CN107233852A - 一种磁性自修复微胶囊的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种磁性自修复微胶囊的制备方法,属于微胶囊制备技术领域。本发明首先通过将硅烷偶联剂水解,在其分子中同时具有能和无机质材料化学结合的反应基团及与有机质材料化学结合的反应基团,水解生成硅醇,与无机物质结合,形成硅氧烷,把四氧化三铁纳米磁性颗粒分散于水中羟基化材料表面,与硅烷偶联剂水解产生的硅醇发生反应。牢固结合改善材料之间的相容性;将磁性颗粒负载至固化剂中,经原位乳液聚合,负载至壁材内部形成微胶囊材料,当发生破裂或机械损坏后,磁性固化剂材料由于磁性颗粒间相互吸引发生团聚,有效提高材料与固化剂接触面积,提高材料固化速率,有效改善材料自修复过程,实现材料快速有效的自修复。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁性自修复微胶囊的制备方法,属于微胶囊制备技术领域。
背景技术
21世纪以来,航空航天等高新技术领域逐渐用热固性树脂基高分子材料替代传统的金属材料,以减轻器材的重量,提高其耐热、耐磨以及加工性能。但是,这些热固性树脂基高分子材料在外界环境影响下,其聚合物分子链有可能发生断裂而从材料内部产生微裂纹,如不及时处理,这些微裂纹很快就会扩展为宏观裂缝,破坏材料的整体结构,缩短其使用寿命。因此,通过赋予高分子材料自修复功能来实现材料内部微裂纹的自愈合,具有重要的研究意义和实用价值。目前,自修复高分子材料主要分为本征型自修复材料和外援型自修复材料两大类。前者的自修复效果主要通过聚合物材料内部的可逆反应来实现,后者是通过在材料内部包埋或分散一些功能性物质来实现自修复。
近年来,相关研究学者试图以潮固化修复剂作为活性芯材,将其包覆起来得到的
潮固化自修复微胶囊不需要搭配催化剂或固化剂微胶囊,微胶囊中释放出来的活性物质在潮湿环境下就可以固化成膜。这种单组分微胶囊简化了自修复体系,使其与实际应用之间的距离进一步缩短。然而在实际应用中,芯材在包封、贮存、应用过程中损失较大,主要体现在水包油(O/W)体系中,芳香族多异氰酸酯固化剂与水或者醇类扩链剂的反应速率较慢,不能及时在水油界面处成膜形成聚脲壳层使油相与水相隔开,水分有可能进入油相和芯材一起被包封起来,所以制备一种在破坏微胶囊材料后,可进行快速固化成膜,减低固化后油相水相混合污染材料内部,完成自修复步骤的微胶囊材料很有必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题:针对目前自修复微胶囊材料自修复过程缓慢,无法快速固化形成包覆薄膜结构的缺陷,提供了一种磁性自修复微胶囊的制备方法。
为解决上述技术问题,本发明采用如下所述的技术方案是:
(1)取Fe3O4颗粒,球磨并过200目筛,得Fe3O4粉末并按质量比1:10,将其添加至无水乙醇中,搅拌混合并超声振荡处理,得混合分散液,在氮气气氛下,添加混合分散液质量1%的γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷,搅拌混合并调节pH至6.5,保温反应后,静置、过滤得滤饼,洗涤、干燥制备得改性磁性颗粒;
(2)按重量份数计,分别称量45~50份二甲苯、10~15份E-51环氧树脂、5~10份改性磁性颗粒和6~8份二氨基二苯基甲烷制备三口烧瓶中,搅拌混合并加热,静置冷却至室温后过滤得滤渣,洗涤后真空干燥并球磨,过250目筛制备得磁性固化剂颗粒;
