[发明专利]一种光致自修复微胶囊的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属的防腐技术领域，特别是对环境友好的涂层微胶囊的制备技术方 法。

背景技术

金属的腐蚀是金属受环境介质的化学或电化学作用而被破坏的现象。长期以来， 防护金属腐蚀最有效、最经济的方法之一是在金属表面涂覆防腐涂层。但在使用涂料过程 中会因环境或力学性能等因素的变化产生微裂纹，并且由于暴露于大气中，微裂纹会逐渐 蔓延、扩张，从而加速了金属与涂料界面上涂料的剥离和分层，减少涂料的使用寿命和防腐 能力，同时也影响了金属的使用。涂料可看作是由粘合剂与颜料所组成的一类特殊的复合 材料，因此复合材料裂纹自修复技术同样可以应用于涂料领域，延长涂料的耐久性。

材料在使用过程中不可避免地会产生局部损伤和微裂纹，并由此引发宏观裂缝而 发生断裂，影响材料正常使用和缩短使用寿命。自修复材料是智能材料的一个重要分支，在 无外界作用条件下，材料本身就能对内部缺陷进行自我恢复。

微胶囊是通过成膜材料包覆分散性的固体、液体或气体而形成的具有核-壳结构 的微小容器，通常将成膜材料形成的包覆膜称为壁材或囊壁（一般由天然的或合成的高分 子材料形成），成膜材料内部被包覆的物质称为芯材或囊芯。微胶囊大小和形状，随着制备 工艺的不同而在很大范围内变化。微胶囊大小通常在2～1000μm范围内，直径小于1μm的胶 囊称为纳米胶囊，直径大于1000μm的胶囊称为大胶囊。囊壁厚度在0.2～10μm不等，囊芯在 微胶囊总质量中所占的比例也在20～95%范围内变化。微胶囊是由被包裹材料和包裹材料 组成的。包于内部的材料一般称为活性物、活性剂、芯材料、内相、核、有效载荷或填充物。包 囊材料通常称作壁、载体、壳、涂层或膜，它可以是有机聚合物、水溶胶、糖、蜡、脂肪、金属或 无机氧化物等。

尿素一三聚氰胺一甲醛共缩聚树脂具有脲醛树脂色浅、固化快、价格低廉等优点， 同时其性能优于脲醛树脂，接近于尿素-三聚氰胺树脂。而且尿素一三聚氰胺一甲醛共缩聚 树脂的价格为尿素-三聚氰胺树脂的一半，接近于脲醛树脂树脂，合成工艺也与脉醛树脂类 似。尿素一三聚氰胺一甲醛共缩聚树脂能广泛地用于防潮型刨花板、胶合板、中密度纤维板 及其它大质人造板中，且效果较理想

肉桂酸系化合物是一种比较重要的有机合成中间体。肉桂酸系化合物主要应用于药 物、香料和感光树脂等精细化工产品的制备等。

发明内容

本发明目的是提出一种可对微裂缝进行修复、对环境友好、不需要催化剂的光致 自修复微胶囊的合成方法。

本发明包括以下步骤：

1）将含肉桂酸酰基官能团系化合物与去离子水混合后分散于十二烷基苯磺酸钠中，形 成囊芯材料；

2）将尿素、三聚氰胺与甲醛水溶液混合，用NaOH调节混合物的pH至8～8.5，在混合体的 温度为60～70℃条件下反应，得囊壁材料；

3）搅拌条件下，将囊壁材料溶解于囊芯材料中，然后分批加入催化剂NH₄Cl，使混合体 系的pH逐渐减小，当用显微镜观测到囊壁材料开始沉积到囊芯材料表面后，将混合体系的 温度升温至60～65℃，当混合体系的pH降低至2.5～3.0时加入55～65℃的热水，保温1～2 h，用NaOH调pH=7.0～7.5，冷却后抽滤，取固相以丙酮洗后干燥，取得微胶囊。

本发明的囊芯材料以十二烷基苯磺酸钠作为表面活性剂，含肉桂酸酰基官能团系 化合物的囊芯材料具有感光性能，能够在光触发诱导的情况下，发生交联反应，对微裂缝进 行修复。而囊壁材料是尿素/三聚氰胺/甲醛的共缩聚树脂，对环境友好。

步骤3）加入的热水温度接近于反应温度，主要目的是为了增加反应物的分散性， 维持反应较好的保温效果。

本发明包覆过程简单，安全，不需要催化剂，成本较低，所得的包覆性含肉桂酸酰 基官能团系化合物产物为白色粉末，含肉桂酸酰基官能团系化合物的质量分数在80％以 上，包覆率较高。制备的微胶囊是一光触发自修复体系，对环境友好，可适用于修复涂层裂 缝中。

进一步地，本发明所述含肉桂酸酰基官能团系化合物的粒径为0.5～15μm。囊芯越 小合成后的微胶囊的粒径越小，作为填料加入到涂层中后，对涂层本身的物理及其化学性 质影响也会小。

为了使材料能够充分分散，所述含肉桂酸酰基官能团系化合物、去离子水和十二 烷基苯磺酸钠的投料质量比为1∶4～6∶0.01～0.1。