本發(fā)明涉及建筑材料領(lǐng)域，具體地說，涉及一種具有堿性環(huán)境和力學(xué)雙重響應(yīng)的微膠囊及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、水泥基材料是是當今世界用量最大、用途最廣的建筑材料，然而其在制造和使用過程中容易出現(xiàn)裂縫，對抗凍、抗?jié)B、抗碳化及結(jié)構(gòu)受力的安全性等造成危害，降低了建筑工程材料的耐久性。將裂縫修復(fù)劑作為芯材制備成微膠囊埋植入水泥基材料中，可以感知并自主修復(fù)水泥基材料裂縫，從而達到減少維修頻次和費用、提高水泥基材料的耐久性和服役安全性的目的。微膠囊自修復(fù)技術(shù)的基本原理是當基體產(chǎn)生裂縫時，微膠囊被觸發(fā)釋放出修復(fù)劑修復(fù)裂縫。目前微膠囊自修復(fù)技術(shù)主要是針對水泥基材料服役過程中產(chǎn)生的裂縫進行自主修復(fù)。然而，現(xiàn)代混凝土組成日趨復(fù)雜、流動度加大、早期強度發(fā)展加快的發(fā)展趨勢，自收縮、溫度變形和大部分的干燥收縮發(fā)生在“早期”（普通混凝土28天），導(dǎo)致早期開裂問題突出。抑制并及時修補這些“早期”裂紋，防止其進一步擴展，對水泥基材料的耐久性至關(guān)重要。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種具有堿性環(huán)境和力學(xué)雙重響應(yīng)的微膠囊及其制備方法與應(yīng)用。

2、為了實現(xiàn)本發(fā)明目的，第一方面，本發(fā)明提供一種具有堿性環(huán)境和力學(xué)雙重響應(yīng)的微膠囊，壁材是由三聚氰胺、甲醛和季戊四醇3-巰基丙酸酯組成的具有堿響應(yīng)性的聚合物，或者，壁材是由丁基化脲醛樹脂和季戊四醇3-巰基丙酸酯組成的具有堿響應(yīng)性的聚合物，優(yōu)選為三聚氰胺、甲醛和季戊四醇3-巰基丙酸酯組成的具有堿響應(yīng)性的聚合物，芯材是樹脂黏合劑。

3、第二方面，本發(fā)明提供具有堿性環(huán)境和力學(xué)雙重響應(yīng)的微膠囊的制備方法，包括以下步驟：

4、（1）將三聚氰胺和甲醛水溶液在微堿性、加熱攪拌條件下反應(yīng)，得到預(yù)縮合物溶液；

5、（2）將芯材樹脂黏合劑稀釋到合適粘度，與去離子水、乳化劑和穩(wěn)定劑混合，攪拌，得到芯材乳液；

6、（3）將預(yù)縮合物溶液、芯材乳液和季戊四醇3-巰基丙酸酯，在酸性條件下反應(yīng)合成微膠囊。

7、進一步地，步驟（1）中反應(yīng)體系的ph值為8~9，攪拌速度200~300rpm，其中三聚氰胺與甲醛的摩爾比為1:2.5~1:3.7；所述甲醛水溶液的濃度為10~14mol/l。

8、進一步地，步驟（2）中所述芯材為環(huán)氧樹脂、丙烯酸、不飽和聚酯等中的一種，優(yōu)選環(huán)氧樹脂。

9、進一步地，步驟（2）中用稀釋劑將芯材稀釋到粘度為2000mpa·s~2400mpa·s，所述稀釋劑的添加量為芯材質(zhì)量的1~2wt%。

10、優(yōu)選地，所述稀釋劑為1,4-丁二醇二縮水甘油醚、丁基縮水甘油醚、聚丙二醇二縮水甘油醚、醋酸丁酯、多元醇中的一種或多種，優(yōu)選1,4-丁二醇二縮水甘油醚。

11、進一步地，步驟（2）中所述乳化劑為十二烷基苯磺酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮、苯乙烯馬來酸酐共聚物中的一種或多種，優(yōu)選為十二烷基苯磺酸鈉；其中乳化劑的用量為芯材質(zhì)量的0.8~11.4wt%。

12、所述穩(wěn)定劑為氯化銨，用量為芯材質(zhì)量的3~5wt%。

13、進一步地，步驟（2）中芯材與去離子水的質(zhì)量比為1:7~1:20，攪拌速度為300~500rpm，攪拌時間為?0.5~1.5h。

14、進一步地，步驟（3）中三聚氰胺與季戊四醇3-巰基丙酸酯的摩爾比為1:0.07~1:0.16。

15、季戊四醇3-巰基丙酸酯與芯材的質(zhì)量比為1:2.3~1:4。

16、進一步地，步驟（3）中微膠囊合成過程中體系的ph范圍為3.5~5，優(yōu)選為4~4.5；反應(yīng)溫度為60~75℃。

17、進一步地，將預(yù)縮合物溶液和芯材乳液混合，調(diào)節(jié)ph值后，再加入季戊四醇3-巰基丙酸酯；季戊四醇3-巰基丙酸酯的加入時間為ph調(diào)節(jié)后0~30min，優(yōu)選5~15min。