(3)按质量比1:1,将甲醛溶液与三聚氰胺混合,调节pH至8.5~9.5,搅拌混合并加热,静置冷却至室温得预聚合液,按重量份数计,分别称量45~50份预聚合液、10~15份十六烷基三甲基溴化铵、15~20份磁性固化剂颗粒搅拌混合,加热并调节pH至3.5,保温反应后,再次调节pH至7.0,过滤得中和滤饼,洗涤、干燥,制备得磁性自修复微胶囊。
步骤(1)所述的调节pH采用的是质量分数10%醋酸溶液。
步骤(2)所述的加热为在120~130℃下油浴加热2~3h。
步骤(3)所述的甲醛溶液质量分数为40%。
步骤(3)所述的洗涤为分别用去离子水和丙酮依次洗涤3~5次。
本发明与其他方法相比,有益技术效果是:
本发明首先通过将硅烷偶联剂水解,由于硅烷偶联剂是一类具有有机官能团的硅烷,在其分子中同时具有能和无机质材料化学结合的反应基团及与有机质材料化学结合的反应基团,在一定的条件下可以水解生成硅醇,从而与无机物质结合,形成硅氧烷,因此,当把四氧化三铁纳米磁性颗粒分散于水溶液中时,羟基化材料表面,在一定的条件下与硅烷偶联剂水解产生的硅醇发生反应。从而实现牢固的结合,同时改善材料作为填充料与壁材之间的相容性;随后将磁性颗粒负载至固化剂中,经原位乳液聚合,使磁性固化剂颗粒负载至壁材内部形成微胶囊材料,当微胶囊材料发生破裂或机械损坏后,内部包覆的磁性固化剂材料由于磁性颗粒间相互吸引发生团聚,有效提高材料与固化剂接触面积,提高材料固化速率,有效改善材料自修复过程,实现材料快速有效的自修复。
具体实施方式
取Fe3O4颗粒,将其球磨并过200目筛,得Fe3O4粉末并按质量比1:10,将其添加至无水乙醇中,搅拌混合并置于25~30℃、35~40KHz条件下超声振荡处理1~2h,得混合分散液,随后将混合分散液置于三口烧瓶中,通氮气排除空气,在氮气气氛下,对三口烧瓶中添加混合分散液质量1%的γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷,搅拌混合并用质量分数10%醋酸溶液调节pH至6.5,在35~45℃下保温反应3~5h,待保温反应完成后,静置6~8h后过滤并收集滤饼,用无水乙醇洗涤3~5次后,在45~50℃下干燥6~8h,制备得改性磁性颗粒;按重量份数计,分别称量45~50份二甲苯、10~15份E-51环氧树脂、5~10份改性磁性颗粒和6~8份二氨基二苯基甲烷制备三口烧瓶中,搅拌混合并置于120~130℃下油浴加热2~3h,待油浴加热完成后,静置冷却至室温,过滤并收集滤渣,用去离子水洗涤3~5次后,真空干燥并置于球磨罐中,在250~300r/min下球磨2~3h,过250目筛制备得磁性固化剂颗粒;按质量比1:1,将质量分数40%甲醛溶液与三聚氰胺混合,用质量分数10%氨水调节pH至8.5~9.5,搅拌混合并置于45~50℃下水浴加热1~2h,静置冷却至室温,得预聚合液,随后按重量份数计,分别称量45~50份预聚合液、10~15份十六烷基三甲基溴化铵、15~20份磁性固化剂颗粒置于三角烧瓶中,搅拌混合并置于45~50℃下水浴加热1~2h,用冰醋酸溶液调节pH至3.5,保温反应1~2h后,再对三角烧瓶中添加质量分数10%碳酸钠溶液调节pH至7.0,过滤得中和滤饼,分别用去离子水和丙酮依次洗涤3~5次,真空干燥即可制备得磁性自修复微胶囊。
实例1
