CN110975773A - 一种具备自修复功能环氧树脂微胶囊的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种具备自修复功能环氧树脂微胶囊的制备方法，涉及有机复合材料技术领域。本发明的目的是要解决现有微胶囊壁材强度低、耐热性能差并且不具备自修复功能的问题。方法：将介孔二氧化硅、碳纳米管粉末与固化剂混合均匀，加入到蒸馏水中，超声处理，得到混合液A；将石墨烯和环氧树脂置于含有表面活性剂的蒸馏水中，超声分散，得到乳液B；将混合液A加入到乳液B中，搅拌，得到微胶囊悬浮液；将微胶囊悬浮液用去离子水清洗，过滤后进行干燥，得到具备自修复功能环氧树脂微胶囊。本发明可获得一种具备自修复功能环氧树脂微胶囊的制备方法。

Description

一种具备自修复功能环氧树脂微胶囊的制备方法
技术领域
本发明涉及有机复合材料技术领域，具体涉及一种具备自修复功能环氧树脂微胶囊的制备方法。
背景技术
微胶囊是指一种具有聚合物或无机物壁的微型容器或包装物，微胶囊技术是指用一种成膜材料包覆一种活性物质以形成具有核壳结构或囊芯结构的微球，粒径处于微米级，大多为几十微米，并随制备方法和制备条件的不同发生变化。微胶囊的包覆作用使实现膜内物质与外界发生物理阻隔，一旦壳受到外界的作用发生破裂或软化坍塌时，膜内物质就被释放或扩散出来，与壳外物质发生接触产生反应。由于微胶囊具有特殊结构，可以保护囊芯物质不受外界环境如温度、紫外线和湿度等的影响，因此被广泛应用于医药、食品、农药、涂料以及催化剂等多种工业领域中。但是，微胶囊在长期使用过程中，受外部温度、压力、温度以及壁材强度低、耐热性能差等条件影响，内部容易产生以微裂纹形式存在的损伤，这些微裂纹的形成和扩展会引起材料的力学性能下降从而导致材料的整体失效。
因此，制备一种壁材强度高、耐热性能优异并且具备自修复功能的微胶囊，成为微胶囊技术研究领域亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明提供一种具备自修复功能环氧树脂微胶囊的制备方法，该方法工艺简单，制得的微胶囊壁材强度高、耐热性能优异并且具备自修复功能，具有很好的应用前景。
一种具备自修复功能环氧树脂微胶囊的制备方法，按以下步骤完成：
一、将介孔二氧化硅、碳纳米管粉末与固化剂混合均匀，加入到蒸馏水中，超声处理20min～40min，得到混合液A；所述介孔二氧化硅与碳纳米管粉末的质量比为3：(2～3)，所述介孔二氧化硅与碳纳米管粉末的总质量与固化剂的质量比为1：(1～3)；
二、将石墨烯和环氧树脂置于含有油性表面活性剂的蒸馏水中，在50℃～70℃下超声分散25min～40min，得到乳液B；所述石墨烯与环氧树脂的质量比为(1～2)：10，所述石墨烯和环氧树脂的总质量与油性表面活性剂的体积的比为(15mg～20mg)：1mL；
三、将混合液A加入到乳液B中，在50℃～90℃下以200r/min～400r/min的搅拌速度搅拌4h～8h，得到微胶囊悬浮液；将微胶囊悬浮液用去离子水清洗3次～5次，过滤后进行干燥，得到具备自修复功能环氧树脂微胶囊。
本发明的有益效果：
一、本发明一种具备自修复功能环氧树脂微胶囊的制备方法，以介孔二氧化硅和碳纳米管粉末混合体作为壁材，兼具有机及无机材料高强度和高韧性的性能，并具有优良的热稳定性及存储稳定性；环氧树脂为油溶性物质，加入适当的油性表面活性剂后很容易分散在水中形成乳液，并且石墨烯均匀分布在环氧树脂体系内，可提高环氧树脂的韧性；
二、本发明制备的具备自修复功能环氧树脂微胶囊，在150℃～200℃的温度条件下，2h可完成固化，即完成自修复；能在材料产生损伤、裂纹形成的初始阶段立刻就对损伤进行有效的修复，从而避免了微裂纹扩展给材料所带来的灾难性后果，具有非常重要的意义；
三、本发明制备方法简单，使用的介孔二氧化硅、碳纳米管粉末、石墨烯和环氧树脂等材料易得，具有很好的推广应用价值；经测定，本发明制备的具备自修复功能环氧树脂微胶囊的平均粒径为25μm，包覆率达75％以上，室温储存期大于15个月。
本发明可获得一种具备自修复功能环氧树脂微胶囊的制备方法。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种具备自修复功能环氧树脂微胶囊的制备方法，按以下步骤完成：