18、第三方面，本發(fā)明提供所述微膠囊或者按照上述方法制備的微膠囊在建筑材料領(lǐng)域中的應(yīng)用。

19、進一步地，所述建筑材料包括水泥基材料。

20、本發(fā)明提供一種堿性和力學(xué)雙重響應(yīng)的微膠囊。其工作原理是：（1）利用水泥水化過程中孔隙水ph值的上升，觸發(fā)微膠囊外殼降解，造成微膠囊破裂釋放出芯材，填充并修復(fù)水泥基材料硬化過程中產(chǎn)生的孔隙與裂縫，從而抑制裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，提高水泥基材料的密實性與抗開裂性；（2）在水泥基材料服役過程中，當裂縫產(chǎn)生并穿過微膠囊時，由于裂縫尖端的應(yīng)力集中造成微膠囊破裂，釋放出芯材，填充并修復(fù)裂縫，從而提高水泥基材料的耐久性。

21、借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明至少具有下列優(yōu)點及有益效果：

22、本發(fā)明制備的微膠囊具有在水泥基材料的堿性環(huán)境及受力作用下雙重觸發(fā)的機制，在低摻量下即能有效提升水泥基材料的抗裂性與耐久性。在水泥基材料中加入1%微膠囊，即可以大幅提高水泥基材料的致密度與抗?jié)B性，改善水泥基材料的抗開裂性，同時還提高水泥基材料的抗壓強度與抗折強度；在水泥基材料服役階段具有良好的自修復(fù)效果，能夠高效提升水泥基材料耐久性。

技術(shù)特征：

1.具有堿性環(huán)境和力學(xué)雙重響應(yīng)的微膠囊，其特征在于，壁材是由三聚氰胺、甲醛和季戊四醇3-巰基丙酸酯組成的具有堿響應(yīng)性的聚合物，或者，壁材是由丁基化脲醛樹脂和季戊四醇3-巰基丙酸酯組成的具有堿響應(yīng)性的聚合物，優(yōu)選為三聚氰胺、甲醛和季戊四醇3-巰基丙酸酯組成的具有堿響應(yīng)性的聚合物，芯材是樹脂黏合劑。

2.具有堿性環(huán)境和力學(xué)雙重響應(yīng)微膠囊的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟（1）中反應(yīng)體系的ph值為8~9，攪拌速度200~300rpm，其中三聚氰胺與甲醛的摩爾比為1:2.5~1:3.7；所述甲醛水溶液的濃度為10~14mol/l。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟（2）中所述芯材為環(huán)氧樹脂、丙烯酸、不飽和聚酯中的一種，優(yōu)選環(huán)氧樹脂。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟（2）中用稀釋劑將芯材稀釋到粘度為2000mpa·s~2400mpa·s，所述稀釋劑的添加量為芯材質(zhì)量的1~2wt%；

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟（2）中所述乳化劑為十二烷基苯磺酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮、苯乙烯馬來酸酐共聚物中的一種或多種，優(yōu)選為十二烷基苯磺酸鈉；其中乳化劑的用量為芯材質(zhì)量的0.8~11.4wt%；

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟（2）中芯材與去離子水的質(zhì)量比為1:7~1:20，攪拌速度為300~500rpm，攪拌時間為0.5~1.5h。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟（3）中三聚氰胺與季戊四醇3-巰基丙酸酯的摩爾比為1:0.07~1:0.16；

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟（3）中微膠囊合成過程中體系的ph范圍為3.5~5，優(yōu)選為4~4.5；反應(yīng)溫度為60~75℃；

10.權(quán)利要求1所述微膠囊或者按照權(quán)利要求2-9任一項所述方法制備的微膠囊在建筑材料領(lǐng)域中的應(yīng)用；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種具有堿性環(huán)境和力學(xué)雙重響應(yīng)的微膠囊及其制備方法與應(yīng)用。即，一種可在水泥基材料中實現(xiàn)堿性和力學(xué)雙重響應(yīng)的微膠囊的制備方法。該制備方法包括：三聚氰胺和甲醛水溶液加熱攪拌得到預(yù)聚物溶液；芯材乳化形成乳液；預(yù)聚物溶液、芯材乳液與交聯(lián)劑季戊四醇3?巰基丙酸酯原位聚合制得微膠囊。本發(fā)明制備的微膠囊加入水泥漿體后，既可利用堿性環(huán)境在水泥水化早中齡期釋放出部分修復(fù)劑填充孔隙與微裂紋，提高水泥基材料的抗?jié)B性與抗開裂性；也可以在水泥基材料服役過程中自主感知裂縫釋放出芯材修復(fù)劑填補裂縫，實現(xiàn)水泥基材料的自修復(fù)，從而提高水泥基材料的耐久性。

技術(shù)研發(fā)人員：毛倩瑾,孟圣凱,李悅夏,王子明,崔素萍
受保護的技術(shù)使用者：北京工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15