取Fe3O4颗粒,将其球磨并过200目筛,得Fe3O4粉末并按质量比1:10,将其添加至无水乙醇中,搅拌混合并置于25℃、35KHz条件下超声振荡处理1h,得混合分散液,随后将混合分散液置于三口烧瓶中,通氮气排除空气,在氮气气氛下,对三口烧瓶中添加混合分散液质量1%的γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷,搅拌混合并用质量分数10%醋酸溶液调节pH至6.5,在35℃下保温反应3h,待保温反应完成后,静置6h后过滤并收集滤饼,用无水乙醇洗涤3次后,在45℃下干燥6h,制备得改性磁性颗粒;按重量份数计,分别称量45份二甲苯、10份E-51环氧树脂、5份改性磁性颗粒和6份二氨基二苯基甲烷制备三口烧瓶中,搅拌混合并置于120℃下油浴加热2h,待油浴加热完成后,静置冷却至室温,过滤并收集滤渣,用去离子水洗涤3次后,真空干燥并置于球磨罐中,在250r/min下球磨2h,过250目筛制备得磁性固化剂颗粒;按质量比1:1,将质量分数40%甲醛溶液与三聚氰胺混合,用质量分数10%氨水调节pH至8.5,搅拌混合并置于45℃下水浴加热1h,静置冷却至室温,得预聚合液,随后按重量份数计,分别称量45份预聚合液、10份十六烷基三甲基溴化铵、15份磁性固化剂颗粒置于三角烧瓶中,搅拌混合并置于45℃下水浴加热1h,用冰醋酸溶液调节pH至3.5,保温反应1h后,再对三角烧瓶中添加质量分数10%碳酸钠溶液调节pH至7.0,过滤得中和滤饼,分别用去离子水和丙酮依次洗涤3次,真空干燥即可制备得磁性自修复微胶囊。
实例2
取Fe3O4颗粒,将其球磨并过200目筛,得Fe3O4粉末并按质量比1:10,将其添加至无水乙醇中,搅拌混合并置于30℃、40KHz条件下超声振荡处理2h,得混合分散液,随后将混合分散液置于三口烧瓶中,通氮气排除空气,在氮气气氛下,对三口烧瓶中添加混合分散液质量1%的γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷,搅拌混合并用质量分数10%醋酸溶液调节pH至6.5,在45℃下保温反应5h,待保温反应完成后,静置8h后过滤并收集滤饼,用无水乙醇洗涤5次后,在50℃下干燥8h,制备得改性磁性颗粒;按重量份数计,分别称量50份二甲苯、15份E-51环氧树脂、10份改性磁性颗粒和8份二氨基二苯基甲烷制备三口烧瓶中,搅拌混合并置于130℃下油浴加热3h,待油浴加热完成后,静置冷却至室温,过滤并收集滤渣,用去离子水洗涤5次后,真空干燥并置于球磨罐中,在300r/min下球磨3h,过250目筛制备得磁性固化剂颗粒;按质量比1:1,将质量分数40%甲醛溶液与三聚氰胺混合,用质量分数10%氨水调节pH至9.5,搅拌混合并置于50℃下水浴加热2h,静置冷却至室温,得预聚合液,随后按重量份数计,分别称量50份预聚合液、15份十六烷基三甲基溴化铵、20份磁性固化剂颗粒置于三角烧瓶中,搅拌混合并置于50℃下水浴加热2h,用冰醋酸溶液调节pH至3.5,保温反应2h后,再对三角烧瓶中添加质量分数10%碳酸钠溶液调节pH至7.0,过滤得中和滤饼,分别用去离子水和丙酮依次洗涤5次,真空干燥即可制备得磁性自修复微胶囊。
实例3
取Fe3O4颗粒,将其球磨并过200目筛,得Fe3O4粉末并按质量比1:10,将其添加至无水乙醇中,搅拌混合并置于27℃、37KHz条件下超声振荡处理2h,得混合分散液,随后将混合分散液置于三口烧瓶中,通氮气排除空气,在氮气气氛下,对三口烧瓶中添加混合分散液质量1%的γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷,搅拌混合并用质量分数10%醋酸溶液调节pH至6.5,在37℃下保温反应4h,待保温反应完成后,静置7h后过滤并收集滤饼,用无水乙醇洗涤4次后,在47℃下干燥7h,制备得改性磁性颗粒;按重量份数计,分别称量47份二甲苯、12份E-51环氧树脂、8份改性磁性颗粒和7份二氨基二苯基甲烷制备三口烧瓶中,搅拌混合并置于125℃下油浴加热3h,待油浴加热完成后,静置冷却至室温,过滤