一种自修复防水双壳胶囊、涂料及其制备方法与流程

本发明属于防水材料的制备，具体是一种自修复防水双壳胶囊、涂料及其制备方法。

背景技术：

1、在涂料领域，自修复防水涂料因其优异的耐水性、耐高低温性和固化时间短等特点，被广泛应用。这些涂料不仅能在潮湿的基面施工，还具有良好的耐高低温、抗冻融性，能够阻止碳酸盐渗透，防止盐分污染和侵蚀饰面。自修复微胶囊是一种能够自我修复损伤的微球结构，它们通常由聚合物外壳包裹着内部活性物质。当微胶囊受到损伤时，如裂缝或破损，内部的活性物质会释放出来，与周围环境中的化学反应修复损伤，从而实现自修复功能。

2、然而，微胶囊型自修复涂料在工业使用过程中也存在一些难题。制备方法方面，虽然已经存在多种微胶囊的制备方法，如乳液模板法、原位乳液聚合法等，但在双层自修复胶囊的制备中，如何选择最适合的制备技术以确保微胶囊的均匀性和稳定性是一个挑战。微胶囊壁材方面，为了增强自修复微胶囊的自修复能力，通常需要对其壁材进行选择或改性以适应不同的应用场景。目前，专利cn115093774a提供了一种自修复防腐涂料制作方法，以二氧化硅为载体，吸附苯并三氮唑作为防腐的缓蚀剂，并和eps树脂微球等包覆修复液制成单层胶囊模式，该专利没有提及如何制备胶囊，如何将修复液包裹到胶囊中，对于是否可工业化或是否可实现，问题没有解决；同时，该发明主要用于提高涂层的防腐性能，对于是否可以应用到防水涂料中，也没有涉及。专利cn107446502b公开了一种自修复水性环氧/沥青复合防水涂料及其制备方法，该涂料防水原理为微胶囊内的高吸水树脂吸水膨胀将裂缝封堵，并胶囊内的聚氨酯预聚体和水反应形成大分子链实现自修复功能，但同时该修复存在一定的缺陷，其一，高分子吸水后，水分再被聚氨酯预聚体吸收反应，将导致吸水高分子因失水将出现萎缩，导致胶囊与环氧/沥青漆膜之间存在微观缝隙，从而将导致透水，失去防水功能；其二，微胶囊材料组成为高分子吸水材料和聚氨酯材料与漆膜的环氧/沥青材料不同，即便自修复后，依然存在材料间的层间隔离问题，材料的层间依然存在透水的风险，失去防水的功能。

3、总的来说，现有技术中防水双壳胶囊的设计和制造过程中，通常外壳仅有单层结构，且该外壳和胶囊内壳材料不相容，这可能会导致固化后的漆膜层存在结构缺陷，进而影响防水效果。胶囊原料选择上还是会有渗水的可能性。单一的自修复防腐或防水功能的涂料，在需要同时防腐和防水的环境应用需求下，需要多次施工，将导致更高的施工成本。本发明自修复防水双壳胶囊和涂料是一种具有重要应用潜力的新型材料，研发一种多层疏水的胶囊结构会给本领域带来新的研发思路，这类胶囊的应用前景将更加广阔。本发明提供了一种一次施工，漆膜同时具有自修复、防水和高防腐多功能新材料。

技术实现思路

1、本发明提供一种自修复防水双壳胶囊、涂料及其制备方法，克服了现有技术中仅有一层外壳结构导致的自修复性能不稳定，以及亲水性自修复材料持续吸水后渗透的可能性。本发明提供的涂料具有自修复功能，同时防水和防腐蚀性能优良，还具备良好的拉伸性能。

2、本发明提供一种自修复防水涂料的制备方法，其包括以下步骤：

3、s1.将自修复材料的原料经合成得到自修复液；所述自修复材料的原料包括聚醚30～53份、氯化石蜡42～58份、润湿分散剂0.1～0.9份、扩链剂10～20份、消泡剂0.1～1.0份、催干剂0.1～0.8份；

4、s2.将活化活性炭加入到自修复液中搅拌研磨均匀，得到自修复种子；

5、s3.将自修复种子加入到石蜡液体中搅拌乳化，得到石蜡包覆自修复种子乳液；

6、s4.将石蜡包覆自修复种子乳液进行雾化造粒、固化，得到单壳自修复胶囊；

7、s5.加入单壳自修复胶囊和单组分聚氨酯固化层的原料，混合后得到含双壳自修复胶囊的自修复防水涂料；所述单组分聚氨酯固化层的原料包括自修复液40～60份、球型硅微粉为30～50份、消泡剂0.05～0.5份、润湿分散剂0.5～1.5份。

8、进一步地，所述自修复材料的原料包括聚醚30～40份、氯化石蜡47～52份、润湿分散剂0.2～0.5份、扩链剂11～15份、消泡剂0.3～0.7份、催干剂0.1～0.3份；例如，聚醚35份、氯化石蜡50份、润湿分散剂0.3份、扩链剂13份、消泡剂0.5份、催干剂0.2份。

9、进一步地，所述单组分聚氨酯固化层的原料包括自修复液45～55份、球型硅微粉为37～44份、单壳自修复胶囊8～13份、消泡剂0.1～0.2份、分散剂0.7～1.1份；例如，自修复液49份、球型硅微粉为40份、单壳自修复胶囊10份、消泡剂0.1份、分散剂0.9份。

