CN111068233A - 一种以乳清分离蛋白/阴离子多糖为壁材的微胶囊灭火剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微胶囊灭火剂的制备方法，包括以下步骤：(1)分别制备乳清分离蛋白溶液和阴离子多糖溶液；(2)取卤代烷液态灭火剂，加入到上述乳清分离蛋白水溶液中，并加入乳化剂乳化，然后加入阴离子多糖水溶液，形成乳液；(3)将上述乳液中，加酸调节体系pH至乳清分离蛋白等电点以下，搅拌反应，然后将体系温度缓慢降低到5℃以下，加碱调节体系pH至碱性，加入固化剂固化反应，形成湿微胶囊；(4)离心分离，对得到的湿微胶囊干燥，得到固体粉末微胶囊。本发明以乳清分离蛋白和阴离子多糖为壁材包覆易挥发性液态灭火剂，最大限度保留芯材，使得制备的灭火剂微胶囊装载量提高，从而达到较高的灭火效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种微胶囊灭火剂的制备方法，属于灭火剂技术领域。
背景技术
卤代烷液态灭火剂具有灭火效率高、不导电、化学性能稳定以及不污染损害受害物品的优点，是一种用途比较广泛的灭火剂。目前卤代烷液态灭火剂在使用时主要以液体状态存在储存于压力容器瓶中，由于蒸气压较低，喷射时分布性能较差，发挥不了最佳的灭火剂效果，并且附属配件多，体积庞大，喷射需要较高压力，不便于移动和携带。因此，卤代烷液态灭火剂的应用也受到了限制。
通过微胶囊技术，将灭火剂进行微胶囊化形成微胶囊灭火剂已开始应用于灭火领域。其核心是把灭火材料通过物理或化学的方法，将其封装在有机和聚合化学物质制成的微胶囊中，当温度升高或出现火苗时，达到自动启动、快速、高效扑灭火灾的目的。专利CN105833457A涉及一种以甲基膦酸二甲酯与聚磷酸铵为芯材，以聚乙烯醇为壁材的微胶囊灭火剂的制备方法，该微胶囊灭火剂可以用于森林灭火。专利CN102512780A采用磷酸铵盐灭火剂为主要成分，与适当比例的有机钾盐、有机钠盐形成新的阻燃体系，并添加了氯化钾及硅酸钠与脂肪酸美、脂肪酸锌，通过胶囊化进行胶囊硬化处理，制备出微胶囊形态的灭火剂。专利CN106807027A涉及一种将可溶于水的无机碱金属钾盐或有机钾盐的钾盐水溶液包裹在胶囊壳体中的技术，所选用的胶质壳体为二氧化硅、明胶、结冷胶/卡拉胶的一种或几种混合物，通过高速剪切制备出灭火剂微胶囊。
在灭火剂微胶囊化过程中，必须充分考虑芯材和壁材的匹配以及制备工艺的选择。而目前对低沸点的卤代烷液态灭火剂的微胶囊化尚没有解决。
发明内容
发明目的：为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种以乳清分离蛋白和阴离子多糖为壁材，以低沸点的卤代烷液态灭火剂为内芯的灭火剂微胶囊的制备方法，该方法能够实现在低温下对卤代烷液态灭火剂的包覆，减少了低沸点的卤代烷液态灭火剂包覆过程的损失，提高了灭火剂微胶囊装载量，从而达到较高的灭火效率，具有生产成本低和工艺简单的优点。
技术方案：为了达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种微胶囊灭火剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)壁材溶液的制备：分别将乳清分离蛋白和阴离子多糖溶于水中，制备成乳清分离蛋白溶液和阴离子多糖溶液；
(2)乳液的制备：取卤代烷液态灭火剂，加入到上述乳清分离蛋白溶液中，并加入乳化剂在均质搅拌条件下进行乳化，然后加入阴离子多糖水溶液，形成均一乳液；
(3)微胶囊形成：将上述乳液中，加酸调节体系pH至乳清分离蛋白等电点以下，搅拌反应，然后将体系温度缓慢降低到5℃以下，加碱调节体系pH至碱性，加入固化剂固化反应，形成湿微胶囊；
(4)后处理：离心分离，对得到的湿微胶囊干燥，得到固体粉末微胶囊。
作为优选：
步骤(1)中，所述乳清分离蛋白水溶液和阴离子多糖水溶液的浓度分别都为0.5％～4％。
步骤(1)中，所述阴离子多糖选自阿拉伯胶、麦芽糊精、壳聚糖、果胶、琼脂、海藻酸钠和卡拉胶中的任意一种。
步骤(2)中，所述卤代烷液态灭火剂选用二溴甲烷、2-碘-七氟丙烷、1-碘-七氟丙烷、二氟一溴一氯甲烷、二氟二氯乙烷、二氟三氯乙烷、三氟三氯乙烷、四氟二溴乙烷一种或多种；乳化剂为非离子型表面活性剂，具体选用吐温、司盘中一种或几种的复配。
步骤(2)中，芯材与壁材的质量比为1:5～5:1，所述芯材为卤代烷液态灭火剂，所述壁材为乳清分离蛋白和阴离子多糖，所述阴离子多糖水溶液体积与乳清分离蛋白水溶液使用的体积比为4:1～1:5。
步骤(2)中，所述乳化在均质搅拌条件下进行乳化，转速为1000r/min～5000r/min，乳化时间为5～30min。
