自修复液晶聚合物复合材料及其制备方法与流程

本发明属于液晶聚合物，具体涉及自修复液晶聚合物复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、自修复材料是能够自行修复物理损伤和恢复功能的材料。自修复材料的关键点在于，位置、时效、运动性；具体含义分别为，破坏发生的位置和大小，自修复所需的时间；自修复时破坏位置会发生链段等运动。

2、现有自修复液晶聚合物复合材料虽然具有显著的应用潜力，但也存在一些技术和实用性的挑战。以下是几个主要的缺点：

3、1.修复效率的限制：修复过程可能需要较长时间，这对于需要即时恢复功能的应用场合不太适合。

4、2.复合材料的均匀性和一致性问题：微胶囊的分散性和均匀性对于确保修复效果至关重要。不均匀的微胶囊分布可能导致修复效果不一致，影响整体材料的结构和性能。

5、3.修复次数的限制：自修复能力通常有限，重复损伤后，修复效果可能会逐渐降低，最终导致材料失效。这限制了材料的长期使用和耐久性。

技术实现思路

1、本发明的第一个目的是提供一种自修复液晶聚合物微胶囊及其制备方法，本发明的第二个目的是提供一种自修复液晶聚合物复合材料的制备方法。本发明利用液晶制备微胶囊，微胶囊再配合液晶制备成复合材料，复合材料具备自修复能力。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种自修复液晶聚合物微胶囊及其制备方法，包括如下步骤：

4、将液晶、壁材、愈合剂搅拌，得到油相；

5、将乳化剂、表面活性剂、水搅拌，得到水相；

6、将油相加入水相，乳化，得到乳液，边搅拌，边加入引发剂，升温，反应得到微胶囊溶液。

7、于本发明的一实施例中，所述液晶包括向列相液晶、近晶相液晶、胆甾相液晶中的至少一种。

8、于本发明的一实施例中，所述壁材包括甲基丙烯酸甲酯、聚酯中的至少一种。

9、于本发明的一实施例中，所述愈合剂包括双环戊二烯、酚醛树脂、交联剂、引发剂中的至少一种。

10、于本发明的一实施例中，所述乳化剂包括聚乙烯醇、油酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠中的至少一种。

11、于本发明的一实施例中，所述表面活性剂包括乳化剂、甲基丙烯酸n-乙基全氟辛烷磺酰胺基乙酯中的至少一种。

12、于本发明的一实施例中，所述引发剂包括过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化二苯甲酰中的至少一种。

13、更详细的制备方法，包括如下步骤：

14、将液晶、壁材搅拌，加入愈合剂搅拌，搅拌速度为500～1000rpm，得到油相；

15、将乳化剂、表面活性剂、水搅拌，搅拌速度为500～1000rpm，得到水相；

16、将油相缓慢加入水相，用乳化机乳化5～10min，转速为10000～20000r/min，得到乳液，边搅拌边加入引发剂，升温至50～80℃，反应得到微胶囊溶液。

17、于本发明的一实施例中，以重量份计，将70～100份液晶、壁材搅拌，加入10～25份愈合剂搅拌，搅拌速度为500～1000rpm，得到油相；液晶和壁材重量份的比为1:0.5～2。

18、将0.5～3份乳化剂、0.5～3份表面活性剂、水搅拌，搅拌速度为500～1000rpm，得到水相；

19、将油相缓慢加入水相，用乳化机乳化5～10min，转速为10000～20000r/min，得到乳液，边搅拌边加入0.5～3份引发剂，升温至50～80℃，反应得到微胶囊溶液，洗涤，干燥，得到微胶囊。

20、需要说明的是，区别于常规的液晶聚合物微胶囊，本技术在制备油相时，加入愈合剂，本技术在制备水相时，同时加入乳化剂和表面活性剂，乳液形成过程中，壁材向外迁移，水相被去除过程中，能将液晶向壁材引导，提供“牵引力”，从而让液晶一部分作为芯材，一部分掺杂在壁材上，愈合剂作为芯材被壁材包裹在内。本技术不和常规技术一样将液晶完全包裹在内。

