CN113476777B - 一种绳状温敏微胶囊无压灭火材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种绳状温敏微胶囊无压灭火材料及其制备方法，包括温敏微胶囊无压灭火剂和绳状载体，所述的温敏微胶囊无压灭火剂填充于绳状载体中，所述的绳状载体由玻璃纤维编织而成；所述的温敏微胶囊无压灭火剂包括壁材和芯材，芯材包裹于壁材中，所述的芯材由全氟己酮灭火剂和稳定剂组成，所述壁由温敏材料、氧化剂、固化剂、固化促进剂和燃速调节剂组成。本发明的绳状温敏微胶囊无压灭火材料能够很好地取代现有技术中的压力容器灭火器，有效提高灭火剂使用时的安全性，该新型温敏微胶囊灭火效率高，周边环境达到一定温度时，微胶囊能够迅速释放全氟己酮灭火剂，实现快速灭火的目的。
Description
技术领域
本发明属于灭火材料技术领域，涉及微胶囊灭火材料，具体涉及一种绳状温敏微胶囊无压灭火材料及其制备方法。
背景技术
由于破坏大气臭氧层，哈龙灭火剂在全球范围内被禁止使用，而全氟己酮无毒，对臭氧层无破坏作用，对人体无伤害，是一种绿色的环保灭火剂。全氟己酮在常温下为无色无味透明液体，其蒸发热仅仅是水的1/25，而蒸汽压是水的25倍，这些性质使它易于汽化并以气态存在，它主要依靠吸热达到灭火的效果。现有技术中，罐装全氟己酮灭火器存在压力高、安全隐患多和以及全氟己酮常温下易挥发，这些技术问题限制了全氟己酮的应用。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供了一种绳状温敏微胶囊无压灭火材料及其制备方法，解决现有技术中以全氟己酮为灭火剂的压力容器灭火器尚无其它高效率灭火材料替代的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种绳状温敏微胶囊无压灭火材料，包括温敏微胶囊无压灭火剂和绳状载体，所述的温敏微胶囊无压灭火剂填充于绳状载体中，所述的绳状载体由玻璃纤维编织而成；
所述的温敏微胶囊无压灭火剂包括壁材和芯材，芯材包裹于壁材中，所述的芯材由全氟己酮灭火剂和稳定剂组成，所述壁由温敏材料、氧化剂、固化剂、固化促进剂和燃速调节剂组成。
本发明还具有如下技术特征：
具体的，所述的温敏微胶囊无压灭火剂粒径范围为50～400μm，所述的绳状载体的外径为10～15mm，所述的绳状载体的厚度为0.4～0.6mm。
优选的，所述的绳状载体的外径为13mm，所述的绳状载体的厚度为0.5mm。
具体的，所述的温敏微胶囊无压灭火剂的触发温度为60～120℃。
优选的，所述的温敏微胶囊无压灭火剂的触发温度为115～120℃。
具体的，所述的温敏微胶囊无压灭火剂，以重量份数计，由以下原料组成：芯材为200份，壁材为82～100份；
所述的芯材由以下原料组成：全氟己酮灭火剂为196份，稳定剂为4份；
所述的壁材，以重量份数计，由以下原料组成：温敏材料为18～36份，氧化剂为18～36份，固化剂为16份，固化促进剂为4份、燃速调节剂为8份。
优选的，所述的温敏微胶囊无压灭火剂，以重量份数计，由以下原料组成：芯材为200份，壁材为100份；
所述的芯材由以下原料组成：全氟己酮灭火剂为196份，稳定剂为4份；
所述的壁材，以重量份数计，由以下原料组成：温敏材料为36份，氧化剂为36份，固化剂为16份，固化促进剂为4份、燃速调节剂为8份。
更优选的，所述的稳定剂为改性纳米二氧化硅和六氟环氧丙烷二聚体按照质量比为1：3的混合物。
更优选的，所述的温敏材料为环氧树脂；所述的氧化剂为硝酸钾；所述的固化剂为聚醚氨；所述的固化促进剂为苯甲醇或硫醇；所述的燃速调节剂为氧化铁、碱式铬酸铜或三氧化二铬。
本发明还保护如上所述的绳状温敏微胶囊无压灭火材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一，将全氟己酮、甲基硅烷改性的二氧化硅和六氟环氧丙烷二聚体混合，并采用超声处理20～30min，制得全氟己酮和稳定剂的分散体；
步骤二，配制出氧化剂的溶液，并将温敏材料、燃速调节剂添加至溶液中混合均匀，然后加入步骤一制得的制得全氟己酮和稳定剂的分散体，搅拌，随后添加固化剂和固化促进剂，搅拌，固化，制得固化产物；
步骤三，将步骤二制得的固化产物进行过滤、洗涤和真空干燥后得到温敏微胶囊无压灭火剂；