步骤(3)中，所述乳清分离蛋白的等电点为4.0～4.2，加酸调节体系的pH为3.4～4.2。
步骤(3)中，所述搅拌反应的温度为5～25℃，保持300～800r/min的搅拌速度，反应30～90min。
步骤(3)中，所述加碱调节体系pH至8～10，所选用的固化剂为戊二醛、羧甲基纤维素或谷氨酞胺转氨酶，固化时间2-3h。
步骤(4)中，所述湿微胶囊干燥的方法为冷冻干燥。
本发明以乳清分离蛋白、阴离子多糖为包覆壁材，以卤代烷液态灭火剂为芯材，在低温下通过复合凝聚反应，制备出了平均粒径为5～100μm，装载量为25～60％的灭火剂微胶囊，所制得的灭火剂微胶囊粒在高湿高温环境下稳定性较好、可长期储存、使用安全、清洁环保，具有较好的灭火性能。当在变电箱、电缆通道、控制盘和电信机柜等不易察觉的空间出现着火时，本发明制备的灭火剂微胶囊能够将灭火剂自动释放到火灶区中，起到抑制或熄灭火灾的作用。本发明操作简便，可操作性强，选用的囊材有利于易挥发性卤代烷液态灭火剂的微胶囊化。
有益效果：相对于现有技术，本发明的优点在于：选用的卤代烷液态灭火剂具有灭火效率高、不导电、化学性能稳定以及不污染损害受害物品的优点。选用的乳清分离蛋白适用于易挥发性液态灭火剂的微胶囊化，以乳清分离蛋白和阴离子多糖为壁材包覆易挥发性液态灭火剂，全过程采用低温条件，加大限度的保留了芯材，使得制备的灭火剂微胶囊装载量提高，从而达到较高的灭火效率。
附图说明
图1实施例1制备的灭火剂微胶囊扫描电镜图。
图2实施例2制备的灭火剂微胶囊扫描电镜图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明所述的技术方案给予进一步详细的说明。
实施例1
一种乳清分离蛋白，阴离子多糖包覆低沸点液态灭火剂，制备灭火剂微胶囊方法，包括以下步骤：
(1)壁材溶液的配置：分别配置浓度为2％的乳清分离蛋白水溶液，浓度为2％的阿拉伯胶水溶液；
(2)乳液的制备：量取50ml 2％乳清分离蛋白溶液于三颈烧瓶中，并称取0.24gSpan80与2ml四氟二溴乙烷混合搅拌后缓慢滴加到三颈烧瓶溶液中常温下均质搅拌，转速为3000r/min，乳化时间为18min，继续加入50ml 2％阿拉伯胶溶液，混合搅拌10min，形成稳定均一的乳液。
(3)微胶囊形成：向体系中缓慢滴加10％冰醋酸溶液调节乳液pH至4.0左右，保持500r/min的搅拌速度，在温度为15℃下反应1h。降低体系温度至5℃以下，加入1.5ml固化剂戊二醛、并用10％氢氧化钠溶液调节pH值至9左右，固化反应3h。
(4)干燥等后处理：将湿样离心，用水清洗微胶囊至少3遍，离心后真空冷冻干燥得到固体粉末微胶囊。
实施例2
一种乳清分离蛋白，阴离子多糖包覆低沸点液态灭火剂，制备灭火剂微胶囊方法，包括以下步骤：
(1)壁材溶液的配置：分别配置浓度为2％的乳清分离蛋白水溶液，浓度为2％的卡拉胶水溶液；
(2)乳液的制备：量取50ml 2％乳清分离蛋白溶液于三颈烧瓶中，并称取0.24gspan80与2ml四氟二溴乙烷混合搅拌后缓慢滴加到三颈烧瓶溶液中常温下高速均质搅拌，转速为3000r/min，乳化时间为18min，继续加入50ml 2％卡拉胶溶液，混合搅拌10min，形成稳定的乳液。
(3)微胶囊形成：向体系中缓慢滴加10％冰醋酸溶液调节乳液pH至4.0左右，保持500r/min的搅拌速度，在温度为15℃下反应1h。降低体系温度至5℃以下，加入1.5ml固化剂戊二醛、并用10％氢氧化钠溶液调节pH值至9左右，固化反应3h。
(4)干燥等后处理：将湿样离心，用水清洗微胶囊至少3遍，离心后真空冷冻干燥得到固体粉末微胶囊。
实施例3
一种乳清分离蛋白，阴离子多糖包覆低沸点液态灭火剂，制备灭火剂微胶囊方法，包括以下步骤：
(1)壁材溶液的配置：分别配置浓度为2％的乳清分离蛋白水溶液，浓度为1％的阿拉伯胶水溶液；
(2)乳液的制备：量取50ml 2％乳清分离蛋白溶液于三颈烧瓶中，并称取0.13gspan80与1.5ml三氟三氯乙烷混合搅拌后缓慢滴加到三颈烧瓶溶液中常温下高速均质搅拌，转速为3000r/min，乳化时间为18min，结束后再加入50ml 2％阿拉伯胶溶液，混合搅拌10min，形成稳定的乳液。
(3)微胶囊形成：向体系中缓慢滴加10％冰醋酸溶液调节乳液pH至4.0左右，保持500r/min的搅拌速度，在温度为15℃下反应1h。降低体系温度至5℃以下，加入1.5ml固化剂戊二醛、并用10％氢氧化钠溶液调节pH值至9左右，固化反应3h。
(4)干燥等后处理：将湿样离心，用水清洗微胶囊至少3遍，离心后真空冷冻干燥得到固体粉末微胶囊。
实施例4
与实施例1基本相同，不同之处仅在于如下：
步骤(1)中，所述乳清分离蛋白水溶液和阴离子多糖水溶液的浓度都为0.5％，所述阴离子多糖选自麦芽糊精。
