[发明专利]适用于单组分自修复水泥基材料的异氰酸酯微胶囊的制备方法

说明书

本发明为适用于单组分自修复水泥基材料的异氰酸酯微胶囊的制备方法。首先将二异氰酸酯在水溶液中乳化成微小液滴，然后通过界面聚合生成聚氨酯囊壁作为内层囊壁，然后通过原位聚合在内层囊壁的表面再制备一层脲醛树脂囊壁，最后获得具有双层囊壁结构的微胶囊。本发明是利用聚氨酯和脲醛树脂共同作用，实现无毒二异氰酸酯的包裹，提高了异氰酸酯在水泥混凝土中的有效期，并且拥有良好的微裂纹自修复效果。采用本方法合成的异氰酸酯微胶囊，在水泥基材料中可以被微裂纹打破并释放出异氰酸酯，实现微裂纹的修复。该异氰酸酯挥发性较低，毒性更小，更加环保，并且能够在环境湿气的作用下固化生成聚氨酯，实现微裂纹的自动修复。

技术领域：

本发明涉及一种适用于适用于水泥基材料微裂纹自动修复的异氰酸酯为囊芯微胶囊制备方法，特别涉及先通过界面聚合再通过原位聚合合成异氰酸酯微胶囊的方法。

背景技术：

由于价格便宜并且拥有良好的抗压性能，水泥基材料广泛的应用于市政工程、剧毒化学品存储、辐射防护等领域。但是弱的抗拉性能，使水泥基材料在不均匀荷载或者恶劣天气的环境中特别容易产生微裂纹，微裂纹逐渐扩展成大尺寸裂缝，降低水泥基材料的耐久性，并带来结构和人员安全隐患。随着国家快速发展，各种大型的混凝土工程也越来越多，也希望混凝土工程能够服役更长的时间，甚至能够达到百年安全运行。但是水泥混凝土行业中，为了获得高的早期强度，水泥颗粒磨的越来越细，以及高活性超细矿物掺合料的添加，在水泥水化过程中消耗大量的水分造成内部的相对湿度降低，水泥与砂石的不均匀收缩导致混凝土在水化过程中极易产生微裂纹，并继续破坏着混凝土的耐久性和安全性。因此，解决混凝土水化早期产生的微裂纹对混凝土结构的破坏是目前混凝土工程领域急需解决的问题。

自修复技术作为一种新型的修补技术，在过去十年吸引了非常多的科学家在此领域进行研究。自修复技术以微裂纹作为刺激信号，当微裂纹产生时，将活性物质暴露在微裂纹中进行水化或者反应，利用新生成的反应产物对微裂纹进行粘接和填充。因此可以利用这种的修复机理，制备自修复水泥基材料并实现微裂纹的填充和修复。

微胶囊是一种以固态囊壁为壳材，可聚合的高分子单体为囊芯的核壳结构，它能够在混凝土中稳定存在，但是却可以被微裂纹的尖端应力打破，释放出液体囊芯进入微裂纹，固化后实现微裂纹的填充和粘接。微胶囊的核壳结构使他具有非常好的稳定性以及裂纹敏感性，并且可以通过改变囊芯的化学结构，调控微裂纹的自修复效果。因此，我们使用异氰酸酯作为囊芯，优化囊壁的耐水性，当微裂纹产生时，释放出的异氰酸酯可以与空气中的水分反应并固化，对微裂纹进行填充和粘接，从而实现自修复功能。以异氰酸酯为囊芯的微胶囊进一步扩大了微胶囊的应用领域和应用前景。

近些年，自修复水泥基材料吸引了广泛的关注与研究，水泥基材料可以通过微胶囊、未水化完全的活性矿物以及微生物的方法实现自修复功能。微生物通过在微裂纹中产生方解石型碳酸钙完成微裂纹的填充和粘接，但是这个过程耗费的时间较长并且会释放出具有毒性的氨气作为副产物，并且微生物由于抗碱性较弱导致时效性过短。微裂纹产生时活性矿物可以在微裂纹内二次水化后，体积发生膨胀，实现微裂纹的填充和粘接，但是活性矿物随着水泥的水化过程逐渐的失去活性。微胶囊技术因为工艺简单，并且易于放大生产在混凝土中非常具有实用价值。

专利CN108409186A(2018.8.17)，报道了一种利用二异氰酸酯微胶囊实现水泥混凝土微裂纹自修复的方法。该体系利用石油树脂作为壁材，利用六亚甲基二异氰酸酯或苯二亚甲基二异氰酸酯作为囊芯，利用全氟三丁胺作为表面活性剂，将囊芯液体在水溶液中乳化，然后过滤、烘干制得二异氰酸酯为囊芯的微胶囊，将微胶囊加入水泥混凝土中，养护28天后，利用三点弯曲法制得微裂纹，现微裂纹可以被修复。尽管该发明可以实现水泥混凝土微裂纹的自动修复，但是该发明利用的亚甲基二异氰酸酯和苯二亚甲基二异氰酸酯易挥发，毒性较高，在混凝土中容易污染环境和危害人员安全。