用于自修復涂料微膠囊、制備及應用的制作方法
【專利摘要】用于自修復涂料微膠囊、制備及應用，屬于涂料【技術(shù)領域】。本發(fā)明中的微膠囊是以尿素、甲醛作為囊壁成分，以氟碳樹脂和環(huán)氧樹脂混合為囊芯成分，可得到粒徑范圍在300um—400um的微膠囊，制備的微膠囊與水性氟碳涂料混合用于涂層的修復。
【專利說明】用于自修復涂料微膠囊、制備及應用
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于水性自修復氟碳涂料的微膠囊、制備及應用，屬于涂料【技術(shù)領域】。
【背景技術(shù)】
[0002]自修復技術(shù)是模仿生物結(jié)構(gòu)的特性，實現(xiàn)材料在沒有外界參與的條件下進行自我愈合，這是一個較新的領域，涂層的自修復技術(shù)，受生物體損傷后自我愈合能力的啟發(fā)，在聚合物材料產(chǎn)生裂紋的情況下，通過埋置于材料內(nèi)部的微膠囊所包覆化學物質(zhì)的釋放，能及時自動修復受損的涂層表面，保持其表面美觀與光澤，延長材料使用壽命，降低維護成本。
[0003]目前，水性涂料已成氣候，尤其是以水性涂料為主的建筑涂料已在我國涂料總量中占到約38%，并逐年上漲。而水性氟碳樹脂耐候性等較好，它較多應用于裝飾涂料，但價格昂貴，若是在涂層損壞后多次涂刷修復則會增加經(jīng)濟成本，為了降低修復成本，延長裝飾涂料的使用壽命，于是我們想到研究一種水性自修復涂料，用于水性氟碳樹脂的修復，從而達到節(jié)約成本的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的提供一種水性氟碳涂料的自修復用微膠囊及制備。
[0005]一種水性氟碳涂料的自修復用微膠囊，其特征在于，自修復微膠囊的囊芯質(zhì)量組成:乳化劑0.35-0.5wt%、環(huán)氧樹脂和氟碳樹脂混合物31~45.2wt%，環(huán)氧樹脂和氟碳樹脂的質(zhì)量之比為I~1.5:1，調(diào)節(jié)囊芯粘度在2000~3000mpa.s之間；囊壁為:尿素和37%的甲醛溶液按物質(zhì)的量之比為0.17~0.5:1的比例制備的脲醛樹脂，囊壁原材料材料和囊芯材料質(zhì)量比為0.75~1.5:1 ;微膠囊粒徑`為0.4~0.7mm，優(yōu)選0.5mm。
[0006]本發(fā)明一種水性氟碳涂料的自修復用微膠囊的制備方法，采用原位聚合兩步法制備聚脲甲醛樹脂包覆環(huán)氧樹脂和氟碳樹脂微膠囊，主要控制攪拌速度和各組分占體系含量百分比，具體包括以下步驟:
[0007](I)脲醛樹脂預聚體的制備:首先將尿素和37wt%的甲醛溶液按物質(zhì)的量之比為(0.17—0.5):1的比例混合均勻，待尿素全部溶解后，用三乙醇胺調(diào)節(jié)溶液pH=8.5~9.5，加熱溶液至70°C反應lh，制備透明粘稠的脲醛樹脂預聚體，冷卻后用稀鹽酸調(diào)解體系pH=7待用；
[0008](2)制備囊芯:將去離子水和乳化劑混合均勻，然后向其中加入一定量的環(huán)氧樹脂和氟碳樹脂，攪拌待水包油型乳化劑分散穩(wěn)定，各組分質(zhì)量百分比分別占整個囊芯體系為:乳化劑0.35-0.5wt%、環(huán)氧樹脂和氟碳樹脂混合物31—45.2wt%，余量為去離子水，充分攪拌0.5h，得到水包油型乳化體系，備用；
[0009]其中，環(huán)氧樹脂和氟碳樹脂的質(zhì)量之比為1-1.5:1，調(diào)節(jié)粘度在2000~3000mpa.s之間。[0010]所述的乳化劑濃度為十二烷基苯磺酸鈉，加入時采用0.5—1.0g/Ι的水溶液形式。
[0011](3)將步驟(1)中制備的脲醛樹脂預聚體和步驟(2)中制備的囊芯材料按質(zhì)量比為(0.75—1.5):1的比例混合，加入間苯二酚和氯化銨，其中間苯二酚和氯化銨的加入量分別為與去離子水的質(zhì)量比為(IO— 15 ): 3，鹽酸調(diào)至PH為3.5 — 4.0，在60— 70°C的恒溫水浴鍋中反應2~3h，待反應結(jié)束后，將燒瓶中的液體過濾、洗滌、干燥得微膠囊。
