一种水泥混凝土自修复用磁致释放微胶囊及其制备方法与流程

本发明属于混凝土，更具体地，涉及一种水泥混凝土自修复用磁致释放微胶囊及其制备方法。

背景技术：

1、水泥混凝土是一种重要的工程建筑材料，广泛应用于房屋建筑、道路桥梁、地铁隧道、水库大坝、水电站等领域。然而，混凝土自身为多孔脆性结构，受温度应力或其它外力作用容易产生裂缝，加剧混凝土的侵蚀、破坏，严重降低其耐久性。为提高混凝土的服役寿命，掺加微胶囊以赋予混凝土裂缝自修复能力已成为一种重要解决途径。

2、现有自修复用微胶囊的破裂主要是混凝土应力作用，当囊壁强度高，当混凝土产生微裂纹时，囊壁很难破裂，使内部修复剂不能释放出来，难以实现裂缝自修复的目的。基于此，也有以石油树脂/石蜡/聚乙烯蜡/磁性铁粉混合物为壁材的微胶囊，在外加电磁场作用下，使微胶囊囊壁升温熔化，从而释放内部修复剂。然而，石蜡融化后也具有一定流动性，又因其粘度较大，可能会在裂缝处产生阻滞，影响芯材修复剂进入裂缝，从而不利于修复过程的进行。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种水泥混凝土自修复用磁致释放微胶囊及其制备方法，旨在解决现有自修复用微胶囊囊壁较难破裂的技术问题。

2、为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种水泥混凝土自修复用磁致释放微胶囊，所述微胶囊的囊壁由壳聚糖、羟乙基纤维素、热膨胀型石墨、磁性铁粉复合组成，囊芯为环氧树脂；所述微胶囊各原料质量份数为：壳聚糖10～20份、羟乙基纤维素10～20份、热膨胀型石墨5～15份、磁性铁粉5～15份、环氧树脂30～70份。

3、进一步地，所述壳聚糖为低分子量壳聚糖，分子量≤3200da。

4、进一步地，所述羟乙基纤维素的分子量为20～144kda。

5、进一步地，所述磁性铁粉为40～200目的高纯铁粉、1500目的羰基铁粉或2000目的氧化铁粉。

6、进一步地，所述环氧树脂为双酚f型环氧树脂。

7、进一步地，所述热膨胀型石墨采用微波辐射法制备。

8、第二方面，本发明提供了一种水泥混凝土自修复用磁致释放微胶囊的制备方法，包括如下步骤：

9、(1)按各原料所需的质量份数称取壳聚糖10～20份、羟乙基纤维素10～20份、热膨胀型石墨5～15份、磁性铁粉5～15份、环氧树脂30～70份；

10、(2)将壳聚糖加入稀盐酸溶液中，搅拌后溶解，得到壳聚糖溶液；

11、(3)将羟乙基纤维、磁性铁粉、热膨胀型石墨分别加入壳聚糖溶液中，加热至45-55℃，搅拌后得到第一混合溶液；

12、(4)向所述第一混合溶液中加入环氧树脂，继续搅拌得到第二混合溶液；

13、(5)向所述第二混合溶液中加入全氟三丁胺溶液，使混合物温度迅速降低，得到胶囊状产物的悬浮液；

14、(6)对所述悬浮液进行超声波振荡处理，再进行过滤，分离出的微胶囊冷冻干燥后，即制得磁致释放微胶囊。

15、进一步地，步骤(3)中加热方式为恒温水浴加热，搅拌转速为800～1000rpm，搅拌时间为30～35min。

16、进一步地，步骤(4)中搅拌转速为800～1000rpm，搅拌时间为3～3.5h。

17、进一步地，步骤(6)中超声波振荡处理时间为30～35min。

18、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：

19、(1)本发明采用壳聚糖/羟乙基纤维素/热膨胀型石墨/磁性铁粉混合物为囊壁，可以在外加电磁场作用下使铁粉和石墨生热，热膨胀性石墨膨胀而体积增大，从而使囊壁破裂，可有效解决微胶囊壁材不易破裂的难题；同时，相比于以石油树脂/石蜡/聚乙烯蜡/磁性铁粉混合物为壁材的微胶囊，石蜡受热融化后会在裂缝处产生阻滞的情况，本发明中微胶囊壁材因石墨膨胀产生破裂后，只有微胶囊中芯材修复剂流出进入裂缝处，因而更有利于修复过程。