一、将介孔二氧化硅、碳纳米管粉末与固化剂混合均匀，加入到蒸馏水中，超声处理20min～40min，得到混合液A；所述介孔二氧化硅与碳纳米管粉末的质量比为3：(2～3)，所述介孔二氧化硅与碳纳米管粉末的总质量与固化剂的质量比为1：(1～3)；
二、将石墨烯和环氧树脂置于含有油性表面活性剂的蒸馏水中，在50℃～70℃下超声分散25min～40min，得到乳液B；所述石墨烯与环氧树脂的质量比为(1～2)：10，所述石墨烯和环氧树脂的总质量与油性表面活性剂的质量比为(15～20)：1；
三、将混合液A加入到乳液B中，在50℃～90℃下以200r/min～400r/min的搅拌速度搅拌4h～8h，得到微胶囊悬浮液；将微胶囊悬浮液用去离子水清洗3次～5次，过滤后进行干燥，得到具备自修复功能环氧树脂微胶囊。
本实施方式的有益效果：
一、本实施方式一种具备自修复功能环氧树脂微胶囊的制备方法，以介孔二氧化硅和碳纳米管粉末混合体作为壁材，兼具有机及无机材料高强度和高韧性的性能，并具有优良的热稳定性及存储稳定性；环氧树脂为油溶性物质，加入适当的油性表面活性剂后很容易分散在水中形成乳液，并且石墨烯均匀分布在环氧树脂体系内，可提高环氧树脂的韧性；
二、本实施方式制备的具备自修复功能环氧树脂微胶囊，在150℃～200℃的温度条件下，2h可完成固化，即完成自修复；能在材料产生损伤、裂纹形成的初始阶段立刻就对损伤进行有效的修复，从而避免了微裂纹扩展给材料所带来的灾难性后果，具有非常重要的意义；
三、本实施方式制备方法简单，使用的介孔二氧化硅、碳纳米管粉末、石墨烯和环氧树脂等材料易得，具有很好的推广应用价值；经测定，本实施方式制备的具备自修复功能环氧树脂微胶囊的平均粒径为25μm，包覆率达75％以上，室温储存期大于15个月。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤一中所述的介孔二氧化硅的孔径为4nm～8nm，粒径为40nm～90nm。
其他步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同点是：步骤一中所述的碳纳米管粉末按以下步骤制备：将碳纳米管以200r/min～400r/min的球磨速度球磨0.5h～1h，得到碳纳米管粉末；所述碳纳米管的长度为15μm～30μm，直径为35nm～55nm。
其他步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：所述环氧树脂与固化剂的质量比为100：(15～35)，所述的固化剂为二氨基二苯砜或双氰胺。
其他步骤与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤一中所述介孔二氧化硅与碳纳米管粉末的质量比为3：2，所述介孔二氧化硅与碳纳米管粉末的总质量与固化剂的质量比为1：2。
其他步骤与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤二中所述的石墨烯的粒径为0.5um～1.5um。
其他步骤与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤二中所述的环氧树脂为双酚A型、双酚F型、双酚S型、多官能基缩水甘油醚树脂或多官能基缩水甘油胺树脂。
其他步骤与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤二中所述的油性表面活性剂为司班-80。
其他步骤与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：步骤二中所述石墨烯与环氧树脂的质量比为1：10，所述石墨烯和环氧树脂的总质量与油性表面活性剂的质量比为15：1。
其他步骤与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：步骤三中所述的具备自修复功能环氧树脂微胶囊的平均粒径为10μm～800μm。
其他步骤与具体实施方式一至九相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：一种具备自修复功能环氧树脂微胶囊的制备方法，其特征在于该制备方法按以下步骤完成：
