自修复材料制造技术

本文公开一种自修复材料，其包含微胶囊，所述微胶囊包含单体修复剂或低聚修复剂、以及能够催化所述单体修复剂或低聚修复剂的聚合的催化剂。的催化剂。的催化剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】自修复材料


[0001]本专利技术总体上涉及自修复材料(self
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healing material)，以及使所述材料能够自修复的方法。

技术介绍

[0002]自修复材料是具有自动修复自身损伤的能力的物质，而无需任何外部诊断问题或人为干预。通常，材料将由于疲劳、暴露于环境或在使用所述材料的装置的操作期间引起的损坏而随时间降解。已经表明，裂纹和其它类型的损坏导致材料的热、电和声学性质的变化，这可导致材料的最终故障(例如，通过裂纹在材料中的传播)。损坏(例如裂纹)可能难以在早期阶段检测到，并且常规材料通常需要定期检查和修理。相比之下，自修复材料通过引发响应于微损伤的修复机制来对抗降解。
[0003]鉴于上述情况，自修复材料具有很大的商业利益，这是因为与相当的常规材料相比，它们可以提供延长的使用寿命和降低维护成本的可能性。自修复材料预期在建筑环境中具有许多有用的应用，并且预期在碳减排世界中变得越来越重要，这是因为它们使得资源效率能够得到提高。人类对化石燃料和石化原料的依赖需要连接良好和稳健的基础设施。所述基础设施中的任何地方的故障都可能导致重大的环境后果，例如石油溢出或天然气体泄漏。然而，在升高的压力下输送石油和CO2的管道经受强腐蚀性环境，这可导致对管道中使用的材料(一种或多种)的损坏。另外，石油和天然气管道通常位于地下(使它们暴露于来自土壤的腐蚀)或海下(使它们暴露于来自盐水的腐蚀)，并且进入这些位置以检查和修理管道会是具有挑战性的。将自修复机制引入这样的管道中以延长它们的寿命将对工业具有很大益处。
[0004]当前的管道技术使用三层系统，其在某些环境中容易发生故障。管道的金属表面涂覆有环氧类底漆(epoxy primer)，其有助于聚丙烯层和惰性聚丙烯顶涂层(topcoat)的粘附。环氧类底漆和聚丙烯粘合剂层含有可用于自修复的可及官能团(accessible functional groups)。
[0005]一类自修复材料是基于修复剂在聚合物基质内的包封(例如，在微胶囊中)。White等人.,Nature 2001,409,pp.794
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797首次描述了基于胶囊的自修复聚合物复合物。随着裂纹形成并扩展通过聚合物基质，它将使微胶囊破裂，将修复剂释放到裂纹平面中。催化剂分散在整个聚合物基质中，最终修复剂与分散的催化剂接触。这引发固化/聚合，修复裂纹面并恢复机械完整性。
[0006]大多数先前描述的自修复材料是基于使用贵金属催化剂如Grubb催化剂(其基于钌)和铂纳米颗粒的开环复分解聚合(ROMP)。除了非常昂贵之外，Grubb催化剂在基于胶囊的自修复材料将有帮助的环境条件下(例如在用于石油和天然气的管道中)不表现出长期稳定性。因此，贵金属催化剂用于在恶劣环境条件例如石油和天然气的商业运输下操作的自修复材料是不切实际的。
[0007]另一种方法涉及使用双微胶囊，其中修复剂和聚合剂/硬化剂分开包封。然而，硬
化剂的包封工艺相当复杂，并且该方法由于其高复杂性和高成本而在商业上不可行。此外，该方法需要相似数量的修复剂和聚合剂/硬化剂二者的胶囊以破裂和均匀混合。由于对于每种胶囊类型，确保自修复所需的每种胶囊类型的量可以接近30重量％，因此包含两种单独的胶囊类型也会影响材料的性质。最后，在该方法中使用的液体试剂可能不具有用于设计成具有长产品寿命的自修复材料的必要稳定性
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特别是在这些材料将暴露于恶劣环境的情况下。
[0008]鉴于上述情况，仍然需要新的和改进的自修复材料。特别是对于石油和天然气工业中的自修复材料。