10、本发明中，各原料的用量按质量份计。

11、本发明中，所述聚醚包括聚醚多元醇。

12、本发明中，所述润湿分散剂包括菲特ft润湿分散剂。

13、本发明中，所述消泡剂包括含硅溶剂型消泡剂和不含硅溶剂型消泡剂。

14、本发明中，所述催干剂包括优润wcat催干剂。

15、本发明中，所述扩链剂包括异氰酸酯。

16、本发明中，所述氯化石蜡为中石化52#石蜡。其中，该氯化石蜡为低熔点石蜡，作为漆膜的增塑剂，还具有憎水作用。

17、s2中，所述自修复液和所述活化活性炭的质量比为1：(0.5～9)，例如1:0.67、1:2.3或1：9。

18、s4中，所述自修复种子和所述石蜡液体的质量比为1：(1.3～3.6)，例如1：2.3。

19、s5中，所述自修复胶囊和所述单组分聚氨酯固化层的原料的质量比为1：(1～15)，较佳地为1:(1～11)，例如1:9、1:4、1:1。

20、本发明中，所述s1前还包括前处理的操作；所述前处理的操作为氮气保护下将活性炭在500～700℃下干燥3～5h，冷却至室温得到活化活性炭；较佳的为氮气中将活性炭在600℃下干燥4h，冷却至室温得到活化活性炭。

21、s1中，所述合成的方法将聚醚、氯化石蜡、润湿分散剂混合后真空脱水，冷却后加入异氰酸酯进行聚合，再加消泡剂和催干剂进行真空脱泡。

22、进一步s1中，所述活性炭的孔隙度≥50％、细度≥300目；较佳地，所述活性炭的孔隙度为85％

23、进一步s1中，所述真空脱水的温度为110～130℃，较佳地为120℃进一步s1中，所述真空脱水的真空度≤-0.08mpa。

24、进一步s1中，所述冷却后的温度为70～90℃，较佳地为75～85℃。

25、进一步s1中，所述聚合的时间为2～5h，较佳地为3h。

26、进一步s1中，所述真空脱泡的时间为10～20min，较佳地为15min；所述真空脱泡的搅拌速度为100～300rpm；所述真空脱泡的真空度≤-0.08mpa。

27、s2中，所述搅拌研磨的速度为700～1500rpm，较佳地为1000rpm。

28、s2中，所述均匀的标准为研磨细度至≤1000nm。

29、s3中，所述石蜡液体是将石蜡加热熔融后得到的，所述加热温度为80℃。

30、s3中，所述搅拌乳化时间为0.5～2h，较佳地为1h；所述搅拌乳化的搅拌速度为1700～2500rpm，较佳地为2000rpm。

31、s4中，所述雾化造粒的温度为-8～0℃，较佳地为-5℃；其中，雾化造粒的温度越低，石蜡固化越快，对于造粒越容易。

32、s4中，所述造粒的粒径≤100μm，

33、s4中，所述固化于空气中进行，所述固化的时间为18～30h，较佳地为24h。

34、s5中，所述混合的搅拌速度为150～250rpm，较佳地为200rpm；所述混合的时间为20～45min，较佳地为30min。

35、本发明提供一种由前述制备方法得到的自修复防水涂料，其特征在于，所述自修复防水涂料的拉伸强度≥2.0mpa，断裂拉伸率≥800％；涂料防水性能和耐腐蚀性能优良，耐盐雾性好。

36、本发明还提供一种自修复防水双壳胶囊，其特征在于，由内向外，分别由胶囊内芯、胶囊内壳和胶囊外壳组成；所述胶囊内芯为活化活性炭吸附自修复材料构成的自修复种子，所述胶囊内壳为石蜡封闭层，所述胶囊外壳为单组分聚氨酯固化层。其中，单组分聚氨酯固化层遇空气中的水分发生交联反应，完成修复；即胶囊在受到外力被破坏时，胶囊释放自修复材料与空气中的水分接触发生凝胶反应，从而愈合划痕或裂纹，实现自我修复能力。

37、本发明采用双层包封技术，利用活性炭多孔特点，以高孔隙率的活性炭为核。胶囊内壳为石蜡封闭层；其一，石蜡可起到隔离作用，既可以保护内部的自修复材料不被固化，也可以隔离外壳的单组分聚氨酯固化层继固化后，继续固化内部自修复液；其二，石蜡熔点高，低温状态下为固体，在低温中造粒更加方便；其三，石蜡具有憎水性，对涂料的防水效果具有增益效果。胶囊外壳为单组分聚氨酯固化层，胶囊外壳和自修复材料成分接近，溶解性和极性相同，因此即使胶囊结构被破坏后，也不会存在漆膜层间结构，进一步提高修复后的漆膜防水能力；此外，胶囊外壳还可以保护内部壳层不被破坏，且固化成膜为不可逆反应，成膜后不容易被一般溶剂溶解，从而保护胶囊内壳不被涂料中的液态物料溶解。

38、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

39、1.工艺设计方面，本发明通过采用双层包封技术和特殊的固化层设计，可以更好地保护胶囊内部的结构和功能，并提高修复后的漆膜防水能力。

40、2.胶囊原料选择方面，以高孔隙率的活性炭作为内核；石蜡可保护胶囊内芯，使自修复液不被固化，起到隔离作用的同时还具有憎水性，提高防水效果；胶囊外壳与自修复材料成分接近，溶解性和极性相同，固化成膜后不易被溶解，保护胶囊内壳。这种胶囊结构及材料选择，有效防止了胶囊在含有溶剂的涂料中胶囊壳层被溶解导致自修复涂料失去自修复功能的缺陷。避免了修复涂料储存后失效。

41、3.制备方法方面，本发明采用低温造粒的方法，熔点高的石蜡在低温条件下易凝固，造粒更方便；制备方法简单，所述原材料及设备较常见，因此成本较低，有利于大规模生产和应用。

42、4.性能方面，本发明制备的涂料防水性能优良、拉伸强度≥2.0mpa，断裂拉伸率≥800％、耐盐雾时间≥1500h。