CN107089806A - 一种水泥基材料自修复微胶囊及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水泥基材料自修复微胶囊，包括嚢芯以及包覆在嚢芯表面的复嚢壁，所述复嚢壁为修复剂，所述嚢芯为环戊二烯二聚体。一种水泥基材料自修复微胶囊的制备方法，包括以下步骤：预聚体制备，乳化阶段，将环氧树脂用BGE稀释，搅拌均匀后与脲醛树脂预聚体一起混入表面活性剂中，在一定转速下乳化40min，环氧树脂通过乳化剂和搅拌剪切力的左右分散成液滴；酸化阶段；囊壁形成阶段；固化阶段。本发明自修复微胶囊具有良好的稳定性，通过囊芯材料和复嚢壁，微胶囊的释放速率可以做到可控优化，用水溶性碱提升PH达到延缓混凝土碳化和钢筋缓蚀的目的，所用材料均绿色环保。

Description

一种水泥基材料自修复微胶囊及制备方法
技术领域
本发明涉及一种水泥基材料自修复微胶囊及制备方法。
背景技术
水泥作为传统建筑材料的代表，其具有抗压强度高、耐久性强、成本低等特 点，广泛应用于工业与民用建筑、桥梁、道路工程、地下工程、水利水电工程、港口和海洋工 程等结构物，目前又向着大跨结构、高耸结构、巨型结构和特种结构渗透，是应用得最为广 泛的建筑材料。在役水泥结构中，随着长期的使用和周围复杂环境的影响，尤其处在滨海 环境下，植入水泥中的钢筋不可避免地发生锈蚀，导致水泥结构承载力大幅降低， 轻者会降低结构使用寿命，重者会危及结构安全，给国民经济带来巨大损失。因此，在役钢水泥中的钢筋生锈问题是一个长期困扰土木工程人员的技术难题。
研究表明水泥中的钢筋自然腐蚀的主要原因包括两个方面 ：1）水泥碳化导致 钢筋所在的环境 PH 降低破坏钢筋表面钝化膜而锈蚀 ；2）氯离子浓度过大，研究表明氯离子浓度 / 氢氧根离子浓度 >0.6 易发生锈蚀。
一些学者提出在水泥制备过程中加入缓蚀剂，其中亚硝酸盐类是比较典型 的代表，但是使用这一方法，缓蚀剂在初期的大量流失使得其在钢筋缓蚀方面的效果是微 乎其微。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种水泥基材料自修复微胶囊及制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种水泥基材料自修复微胶囊，包括嚢芯以及包覆在嚢芯表面的复嚢壁，所述复嚢壁为修复剂，所述嚢芯为环戊二烯二聚体。
进一步的，所述的修复剂为环氧树脂或者纳米级硅胶。
一种水泥基材料自修复微胶囊的制备方法，包括以下步骤：
①预聚体制备，将干粉尿素与37%的甲醛按质量比1:2混合溶解后，移入三口烧瓶中，恒温水浴下速度回流搅拌1h，冷却至室温，制得脲醛树脂预聚体；
②乳化阶段，将环氧树脂用BGE稀释，搅拌均匀后与脲醛树脂预聚体一起混入表面活性剂中，在一定转速下乳化40min，环氧树脂通过乳化剂和搅拌剪切力的左右分散成液滴；
③酸化阶段，用2.0%的稀硫酸溶液缓慢调节反应体系PH值为2-3，时间1.5-2h，随着共聚反应进行，脲醛树脂颗粒不断生长，由于界面作用开始沉积在嚢芯表面，少量粘附在嚢芯表面；
④囊壁形成阶段，随着共聚反应进行，树脂颗粒不断在嚢芯液滴表面沉积，囊壁逐渐形成并增厚；
⑤固化阶段，温度缓慢升值60℃，降低转速为600r/min，同时缓慢滴加一定质量的蒸馏水，以溶液不黏稠为宜，此阶段形成的脲醛树脂囊壁进一步发生交联共囊反应，形成囊壁强度足够的微胶囊。
本发明的有益效果是：本发明自修复微胶囊具有良好的稳定性，通过囊芯材料和复嚢壁，微胶囊的释放速率可以做到可控优化，用水溶性碱提升 PH 达到延缓混凝 土碳化和钢筋缓蚀的目的，所用材料均绿色环保。
用环戊二烯二聚体作为复囊壁，采用复凝聚法制备出具有修复效果的 微胶囊，合成方法简单，且避免了合成过程中甲醛溶液挥发引起的危害，同时改善了以脲醛 树脂、酚醛树脂及聚脲等为囊壁的微胶囊制备中原材料易挥发变质的不利影响，具有绿色 环保性；
通过对原材料配比和合成工艺的改变，在一定程度上可以改变自修复微胶囊的 性能，如球径、修复剂包封量或表面性质等，有利于制备出更适合于地下水环境的自修复微 胶囊系统；
利用环戊二烯二聚体的乳化作用，在无外加乳化剂的情况下可以将原料很好 的乳化分散，从而有效避免了外加乳化剂对基体性能的不利影响，同时提高了微胶囊制备 的产率；
本发明中的胶囊采用复囊壁的外壳结构，环戊二烯二聚体外壳可以有效地对 修复剂进行包裹，明胶可以将胶囊进行分散，克服了胶囊的团聚现象。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是自修复胶囊放大后的示意图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步的说明。这些附图均为简化的示意图仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，一种水泥基材料自修复微胶囊，包括嚢芯以及包覆在嚢芯表面的复嚢壁，所述复嚢壁为修复剂，所述嚢芯为环戊二烯二聚体。修复剂为环氧树脂或者纳米级硅胶。
一种水泥基材料自修复微胶囊的制备方法，包括以下步骤：
①预聚体制备，将干粉尿素与37%的甲醛按质量比1:2混合溶解后，移入三口烧瓶中，恒温水浴下速度回流搅拌1h，冷却至室温，制得脲醛树脂预聚体；
②乳化阶段，将环氧树脂用BGE稀释，搅拌均匀后与脲醛树脂预聚体一起混入表面活性剂中，在一定转速下乳化40min，环氧树脂通过乳化剂和搅拌剪切力的左右分散成液滴；
③酸化阶段，用2.0%的稀硫酸溶液缓慢调节反应体系PH值为2-3，时间1.5-2h，随着共聚反应进行，脲醛树脂颗粒不断生长，由于界面作用开始沉积在嚢芯表面，少量粘附在嚢芯表面；
④囊壁形成阶段，随着共聚反应进行，树脂颗粒不断在嚢芯液滴表面沉积，囊壁逐渐形成并增厚；
⑤固化阶段，温度缓慢升值60℃，降低转速为600r/min，同时缓慢滴加一定质量的蒸馏水，以溶液不黏稠为宜，此阶段形成的脲醛树脂囊壁进一步发生交联共囊反应，形成囊壁强度足够的微胶囊。
通过对原材料配比和合成工艺的改变，在一定程度上可以改变自修复微胶囊的性能，如球径、修复剂包封量或表面性质等，有利于制备出更适合于地下水环境的自修复微胶囊系统。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (3)