技术实现思路

[0009]本专利技术人惊奇地发现，通过提供金属
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有机骨架(MOF)形式的催化剂可以克服上述挑战。MOF由于其稳定性和用于锚定在聚合物基质内的可定制官能度(customisable functionality)而适于引入油管的各种层和其它基于聚合物的材料中。例如，油管的内层通常含有羟基、环氧基、马来酰亚胺和酸酐官能团，其可以用作官能化MOF骨架的锚定点。由于内层暴露于特别苛刻的条件，因此预期自修复材料在这些层的构造中的使用特别有助于确保令人满意的产品寿命。
[0010]因此本专利技术提供以下内容。
[0011]1.一种自修复材料，其包含：
[0012]聚合物基质；
[0013]微胶囊，所述微胶囊包含壳部分和中空核部分，其中所述微胶囊分散在所述聚合物基质内且所述中空核部分填充有单体修复剂或低聚修复剂；和
[0014]金属
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有机骨架催化剂，所述金属
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有机骨架催化剂适于催化所述单体修复剂或低聚修复剂的聚合。
[0015]2.根据第1项所述的自修复材料，其中所述金属
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有机骨架催化剂分散在所述聚合物基质内。
[0016]3.根据第1或2项所述的自修复材料，其中所述微胶囊的壳部分由选自由脲
‑
甲醛、聚砜和聚甲基丙烯酸甲酯组成的组的一种或多种形成。
[0017]4.根据第3项所述的自修复材料，其中所述微胶囊的壳部分由脲
‑
甲醛形成，任选地其中脲
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甲醛为三聚氰胺改性的脲
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甲醛。
[0018]5.根据前述各项中任一项所述的自修复材料，其中所述微胶囊的平均直径为约20μm至约200μm，任选地约50μm至约100μm。
[0019]6.根据前述各项中任一项所述的自修复材料，其中所述微胶囊的壳部分的平均厚度为约100nm至约500nm，任选地约200nm至约400nm，更任选地约250nm至约350nm，例如约300nm。
[0020]7.根据前述各项中任一项所述的自修复材料，其中所述自修复材料包含约10至约30重量％的微胶囊，任选地约12至约25重量％、更任选地约15至约25重量％、例如约20重量％的微胶囊。
[0021]8.根据前述各项中任一项所述的自修复材料，其中所述自修复材料包含约1至约10重量％的金属
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有机骨架催化剂，任选地约3至约8重量％，更任选地约4至约6重量％，例
如约5重量％。
[0022]9.根据第1项所述的自修复材料，其中所述微胶囊的壳部分包含内部部分和外部部分，其中所述外部部分包含金属
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有机骨架催化剂。
[0023]10.根据第9项所述的自修复材料，其中所述内部部分由经聚合的单体修复剂或低聚修复剂形成。
[0024]11.根据第9或10项所述的自修复材料，其中所述外部部分由经聚合的单体修复剂或低聚修复剂形成，或其中所述外部部分由选自由脲
‑
甲醛、聚砜和聚甲基丙烯酸甲酯组成的组的一种或多种形成。
[0025]12.根据第11项所述的自修复材料，其中所述外部部分由经聚合的单体修复剂或低聚修复剂形成。
[0026]13.根据第11项所述的自修复材料，其中所述外部部分由脲
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种自修复材料，其包含：聚合物基质；微胶囊，所述微胶囊包含壳部分和中空核部分，其中所述微胶囊分散在所述聚合物基质内且所述中空核部分填充有单体修复剂或低聚修复剂；和金属
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有机骨架催化剂，所述金属
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有机骨架催化剂适于催化所述单体修复剂或低聚修复剂的聚合。2.根据权利要求1所述的自修复材料，其中所述金属
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有机骨架催化剂分散在所述聚合物基质内。3.根据权利要求1所述的自修复材料，其中所述微胶囊的壳部分由选自由脲
‑
甲醛、聚砜和聚甲基丙烯酸甲酯组成的组的一种或多种形成。4.根据权利要求3所述的自修复材料，其中所述微胶囊的壳部分由脲
‑
甲醛形成，任选地其中所述脲
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甲醛为三聚氰胺改性的脲
‑
甲醛。5.根据权利要求1所述的自修复材料，其中所述微胶囊的平均直径为约20μm至约200μm，任选地约50μm至约100μm。6.根据权利要求1所述的自修复材料，其中所述微胶囊的壳部分的平均厚度为约100nm至约500nm，任选地约200nm至约400nm，更任选地约250nm至约350nm，例如约300nm。7.根据权利要求1所述的自修复材料，其中所述自修复材料包含约10至约30重量％的微胶囊，任选地约12至约25重量％、更任选地约15至约25重量％、例如约20重量％的微胶囊。8.根据权利要求1所述的自修复材料，其中所述自修复材料包含约1至约10重量％的金属
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有机骨架催化剂，任选地约3至约8重量％，更任选地约4至约6重量％，例如约5重量％。9.根据权利要求1所述的自修复材料，其中所述微胶囊的壳部分包含内部部分和外部部分，其中所述外部部分包含所述金属
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有机骨架催化剂。10.根据权利要求9所述的自修复材料，其中所述内部部分由经聚合的单体修复剂或低聚修复剂形成。11.根据权利要求9所述的自修复材料，其中所述外部部分由经聚合的单体修复剂或低聚修复剂形成，或其中所述外部部分由选自由脲
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甲醛、聚砜和聚甲基丙烯酸甲酯组成的组的一种或多种形成。12.根据权利要求11所述的自修复材料，其中所述外部部分由经聚合的单体修复剂或低聚修复剂形成。13.根据权利要求11所述的自修复材料，其中所述外部部分由脲
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甲醛形成，任选地其中所述脲
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甲醛为三聚氰胺改性的脲
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甲醛。14.根据权利要求9所述的自修复材料，其中所述微胶囊的平均直径为约20至约200μm，任选地约50至约100μm。15.根据权利要求9所述的自修复材料，其中所述微胶囊的壳部分的平均厚度为约100nm至约500nm，任选地约200nm至约400nm，更任选地约250nm至约350nm，例如约300nm。16.根据权利要求9所述的自修复材料，其中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：马来西亚国家石油公司，
类型：发明
国别省市：