21、第二方面，本发明提供自修复液晶聚合物复合材料的制备方法，包括如下步骤：边搅拌，边将微胶囊加入到液晶聚合物溶液中，得到混合溶液；

22、将混合溶液制备成涂层，涂层为自修复液晶聚合物复合材料。

23、微胶囊为前述制备的自修复液晶聚合物微胶囊。

24、更详细的制备方法，包括如下步骤：

25、以重量份计，将40～80份液晶聚合物分散于溶剂，加入1～5份纳米二氧化钛，混合均匀，得到液晶聚合物溶液；所述液晶聚合物包括lcp液晶；lcp液晶可以为热致型液晶聚合物。

26、边搅拌，边将微胶囊加入到液晶聚合物溶液中，搅拌速度为500～1000rpm，得到混合溶液；微胶囊和液晶聚合物的重量份之比为1:0.5～3。

27、将混合溶液涂覆在基材上，蒸干制备成涂层，涂层为自修复液晶聚合物复合材料。

28、需要说明的是，制备液晶聚合物溶液时，加入纳米二氧化钛帮助液晶聚合物在溶液中分散，制备混合溶液时，搅拌中加入微胶囊，能将微胶囊很好的分散在液晶聚合物溶液中，液晶聚合物溶液中的纳米二氧化钛也帮助各组分分散，制备为涂层，纳米二氧化钛还可提高涂层自修复时的响应值。

29、进一步的，涂层厚度为50～100μm，微胶囊粒径10～500μm。

30、本发明的有益效果是：

31、(1)本发明先利用液晶制备微胶囊，区别于常规的液晶聚合物微胶囊，本技术在制备油相时，加入愈合剂，本技术在制备水相时，同时加入乳化剂和表面活性剂，乳液形成过程中，壁材向外迁移，水相被去除过程中，提供“牵引力”，能将液晶向壁材引导，从而让液晶一部分作为芯材，一部分掺杂在壁材上，愈合剂作为芯材被壁材包裹在内。本技术不和常规技术一样将液晶完全包裹在内。

32、(2)本发明利用微胶囊再配合液晶制备成复合材料，复合材料具备自修复能力。先制备液晶聚合物溶液时，加入纳米二氧化钛帮助液晶聚合物在溶液中分散，再制备混合溶液时，在搅拌时向液晶聚合物溶液中加入微胶囊，能将微胶囊很好的分散在液晶聚合物溶液中，液晶聚合物溶液中的纳米二氧化钛也帮助各组分分散，协同避免团聚；微胶囊上掺杂的液晶能提高微胶囊和液晶聚合物溶液的相容性，提高混合溶液的稳定性。制备为涂层后，涂层为为自修复液晶聚合物复合材料。解决了复合材料均匀性和一致性问题。

33、(3)对自修复液晶聚合物复合材料进行自修复检测，复合材料被划伤后，在特定条件下进行修复，最初的时候，液晶聚合物和壁材上的液晶可发生动态变化，向被破坏位置聚集，进行结构重连接，纳米二氧化钛可提高涂层自修复时的响应值，此时材料内部，包括液晶聚合物和液晶，能承受破坏带来的压力，破坏位置裂纹扩展会被及时遏制，未被划伤的微胶囊(不在破坏位置的微胶囊)不会发生破裂。当修复几次后，液晶动态修复能力下降，这时当复合材料再次被划伤时，破坏位置裂纹扩展和毛细管力作用下，微胶囊破裂释放愈合剂和壁内的液晶，液晶和愈合剂进入破坏位置，填充修复裂纹，配合之前壁外的液晶动态修复，修复复合材料，另外，流出的液晶也能够将之前液晶聚合物和壁材上的液晶再次进行结构重连接，恢复结构网络，补足液晶动态修复能力。多种修复方式的配合，提高了修复效率，增加了修复次数。

34、(4)本技术制备微胶囊时，发现使用单一液晶时，向列相液晶比近晶相液晶表现更优，将向列相液晶和近晶相液晶复配时，反而比单一液晶表现更优，比单一向列相液晶表现更优，说明两者复配起到协同作用，能够提升复合材料的愈合能力。近晶相液晶成层分布，分子在每层中可移动，层与层之间不可移动，向列相液晶不分层，分子移动性好，流动性佳，弥补了近晶相液晶的移动性缺陷，近晶相液晶的高度有序性又能调整向列相液晶的液晶矢量。

35、综上，本发明利用液晶制备微胶囊，微胶囊再配合液晶制备成复合材料，复合材料具备自修复能力。