环戊二烯的自愈合胶囊。本发明方法很好的控制胶囊形貌特征，胶囊尺寸、壁厚等，并将该自愈合微胶囊添加到环氧树脂基体中，不仅对材料有增韧作用，还实现了自愈合功能。

技术领域

本发明属于功能材料制备及复合材料高性能化技术领域，具体涉及一种聚合物基自愈合复合材料用纳米级微胶囊的制备方法。

背景技术

聚合物复合材料在航空航天领域的运用越来越广，但在使用过程中及其四周环境的影响下，其内部难免会有微裂纹的出现。微裂纹的出现和传播使材料结构退化、性能下降，影响其使用寿命。然而，聚合物的裂纹通常都隐藏在其内部较深处，又因为技术上的局限性，许多基体上如微开裂等这样细小的受损通常不易被察觉，存在较大安全隐患。针对这个问题，受生物体自愈合功能的启发，提出了自愈合材料概念。自愈合材料作为一种新型智能材料，能模仿生命体系，并具有自诊断和自愈合的双重性能。当材料产生损伤时，自愈合材料能在没有外在帮助的情况下做出某种响应并完成自我愈合。

按照物质和能量补给的方法不同，聚合物基自愈合材料逐渐发展成原位式愈合和填埋式愈合两种体系。原位式愈合即本征式愈合，指在不添加任何外界修复介质的条件下，材料能在外界作用下发生自主愈合，即依靠复合材料自身具有的可逆化学反应的分子结构设计或大分子的扩散等形式。但这种体系有严格的基体结构要求，其自愈合功能只在特殊基体上产生效果，且常常需要施加外界能量和刺激，其他普通复合材料无法通过这种方法实现自愈合功能化，这种体系目前无法得到广泛应用。填埋式愈合即外援型愈合，指在聚合物基体中填埋外加修复剂，使材料受到损伤后能自主释放并扩散至整个裂纹，最终按照某种机理使裂纹粘合实现材料的自我修复。由于这种方法对于基体本身的化学结构要求并不高，虽然较原位式愈合体系加入了额外修复剂，但其仍在普通聚合物材料中得到了广泛应用，具有更好的普适性。填埋式愈合体系目前主要的研究集中在液芯纤维、微胶囊、三维微血管、碳纳米管等愈合形式。

微胶囊型聚合物基自愈合材料相比于其他聚合物基自愈合材料而言具有：愈合效率高，结构要求低，制备方法简单等优点。正是由于微胶囊型自愈合材料在更有望工业化生产方面的优势明显，因此其成为目前应用研究的热点。但目前已有的自愈合微胶囊制备方法多为原位聚合、界面聚合，且胶囊尺寸较大(粒径多大于1μm，为1～500μm)，表现出较差的胶囊形貌及壁厚控制，且影响自愈合效率。

发明内容

本发明针对微胶囊型自愈合材料，提供一种新型的聚合物基自愈合复合材料用纳米级微胶囊的制备方法，本方法先制备微胶囊外壳，再反向填充修复剂，达到很好控制胶囊形貌特征，胶囊尺寸、壁厚等特点，达到具有自愈合功能目的。

本发明的技术方案：

一种聚合物基自愈合复合材料用纳米级微胶囊的制备方法，步骤如下：

(1)制备聚苯乙烯(PS)微球

将苯乙烯、油酸和去离子水混合，搅拌1h，加入过二硫酸钾(KPS)，升温至70℃，搅拌反应5h。反应结束后，冷却至室温，离心洗涤，制得聚苯乙烯(PS)球。

(2)制备酚醛树脂包埋聚苯乙烯(PS@PF)球

取聚苯乙烯球溶液与去离子水混合，超声分散10min。加入苯酚、六次甲基四胺与去离子水的均匀混合溶液，超声分散10min后，将溶液倒入反应釜中升温至160℃，反应4h。反应结束后，离心洗涤，制得酚醛树脂包裹聚苯乙烯球。

(3)空心酚醛树脂(PF)球的制备及表面改性