1.一种水泥基材料自修复微胶囊，其特征是，包括嚢芯以及包覆在嚢芯表面的复嚢壁，所述复嚢壁为修复剂，所述嚢芯为环戊二烯二聚体。
2.根据权利要求1所述的水泥基材料自修复微胶囊，其特征是，所述的修复剂为环氧树脂或者纳米级硅胶。
3.一种如权利要求1-2中任意一项所述的水泥基材料自修复微胶囊的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
①预聚体制备，将干粉尿素与37%的甲醛按质量比1:2混合溶解后，移入三口烧瓶中，恒温水浴下速度回流搅拌1h，冷却至室温，制得脲醛树脂预聚体；
②乳化阶段，将环氧树脂用BGE稀释，搅拌均匀后与脲醛树脂预聚体一起混入表面活性剂中，在一定转速下乳化40min，环氧树脂通过乳化剂和搅拌剪切力的左右分散成液滴；
③酸化阶段，用2.0%的稀硫酸溶液缓慢调节反应体系PH值为2-3，时间1.5-2h，随着共聚反应进行，脲醛树脂颗粒不断生长，由于界面作用开始沉积在嚢芯表面，少量粘附在嚢芯表面；
④囊壁形成阶段，随着共聚反应进行，树脂颗粒不断在嚢芯液滴表面沉积，囊壁逐渐形成并增厚；
⑤固化阶段，温度缓慢升值60℃，降低转速为600r/min，同时缓慢滴加一定质量的蒸馏水，以溶液不黏稠为宜，此阶段形成的脲醛树脂囊壁进一步发生交联共囊反应，形成囊壁强度足够的微胶囊。
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