步骤(2)中，所述液态灭火剂选用二氟一溴一氯甲烷；乳化剂选用司盘80，卤代烷液态灭火剂作为芯材，乳清分离蛋白和阴离子多糖作为壁材，芯材与壁材的质量比为1:5，所述阴离子多糖水溶液体积与乳清分离蛋白水溶液使用的体积比为4:1。所述均质搅拌的转速为1000r/min，乳化时间为30min。
步骤(3)中，所述搅拌反应的温度为25℃，保持300r/min的搅拌速度，反应30min。所选用的固化剂为羧甲基纤维素，固化时间2h。
实施例5
与实施例1基本相同，不同之处仅在于如下：
步骤(1)中，所述乳清分离蛋白水溶液和阴离子多糖水溶液的浓度都为4％，所述阴离子多糖选自果胶。
步骤(2)中，所述液态灭火剂选用2-碘-七氟丙烷；乳化剂选用tween20，卤代烷液态灭火剂作为芯材，乳清分离蛋白和阴离子多糖作为壁材，芯材与壁材的质量比为5:1，所述阴离子多糖水溶液体积与乳清分离蛋白水溶液使用的体积比为1:5。所述均质搅拌的转速为5000r/min，乳化时间为5min。
步骤(3)中，所述搅拌反应的温度为5℃，保持800r/min的搅拌速度，反应90min。所选用的固化剂为谷氨酞胺转氨酶，固化时间2.5h。
Claims (10)
1.一种微胶囊灭火剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)壁材溶液的制备：分别将乳清分离蛋白和阴离子多糖溶于水中，制备成乳清分离蛋白溶液和阴离子多糖溶液；
(2)乳液的制备：取卤代烷液态灭火剂，加入到上述乳清分离蛋白水溶液中，并加入乳化剂乳化，然后加入阴离子多糖水溶液，形成乳液；
(3)微胶囊形成：将上述乳液中，加酸调节体系pH至乳清分离蛋白等电点以下，搅拌反应，然后将体系温度缓慢降低到5℃以下，加碱调节体系pH至碱性，加入固化剂固化反应，形成湿微胶囊；
(4)后处理：离心分离，对得到的湿微胶囊干燥，得到固体粉末微胶囊。
2.根据权利要求1所述的微胶囊灭火剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述乳清分离蛋白溶液和阴离子多糖溶液的浓度分别都为0.5％～4％。
3.根据权利要求1所述的微胶囊灭火剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述阴离子多糖选自阿拉伯胶、麦芽糊精、壳聚糖、果胶、琼脂、海藻酸钠和卡拉胶中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的微胶囊灭火剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述卤代烷液态灭火剂选用二溴甲烷、2-碘-七氟丙烷、1-碘-七氟丙烷、二氟一溴一氯甲烷、二氟二氯乙烷、二氟三氯乙烷、三氟三氯乙烷、四氟二溴乙烷一种或多种；乳化剂为非离子型表面活性剂，具体选用吐温、司盘中一种或几种的复配。
5.根据权利要求1所述的微胶囊灭火剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，芯材与壁材的质量比为1:5～5:1，所述芯材为卤代烷液态灭火剂，所述壁材为乳清分离蛋白和阴离子多糖，所述阴离子多糖水溶液体积与乳清分离蛋白水溶液使用的体积比为4:1～1:5。
6.根据权利要求1所述的微胶囊灭火剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述乳化在均质搅拌条件下进行乳化，转速为1000r/min～5000r/min，乳化时间为5～30min。
7.根据权利要求1所述的微胶囊灭火剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述乳清分离蛋白的等电点为4.0～4.2，加酸调节体系的pH为3.4～4.2。
8.根据权利要求1所述的微胶囊灭火剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述搅拌反应的温度为5～25℃，保持300～800r/min的搅拌速度，反应30～90min。
9.根据权利要求1所述的微胶囊灭火剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述加碱调节体系pH至8～10，所选用的固化剂为戊二醛、羧甲基纤维素或谷氨酞胺转氨酶，固化时间2-3h。
10.根据权利要求1所述的微胶囊灭火剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述湿微胶囊干燥的方法为冷冻干燥。
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