[0012]步驟(2)和(3)中控制攪拌速度300—600r/min，以獲得粒徑范圍在300um —400um的微膠囊。粒徑過小微膠囊囊芯含量較少，不能達到因裂紋產(chǎn)生而使囊芯流出進而修復涂料表面；而微膠囊的尺寸過大不能與涂料混合形成涂層，故在該發(fā)明的條件下，攪拌速度應該控制在 300— 600r/min。
[0013]本發(fā)明制備的微膠囊可以用于自修復水性氟碳涂料體系，微膠囊與水性氟碳樹脂混合后制備涂層，當涂層產(chǎn)生微裂紋時，微膠囊破壞，囊芯流出可以自動修復涂層，延長涂層使用壽命。微膠囊與水性氟碳樹脂混合后微膠囊的含量為18 — 30wt%。
[0014]本發(fā)明制備的微膠囊的壁厚在50 — lOOum，當微裂紋寬度在200_300um時修復效
果最佳。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步說明，但本發(fā)明并不限于以下是實施例。
[0016]實施例1
[0017](I)將尿素與37%的甲醛溶液按照物質(zhì)的量之比為0.25:1充分混合并攪拌，待尿素溶解完畢后，用三乙醇胺調(diào)節(jié)溶液pH=8.5，在70°C下反應，Ih后得到粘稠透明的脲醛樹脂預聚體，冷卻后用稀鹽Ife調(diào)解體系pH`=7待用。
[0018](2)分別向四口燒瓶中加入去離子水、十二烷基苯磺酸鈉、環(huán)氧樹脂、氟碳樹脂，在攪拌速度為300r/min下攪拌0.5h得到水包油型乳化液。乳化劑水溶液按照濃度按照0.75g/l配比，環(huán)氧樹脂與氟碳樹脂按照質(zhì)量比為1:1配比。環(huán)氧樹脂和氟碳樹脂混合物占整個體系質(zhì)量百分比為32%。
[0019](3)將(I)中得到的預聚體與(2)中的乳化液混合，攪拌均勻，加入間苯二酚和氯化銨，按照與去離子水的質(zhì)量比為10:3添加，此時加入鹽酸調(diào)節(jié)PH至3.5，在60°C的水浴鍋中恒溫反應3h，使膠囊固化。待反應完全后，過濾、洗滌、干燥即得到微膠囊。
[0020]實施例2
[0021](I)將尿素與37%的甲醛溶液按照物質(zhì)的量之比為0.17:1充分混合并攪拌，開動機械攪拌裝置，待尿素溶解完畢后，用三乙醇胺調(diào)節(jié)溶液pH=9，在70°C下反應，Ih后得到粘稠透明的脲醛樹脂預聚體，冷卻后用稀鹽酸調(diào)解體系pH=7待用。
[0022](2)分別向四口燒瓶中加入去離子水、十二烷基苯磺酸鈉、環(huán)氧樹脂、氟碳樹脂，在攪拌速度為300r/min下攪拌0.5h得到水包油型乳化液。乳化劑水溶液按照濃度按照0.85g/l配比，環(huán)氧樹脂與氟碳樹脂按照質(zhì)量比為1.2:1配比。環(huán)氧樹脂和氟碳樹脂混合物占整個體系質(zhì)量百分比為37%。
[0023](3)將(I)中得到的預聚體與(2)中的乳化液混合，攪拌均勻，加入間苯二酚和氯化銨，按照與去離子水的質(zhì)量比為12:3添加，此時加入鹽酸調(diào)節(jié)PH至3.5，在60°C的水浴鍋中恒溫反應3h，使膠囊固化。待反應完全后，過濾、洗滌、干燥即得到微膠囊。
[0024]實施例3
[0025](I)將尿素與37%的甲醛溶液按照物質(zhì)的量之比為0.19:1充分混合并攪拌，開動機械攪拌裝置，待尿素溶解完畢后，用三乙醇胺調(diào)節(jié)溶液pH=9.5，在70°C下反應，Ih后得到粘稠透明的脲醛樹脂預聚體，冷卻后用稀鹽酸調(diào)解體系PH=7待用。
[0026](2)分別向四口燒瓶中加入去離子水、十二烷基苯磺酸鈉、環(huán)氧樹脂、氟碳樹脂，在攪拌速度為300r/min下攪拌0.5h得到水包油型乳化液。乳化劑水溶液按照濃度按照
