一種水泥基材料自修復微膠囊及製備方法與流程

2023-10-09 01:17:14

本發明涉及一種水泥基材料自修復微膠囊及製備方法。

背景技術：

水泥作為傳統建築材料的代表，其具有抗壓強度高、耐久性強、成本低等特點，廣泛應用於工業與民用建築、橋梁、道路工程、地下工程、水利水電工程、港口和海洋工程等結構物，目前又向著大跨結構、高聳結構、巨型結構和特種結構滲透，是應用得最為廣泛的建築材料。在役水泥結構中，隨著長期的使用和周圍複雜環境的影響，尤其處在濱海環境下，植入水泥中的鋼筋不可避免地發生鏽蝕，導致水泥結構承載力大幅降低，輕者會降低結構使用壽命，重者會危及結構安全，給國民經濟帶來巨大損失。因此，在役鋼水泥中的鋼筋生鏽問題是一個長期困擾土木工程人員的技術難題。

研究表明水泥中的鋼筋自然腐蝕的主要原因包括兩個方面：1）水泥碳化導致鋼筋所在的環境ph降低破壞鋼筋表面鈍化膜而鏽蝕；2）氯離子濃度過大，研究表明氯離子濃度/氫氧根離子濃度>0.6易發生鏽蝕。

一些學者提出在水泥製備過程中加入緩蝕劑，其中亞硝酸鹽類是比較典型的代表，但是使用這一方法，緩蝕劑在初期的大量流失使得其在鋼筋緩蝕方面的效果是微乎其微。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種水泥基材料自修復微膠囊及製備方法。

本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：一種水泥基材料自修復微膠囊，包括嚢芯以及包覆在嚢芯表面的復嚢壁，所述復嚢壁為修復劑，所述嚢芯為環戊二烯二聚體。

進一步的，所述的修復劑為環氧樹脂或者納米級矽膠。

一種水泥基材料自修復微膠囊的製備方法，包括以下步驟：

①預聚體製備，將乾粉尿素與37%的甲醛按質量比1:2混合溶解後，移入三口燒瓶中，恆溫水浴下速度回流攪拌1h，冷卻至室溫，製得脲醛樹脂預聚體；

②乳化階段，將環氧樹脂用bge稀釋，攪拌均勻後與脲醛樹脂預聚體一起混入表面活性劑中，在一定轉速下乳化40min，環氧樹脂通過乳化劑和攪拌剪切力的左右分散成液滴；

③酸化階段，用2.0%的稀硫酸溶液緩慢調節反應體系ph值為2-3，時間1.5-2h，隨著共聚反應進行，脲醛樹脂顆粒不斷生長，由於界面作用開始沉積在嚢芯表面，少量粘附在嚢芯表面；

④囊壁形成階段，隨著共聚反應進行，樹脂顆粒不斷在嚢芯液滴表面沉積，囊壁逐漸形成並增厚；

⑤固化階段，溫度緩慢升值60℃，降低轉速為600r/min，同時緩慢滴加一定質量的蒸餾水，以溶液不黏稠為宜，此階段形成的脲醛樹脂囊壁進一步發生交聯共囊反應，形成囊壁強度足夠的微膠囊。

本發明的有益效果是：本發明自修復微膠囊具有良好的穩定性，通過囊芯材料和復嚢壁，微膠囊的釋放速率可以做到可控優化，用水溶性鹼提升ph達到延緩混凝土碳化和鋼筋緩蝕的目的，所用材料均綠色環保。

用環戊二烯二聚體作為復囊壁，採用復凝聚法製備出具有修復效果的微膠囊，合成方法簡單，且避免了合成過程中甲醛溶液揮發引起的危害，同時改善了以脲醛樹脂、酚醛樹脂及聚脲等為囊壁的微膠囊製備中原材料易揮發變質的不利影響，具有綠色環保性；

通過對原材料配比和合成工藝的改變，在一定程度上可以改變自修復微膠囊的性能，如球徑、修復劑包封量或表面性質等，有利於製備出更適合於地下水環境的自修復微膠囊系統；

利用環戊二烯二聚體的乳化作用，在無外加乳化劑的情況下可以將原料很好的乳化分散，從而有效避免了外加乳化劑對基體性能的不利影響，同時提高了微膠囊製備的產率；

本發明中的膠囊採用復囊壁的外殼結構，環戊二烯二聚體外殼可以有效地對修復劑進行包裹，明膠可以將膠囊進行分散，克服了膠囊的團聚現象。

附圖說明

下面結合附圖對本發明進一步說明。

圖1是自修復膠囊放大後的示意圖。

具體實施方式

現在結合附圖對本發明作進一步的說明。這些附圖均為簡化的示意圖僅以示意方式說明本發明的基本結構，因此其僅顯示與本發明有關的構成。

如圖1所示，一種水泥基材料自修復微膠囊，包括嚢芯以及包覆在嚢芯表面的復嚢壁，所述復嚢壁為修復劑，所述嚢芯為環戊二烯二聚體。修復劑為環氧樹脂或者納米級矽膠。

一種水泥基材料自修復微膠囊的製備方法，包括以下步驟：

①預聚體製備，將乾粉尿素與37%的甲醛按質量比1:2混合溶解後，移入三口燒瓶中，恆溫水浴下速度回流攪拌1h，冷卻至室溫，製得脲醛樹脂預聚體；

②乳化階段，將環氧樹脂用bge稀釋，攪拌均勻後與脲醛樹脂預聚體一起混入表面活性劑中，在一定轉速下乳化40min，環氧樹脂通過乳化劑和攪拌剪切力的左右分散成液滴；

③酸化階段，用2.0%的稀硫酸溶液緩慢調節反應體系ph值為2-3，時間1.5-2h，隨著共聚反應進行，脲醛樹脂顆粒不斷生長，由於界面作用開始沉積在嚢芯表面，少量粘附在嚢芯表面；

④囊壁形成階段，隨著共聚反應進行，樹脂顆粒不斷在嚢芯液滴表面沉積，囊壁逐漸形成並增厚；

⑤固化階段，溫度緩慢升值60℃，降低轉速為600r/min，同時緩慢滴加一定質量的蒸餾水，以溶液不黏稠為宜，此階段形成的脲醛樹脂囊壁進一步發生交聯共囊反應，形成囊壁強度足夠的微膠囊。

通過對原材料配比和合成工藝的改變，在一定程度上可以改變自修復微膠囊的性能，如球徑、修復劑包封量或表面性質等，有利於製備出更適合於地下水環境的自修復微膠囊系統。

以上述依據本發明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發明技術思想的範圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發明的技術性範圍並不局限於說明書上的內容，必須要根據權利要求範圍來確定其技術性範圍。