并收集滤渣,用去离子水洗涤4次后,真空干燥并置于球磨罐中,在275r/min下球磨3h,过250目筛制备得磁性固化剂颗粒;按质量比1:1,将质量分数40%甲醛溶液与三聚氰胺混合,用质量分数10%氨水调节pH至8.7,搅拌混合并置于47℃下水浴加热2h,静置冷却至室温,得预聚合液,随后按重量份数计,分别称量47份预聚合液、12份十六烷基三甲基溴化铵、17份磁性固化剂颗粒置于三角烧瓶中,搅拌混合并置于47℃下水浴加热1h,用冰醋酸溶液调节pH至3.5,保温反应4h后,再对三角烧瓶中添加质量分数10%碳酸钠溶液调节pH至7.0,过滤得中和滤饼,分别用去离子水和丙酮依次洗涤4次,真空干燥即可制备得磁性自修复微胶囊。
将质量比10:5:1,将羟基硅油、三甲氧基硅油和二月桂酸二丁基锡混合并搅拌分散得基体混合液,随后按质量比1:25,将本发明制备的磁性自修复胶囊与基体混合液混合,真空脱泡并干燥固化8~10h,取出样品并裁样至115mm(长)×30mm(宽)×4mm(厚)的样条进行测试,表1为空白组、不添加磁性颗粒对照组与实例1,2,3性能对照表:
表1:磁性自修复微胶囊对照表
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种导电涂料,其特征在于,包括如下按重量份数计的原料,15~25份水溶性树脂、30~40份去离子水、5~7份聚N-乙烯基吡咯烷酮、4~8份填充颗粒、1~3份硅烷偶联剂、1.3~1.6份分散剂、0.8~1.3份增稠剂。
2.根据权利要求1所述的导电涂料,其特征在于,所述水溶性树脂为双酚A型环氧树脂、水性丙烯酸树脂或水性聚氨酯树脂中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的导电涂料,其特征在于,所述分散剂为硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂KH-580或硅烷偶联剂KH-171中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的导电涂料,其特征在于,所述增稠剂为羟乙基纤维素。
5.根据权利要求1所述的导电涂料,其特征在于,所述分散剂为聚乙二醇200。
6.根据权利要求1所述的导电涂料,其特征在于,所述填充颗粒的制备包括如下步骤:
(1)按质量比4:2:6:15,将黄腐酸、铝酸钾、偏钨酸铵和去离子水放入搅拌机中搅拌均匀,收集搅拌混合物,放入容器中,再向容器中加入黄腐酸质量3~6%的1.2mol/L氨水,混合均匀;
(2)在混合均匀后,对容器进行加热至75~80℃,保温10~15min,加入黄腐酸质量1.5~2.0倍的碳纳米管,搅拌70~75min,趁热将容器中的物质放入蒸馏装置中蒸馏,收集蒸馏剩余物;
(3)对蒸馏剩余物进行过滤,收集滤渣,将滤渣干燥,收集干燥物,将干燥物放入球磨罐中球磨,收集球磨物,即可得填充颗粒。
7.一种如权利要求1所述导电涂料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
a.按照重量份数配比,取原料;
b.将水溶性树脂、去离子水及填充颗粒放入搅拌机中,以1000r/min搅拌10~15min,再加入聚N-乙烯基吡咯烷酮、增稠剂继续搅拌35~40min,收集搅拌混合物;
c.将搅拌混合物、硅烷偶联剂及分散剂放入容器中,在60~70℃下,以300r/min搅拌1~2h,自然冷却至室温,收集容器中的混合物,即可得导电涂料。
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