0.90g/l配比，環(huán)氧樹脂與氟碳樹脂按照質(zhì)量比為1.5:1配比。環(huán)氧樹脂和氟碳樹脂混合物占整個體系質(zhì)量百分比為40%。
[0027](3)將(I)中得到的預聚體與(2)中的乳化液混合，攪拌均勻，加入間苯二酚和氯化銨，按照與去離子水的質(zhì)量比為15:3添加，此時加入鹽酸調(diào)節(jié)PH至3.5，在60°C的水浴鍋中恒溫反應3h，使膠囊固化。待反應完全后，過濾、洗滌、干燥即得到微膠囊。
[0028]把上述實施例1、2、3制備好的微膠囊與水性氟碳涂料按摻量比為18—30%的配比制備成自修復水性氟碳涂料，其中微膠囊粒徑在300—400um，制備成涂層，當涂層產(chǎn)生微裂紋時，裂紋附近微膠囊破壞，囊芯流出可以自動修復涂層，延長涂層使用壽命，當微裂紋寬度在200-300um時修復效 果最佳。
【權(quán)利要求】
1.一種水性氟碳涂料的自修復用微膠囊，其特征在于，自修復微膠囊的囊芯質(zhì)量組成:乳化劑0.35-0.5wt%、環(huán)氧樹脂和氟碳樹脂混合物31~45.2wt%,環(huán)氧樹脂和氟碳樹脂的質(zhì)量之比為I~1.5:1，調(diào)節(jié)囊芯粘度在2000~3000mpa.s之間；囊壁為:尿素和37%的甲醛溶液按物質(zhì)的量之比為0.17~0.5:1的比例制備的脲醛樹脂，囊壁原材料材料和囊芯材料質(zhì)量比為0.75~1.5:1 ;微膠囊粒徑為0.4~0.7mm。
2.按照權(quán)利要求1的一種水性氟碳涂料的自修復用微膠囊，其特征在于，微膠囊粒徑0.5mmο
3.—種水性氟碳涂料的自修復用微膠囊的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (O脲醛樹脂預聚體的制備:首先將尿素和37被％的甲醛溶液按物質(zhì)的量之比為(0.17—0.5):1的比例混合均勻，待尿素全部溶解后，用三乙醇胺調(diào)節(jié)溶液pH=8.5~9.5，加熱溶液至70°C反應lh，制備透明粘稠的脲醛樹脂預聚體，冷卻后用稀鹽酸調(diào)解體系pH=7待用； (2)制備囊芯:將去離子水和乳化劑混合均勻，然后向其中加入一定量的環(huán)氧樹脂和氟碳樹脂，攪拌待水包油型乳化劑分散穩(wěn)定，各組分質(zhì)量百分比分別占整個囊芯體系為:乳化劑0.35-0.5wt%、環(huán)氧樹脂和氟碳樹脂混合物31—45.2wt%，余量為去離子水，充分攪拌0.5h，得到水包油型乳化體系，備用； 其中，環(huán)氧樹脂和氟碳樹脂的質(zhì)量之比為1-1.5:1 ； 所述的乳化劑為十二烷基苯磺酸鈉； (3)將步驟(1)中制備的脲醛樹脂預聚體和步驟(2)中制備的囊芯材料按質(zhì)量比為(0.75—1.5):1的比例混合，加入間苯`二酚和氯化銨，其中間苯二酚和氯化銨的加入量分別為與去離子水的質(zhì)量比為(IO— 15 ): 3，鹽酸調(diào)至PH為3.5— 4.0，在60— 70°C的恒溫水浴鍋中反應2~3h，待反應結(jié)束后，將燒瓶中的液體過濾、洗滌、干燥得微膠囊。
4.按照權(quán)利要求3的方法，其特征在于，步驟(2)和(3)中控制攪拌速度300—600r/min,以獲得粒徑范圍在300um—400um的微膠囊。
5.按照權(quán)利要求3的方法，其特征在于，環(huán)氧樹脂和氟碳樹脂的混合物調(diào)節(jié)粘度在2000 ~3000mpa.s 之間。
6.按照權(quán)利要求3的方法，其特征在于，十二烷基苯磺酸鈉加入時采用0.5—1.0g/Ι的水溶液形式。
7.權(quán)利要求1的微膠囊與水性氟碳樹脂混合后制備自恢復性涂料，其中微膠囊的含量為 18—30wt%。
【文檔編號】B01J13/18GK103881465SQ201410101557
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】毛倩瑾, 王蕊, 呂秋瑞, 王亞麗, 王子明, 崔素萍, 蘭明章 申請人:北京工業(yè)大學