[发明专利]具有胞状结构的外修内固型自修复微胶囊及其制备方法

说明书

针对现有技术中自修复体系所存在的问题，本发明提供了具有胞状结构的硅烷功能化自修复微胶囊及其制备方法。具有胞状结构的外修内固型自修复微胶囊，包括囊壁和囊壁包覆的修复剂，所述修复剂中分散有系列微纳米级微胶囊，从而构成胞状结构；所述微纳米级微胶囊中包覆固化剂。所述外修内固自修复微胶囊体系具备微纳米级的多核包覆结构，不但增加了微胶囊的稳定性，同时增加了修复剂与固化剂接触的概率，提高了修复效率。此外，所述自修复微胶囊体系的囊壁采用硅烷改性，微胶囊破裂后未水解的硅烷乳液可以在混凝土毛细孔洞内形成憎水膜，阻止水分的进一步扩散，而发生水解的硅烷乳液又可以参与壁材的合成，提高微胶囊的性能。

技术领域

本发明属于有机复合材料领域，涉及一种自修复材料，具体涉及一种具有胞状结构的硅烷功能化自修复微胶囊及其制备方法。

背景技术

随着社会的不断发展，建筑行业也发展迅速，各种高楼大厦、桥梁道路陆续掘地而起。混凝土因其来源广泛、抗压强度高、易施工以及耐久性较高等优异性能而被广泛应用于建筑领域。然而，由于混凝土存在抗拉强度低、脆性大等固有缺陷，在施工和后期服役过程中，受外部荷载和环境温湿度的变化，易产生微裂纹使其力学性能降低，影响结构的耐久性。随着荷载的变化和时间的推移，裂纹逐渐会扩展成裂缝，甚至延展至表面导致混凝土材料开裂。在形成贯通裂缝后，混凝土容易遭受外界环境和各种有害因素的侵蚀和破坏，如钢筋锈蚀、碳化、氯离子侵蚀和硫酸盐侵蚀等，最终导致混凝土材料的开裂、破坏，严重影响混凝土材料的耐久性，甚至可能造成突发性建筑破坏造成无法挽回的人财损失。

因此，微观裂缝对耐久性的影响已越来越受到广泛的关注和重视。为延长混凝土结构的服役寿命，需要对裂纹及时进行修复。传统的修复方法主要有两类：表面处理法和灌浆法。前者主要是在混凝土结构表面涂刷防渗抗腐蚀的有机涂料，但有机涂料容易老化，一段时间后涂层会剥落；而后者则无法准确判断注浆点和灌浆量。此外，这些传统的修复方法不仅需要大量的人力和物力，而且存在治标不治本的弊端，无法抑制裂纹扩展，不能修复结构内部存在的微小裂纹，将给建筑工程留下安全隐患。

自1925年Abrams发现了混凝土试件能够自修复后，自修复混凝土技术开始发展。近年来，基于仿生学的自修复技术成为混凝土自修复领域研究的热点。混凝土的仿生自修复是根据自然界中生物受伤后分泌某种物质，使创伤部位及时愈合的原理而开发的，是一种智能的修补方法，无需依靠人工辅助。为在混凝土中形成智能型自愈合系统，需将含修复剂的载体预先埋入混凝土基体中，当基体产生微小裂纹，在裂纹尖端作用下，载体破裂，修复剂流出，深入裂缝及时修补裂纹。该技术针对混凝土裂纹进行“靶向”修复，提前预埋于混凝土内部，无需二次维护，可大幅降低工程维修成本。

目前，微胶囊自修复体系主要包括单壁微胶囊修复体系、单壁双微胶囊修复体系和双壁微胶囊体系。单壁微胶囊修复体系存在以下问题：(1)微胶囊热化学稳定性差；(2)反应固化成膜速度慢，不能有效填补裂缝；(3)催化剂价格昂贵、容易失活；(4)自修复体系应用范围较窄，只能局限在一定基材中。单壁双微胶囊体系包括两种微胶囊，一种包覆修复剂，一种包覆固化剂。单壁双微胶囊体系一定程度上解决了单壁微胶囊体系的问题，但仍然存在修复剂与固化剂无法同时接触、不能快速进行修复以及对裂纹应答机理复杂等问题。双壁微胶囊体系具有更好的稳定性，降低了修复剂与固化剂失活的概率；大大增加了修复剂与催化剂的接触机率，避免了添加过多的修复剂和催化剂对混凝土学性能的不利影响。

发明专利申请201711236097.6公开了“外修内固型聚脲基双壁自修复微胶囊及其制备方法”。所述外修内固型聚脲基双壁自修复微胶囊，以脂肪族类异氰酸酯-端氨基聚醚聚合物作为修复剂，以胺基扩链剂为固化剂的双壁微胶囊体系。所述修复剂与固化剂分别存储于外层囊芯和内层囊芯中，不但解决了修复剂与固化剂的接触率偏低的问题，而且修复剂与固化剂反应快速，从而实现了裂纹的快速修复。然而，微米级结构的自修复微胶囊在混凝土试块搅拌、振捣的过程中极易发生破裂，造成混凝土中剩余的微胶囊数量较少，无法实现对裂纹的及时响应。