20、(2)壳聚糖的机械性能在与羟乙基纤维素共混后得到显着改善，混合物中羟乙基纤维素含量的增加使材料更具弹性，可有效改善微胶囊壁材的机械性能，提升微胶囊在混凝土制备过程的存留率，有助于提升微胶囊的修复效率；此外，由于壳聚糖具有反应性氨基和羟基基团，还可通过各种修饰以改变微胶囊的功能性，拓展微胶囊的功能及用途。

21、(3)本发明以双酚f型环氧树脂作为囊芯，该树脂具有较低的粘度和较好的流动性，当混凝土裂纹产生时，裂纹处在外加电磁场作用下使微胶囊囊壁破裂，囊芯被释放并可扩散进入微裂缝中，双酚f型环氧树脂芯材，因其粘度低，极易渗透到裂缝中，与水泥基体中的固化剂相遇并发生聚合反应，对裂缝进行填充修复，在较短时间内即可形成交联产物，堵塞和封闭裂缝。

22、(4)本发明制备微胶囊的工艺简单、制备效率高、且成本低。

技术特征：

1.一种水泥混凝土自修复用磁致释放微胶囊，其特征在于，所述微胶囊的囊壁由壳聚糖、羟乙基纤维素、热膨胀型石墨、磁性铁粉复合组成，囊芯为环氧树脂；

2.根据权利要求1所述的一种水泥混凝土自修复用磁致释放微胶囊，其特征在于，所述壳聚糖为低分子量壳聚糖，分子量≤3200da。

3.根据权利要求1所述的一种水泥混凝土自修复用磁致释放微胶囊，其特征在于，所述羟乙基纤维素的分子量为20～144kda。

4.根据权利要求1所述的一种水泥混凝土自修复用磁致释放微胶囊，其特征在于，所述磁性铁粉为40～200目的高纯铁粉、1500目的羰基铁粉或2000目的氧化铁粉。

5.根据权利要求1所述的一种水泥混凝土自修复用磁致释放微胶囊，其特征在于，所述环氧树脂为双酚f型环氧树脂。

6.根据权利要求1所述的一种水泥混凝土自修复用磁致释放微胶囊，其特征在于，所述热膨胀型石墨采用微波辐射法制备。

7.权利要求1至6任一项所述的水泥混凝土自修复用磁致释放微胶囊的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中加热方式为恒温水浴加热，搅拌转速为800～1000rpm，搅拌时间为30～35min。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中搅拌转速为800～1000rpm，搅拌时间为3～3.5h。

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(6)中超声波振荡处理时间为30～35min。

技术总结本发明公开了一种水泥混凝土自修复用磁致释放微胶囊及其制备方法，属于混凝土技术领域。水泥混凝土自修复用磁致释放微胶囊的囊壁由壳聚糖、羟乙基纤维素、热膨胀型石墨、磁性铁粉复合组成，囊芯为环氧树脂。本发明制备的微胶囊可通过外加电磁场使壁材温度升高，石墨产生膨胀进而撑破壁材，释放出内部的环氧树脂，与分散在水泥基体中的固化剂相遇发生固化反应，生成聚合物以修复混凝土中的裂缝。采用本发明制备的微胶囊，可及时修复混凝土中形成的裂缝，延长混凝土构筑物的服役寿命。技术研发人员：李颖,杨明,金圣昔,朱桐溪,刘铠源,余剑英,庄荣华,王健康受保护的技术使用者：湖北先创科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/14