[发明专利]一种具有自预警功能的双室微胶囊及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有自预警功能的双室微胶囊及其制备方法。本发明首先通过溶胶‑凝胶法与原位聚合制备得到内部封装显色剂的纳米微球，利用其作为Pickering乳化剂稳定含有隐性染料的油相得到稳定的Pickering乳液，将乳液固化后得到双室微胶囊。本发明所述的双室微胶囊中，壳层乳化剂颗粒中封装显色剂，芯材为隐性染料，实现了显色剂与隐性染料在同一微胶囊中的分别负载，不但解决了传统的基于双组分微胶囊的自预警体系存在的显色剂与染料接触速率偏低的问题，而且实现了对裂纹更快速更高效地响应。该双室微胶囊在自预警涂层、复合材料以及封装材料中具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种具有自预警功能的双室微胶囊及其制备方法，属于微胶囊的制备技术领域。

背景技术

当材料因外界作用或内部应力产生损坏时，会对系统和设备的使用寿命产生严重影响。及时发现材料或构件的缺陷有利于减少损失，保障安全。当前的材料无损检测技术包括超声检测、电子错位散斑干涉、交变磁场测量法、X射线检测技术等。传统的材料缺陷检测手段虽然可以进行损伤的检测，但是存在设备昂贵复杂、测量结果不准确等问题。为了能够更直观地观测到材料中存在的缺陷，人们将染料分子和荧光手段引入材料损伤检测中，开发出了多种可直观观测材料损伤的方法。其中，由于外援型检测方法具有系统设计简单等优点得到了广泛地研究。

外援型检测手段多是基于具有响应性的染料分子或荧光分子，通过将其直接分散或修饰至基体材料中，在特定环境下对受损部位进行显色预警。但是这些小分子或分子基团都存在易于基体材料中活泼基团反应、易发生光漂白或紫外降解的问题。为了更好地避免外界环境对染料或荧光分子的影响，有研究人员将其封装在微胶囊中构建得到基于微胶囊的自预警体系。同时由于微胶囊的制备工艺已逐渐趋于成熟，更易于实现多功能化、低成本及工业化生产，因此微胶囊型自预警材料应用前景更为广泛。

大多数微胶囊型自预警系统依赖于封装在微胶囊中的染料与嵌入基体材料之中的显色剂或催化剂之间的化学反应来进行，这样不可避免地就会因材料在制备过程中产生的显色剂或催化剂的损失导致显色不明显。通过将显色剂或催化剂与染料分别微胶囊化之后一同分散在基体材料中可以构建得到双微胶囊自预警体系，虽然可以避免组分在制备过程中产生的损失，但是仍存在两种微胶囊因分散不均匀导致的化学计量比失配的问题，自预警效果依旧不理想。针对上述问题，有研究人员通过构建多室微胶囊，在不同腔室内同时封装一定化学计量比的染料与显色剂或催化剂，提高了两种组份的接触速度和显色预警效率，但是具有多室结构的微胶囊相较于单组分微胶囊制备工艺更为复杂。

目前，对于多室微胶囊的制备，多是采用微流体技术及层层自组装法(LBL)进行。微流体技术制备多室微胶囊是基于多重乳液或多核乳液的构建，乳液经固化后得到具有多室结构的微胶囊。虽然使用微流体技术制备得到的微胶囊尺寸稳定性及重复性较好，但是仍存在微胶囊的尺寸相对较大，并且包封组分的释放不易控制等缺陷，使其商业应用受到了一定的限制。层层自组装法制备多室微胶囊是利用层间的交替沉积，使修复剂与固化剂分别封装在微胶囊的不同层中。层层自组装法是一个多步过程，一步操作一般只能封装一种组分，当需要封装多种组分尤其是活性组分时，为了保证各组分的活性，难免出现封装效率低、活性组分受损的问题。

因此，综上所述，目前仍然缺乏一种简单且高效的制备具有自预警功能的多室微胶囊的方法。

发明内容

技术问题：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种通过Pickering乳液法制备具有自预警功能的双室微胶囊的方法，该双室微胶囊能够实现组分可调控的显色剂与隐性染料分别包覆在同一微胶囊的不同部位，大大提高了自预警材料在受到损害时的响应速率及预警效率。该制备方法具有工艺简单、生产成本低、适用范围广且易于实现工业化等优点，所制备的自预警微胶囊可广泛应用于自预警涂层、复合材料以及封装材料等领域。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：