一、将介孔二氧化硅、碳纳米管粉末与双氰胺混合均匀，加入到蒸馏水中，超声处理40min，得到混合液A；所述介孔二氧化硅与碳纳米管粉末的质量比为3：2，所述介孔二氧化硅与碳纳米管粉末的总质量与双氰胺的质量比为1：2；所述介孔二氧化硅的孔径为4nm，粒径为50nm；
步骤一中所述的碳纳米管粉末按以下步骤制备：将碳纳米管以400r/min的球磨速度球磨1h，得到碳纳米管粉末；所述碳纳米管的长度为30μm，直径为35nm；
二、将粒径为1um石墨烯和双酚A型环氧树脂置于含有司班-80的蒸馏水中，在65℃下超声分散40min，得到乳液B；所述石墨烯与环氧树脂的质量比为1：10，所述石墨烯和环氧树脂的总质量与司班-80的体积的比为15mg：1mL；所述双酚A型环氧树脂与双氰胺的质量比为100：35；
三、将混合液A加入到乳液B中，在80℃下以400r/min的搅拌速度搅拌8h，得到微胶囊悬浮液；将微胶囊悬浮液用去离子水清洗5次，过滤后进行干燥，得到具备自修复功能环氧树脂微胶囊。
经测定，本实施例制备的具备自修复功能环氧树脂微胶囊的平均粒径为25μm，包覆率达75％以上，室温储存期大于15个月。

Claims (10)

1.一种具备自修复功能环氧树脂微胶囊的制备方法，其特征在于该制备方法按以下步骤完成：
一、将介孔二氧化硅、碳纳米管粉末与固化剂混合均匀，加入到蒸馏水中，超声处理20min～40min，得到混合液A；所述介孔二氧化硅与碳纳米管粉末的质量比为3：(2～3)，所述介孔二氧化硅与碳纳米管粉末的总质量与固化剂的质量比为1：(1～3)；
二、将石墨烯和环氧树脂置于含有油性表面活性剂的蒸馏水中，在50℃～70℃下超声分散25min～40min，得到乳液B；所述石墨烯与环氧树脂的质量比为(1～2)：10，所述石墨烯和环氧树脂的总质量与油性表面活性剂的体积的比为(15mg～20mg)：1mL；
三、将混合液A加入到乳液B中，在50℃～90℃下以200r/min～400r/min的搅拌速度搅拌4h～8h，得到微胶囊悬浮液；将微胶囊悬浮液用去离子水清洗3次～5次，过滤后进行干燥，得到具备自修复功能环氧树脂微胶囊。
2.根据权利要求1所述的一种具备自修复功能环氧树脂微胶囊的制备方法，其特征在于步骤一中所述的介孔二氧化硅的孔径为4nm～8nm，粒径为40nm～90nm。
3.根据权利要求1所述的一种具备自修复功能环氧树脂微胶囊的制备方法，其特征在于步骤一中所述的碳纳米管粉末按以下步骤制备：将碳纳米管以200r/min～400r/min的球磨速度球磨0.5h～1h，得到碳纳米管粉末；所述碳纳米管的长度为15μm～30μm，直径为35nm～55nm。
4.根据权利要求1所述的一种具备自修复功能环氧树脂微胶囊的制备方法，其特征在于所述环氧树脂与固化剂的质量比为100：(15～35)，所述的固化剂为二氨基二苯砜或双氰胺。
5.根据权利要求1所述的一种具备自修复功能环氧树脂微胶囊的制备方法，其特征在于步骤一中所述介孔二氧化硅与碳纳米管粉末的质量比为3：2，所述介孔二氧化硅与碳纳米管粉末的总质量与固化剂的质量比为1：2。
6.根据权利要求1所述的一种具备自修复功能环氧树脂微胶囊的制备方法，其特征在于步骤二中所述的石墨烯的粒径为0.5um～1.5um。
7.根据权利要求1所述的一种具备自修复功能环氧树脂微胶囊的制备方法，其特征在于步骤二中所述的环氧树脂为双酚A型、双酚F型、双酚S型、多官能基缩水甘油醚树脂或多官能基缩水甘油胺树脂。
8.根据权利要求1所述的一种具备自修复功能环氧树脂微胶囊的制备方法，其特征在于步骤二中所述的油性表面活性剂为司班-80。
9.根据权利要求1所述的一种具备自修复功能环氧树脂微胶囊的制备方法，其特征在于步骤二中所述石墨烯与环氧树脂的质量比为1：10，所述石墨烯和环氧树脂的总质量与油性表面活性剂的质量比为15：1。
10.根据权利要求1所述的一种具备自修复功能环氧树脂微胶囊的制备方法，其特征在于步骤三中所述的具备自修复功能环氧树脂微胶囊的平均粒径为10μm～800μm。
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