步骤四，将步骤三得到的温敏微胶囊无压灭火剂填充于绳状载体中，形成绳状结构，制得绳状温敏微胶囊无压灭火材料。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
(Ⅰ)本发明的绳状温敏微胶囊无压灭火材料能够很好地取代现有技术中的压力容器灭火器，有效提高灭火剂使用时的安全性，该新型温敏微胶囊灭火效率高，周边环境达到一定温度时，微胶囊能够迅速释放全氟己酮灭火剂，实现快速灭火的目的。
(Ⅱ)本发明的微胶囊无压灭火有机材料可以取代当前压力容器灭火器，有效提高灭火剂使用时的安全性，同时具有较高应用价值，可广泛应用于变电站、新能源电池包等易发热、热量易聚集的封闭小空间，市场前景广阔。
(Ⅲ)本发明的绳状温敏微胶囊无压灭火材料能够实现无压灭火方法，当绳状温敏微胶囊无压灭火材料在周边环境达到特定温度时，触发绳状载体中的温敏微胶囊，微胶囊融化快速剧烈释放出全氟己酮，起到快速灭火的目的。
(Ⅳ)本发明的绳状温敏微胶囊无压灭火材料包括温敏微胶囊无压灭火剂和绳状载体，温敏微胶囊无压灭火剂填充于绳状载体中，绳状载体由不燃的玻璃纤维编织形成；玻璃纤维能够起到隔热阻燃的作用，同时玻璃纤维间的空隙结构有利于全氟己酮的快速释放。
(Ⅴ)芯材全氟己酮和壁材温敏材料触发后，均通过相变吸热降低温度的作用，另外气化后的全氟己酮在封闭小空间能够起到覆盖窒息的作用。
(Ⅵ)改性纳米二氧化硅和六氟环氧丙烷二聚体作为稳定剂；硝酸钾作为氧化剂，氧化铁作为燃速调节剂；硝酸钾、氧化铁、环氧树脂起到协同作用，可以加速温敏微胶囊芯材的释放；环氧树脂既可作为温敏材料又可作为粘结剂，能够牢固粘结硝酸钾和氧化铁，增加温敏微胶囊灭火材料的强度；此外，聚醚氨用于环氧树脂的固化，苯甲醇、硫醇用于催化环氧树脂的固化。
(Ⅶ)绳状温敏微胶囊无压灭火材料的结构为绳状结构，绳状灭火材料从左到右(从右向左)由上到下“蛇形”均匀布置在保护物体表面，安装简便、使用灵活，能够有效避免出现死角。
以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
本发明中，改性纳米二氧化硅为采用硅烷偶联剂KH-560对二氧化硅改性，制得硅烷偶联剂KH-560改性纳米二氧化硅，具体的改性过程为：称取纳米SiO2，加入20mL甲苯，常温用超声波清洗器超声分散30min，得到均匀悬浮液，再向其中加入硅烷偶联剂KH-560，继续超声3～4min，转移到装有回流冷凝管、增力电动搅拌的100mL四颈烧瓶中，油浴温度中搅拌反应。反应后的浆液用台式高速冷冻离心机以12000r/min的速度常温离心分离，得到改性纳米SiO2。改性纳米SiO2超声分散、离心分离6次。将改性纳米SiO2置于真空干燥箱中，常温干燥8h，得到制备好的改性纳米SiO2白色粉末。
本发明中，环氧树脂的黏度为6000mPa·s
本发明中，聚醚氨D-400：黏度15～30mPa·s。
本发明中，玻璃纤维采用耐碱玻璃纤维。
本发明中，在微胶囊的热重分析中观察到失重曲线上有快速降低的温度被认为是触发温度。
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1：
本实施例给出一种绳状温敏微胶囊无压灭火材料，包括温敏微胶囊无压灭火剂和绳状载体，所述的温敏微胶囊无压灭火剂填充于绳状载体中，所述的绳状载体由玻璃纤维编织而成；
具体的，绳状载体的外径为13mm，绳状载体的厚度为0.5mm。
具体的，温敏微胶囊无压灭火剂包括壁材和芯材，芯材包裹于壁材中，以重量份数计，由以下原料组成：芯材为200份，壁材为100份。
芯材由以下原料组成：全氟己酮灭火剂为196份，稳定剂为4份。稳定剂为改性纳米二氧化硅和六氟环氧丙烷二聚体按照质量比为1：3的混合物。
壁材由以下原料组成：温敏材料为36份，氧化剂为36份，固化剂为16份，固化促进剂为4份、燃速调节剂为8份。
其中，温敏材料为环氧树脂；氧化剂为硝酸钾；固化剂为聚醚氨；固化促进剂为苯甲醇或硫醇；燃速调节剂为氧化铁、碱式铬酸铜或三氧化二铬。
本实施例的绳状温敏微胶囊无压灭火材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
步骤一，将全氟己酮、甲基硅烷改性的二氧化硅和六氟环氧丙烷二聚体混合，并采用超声处理20～30min，制得全氟己酮和稳定剂的分散体；
步骤二，配制出氧化剂的溶液，并将温敏材料、燃速调节剂添加至溶液中混合均匀，然后加入步骤一制得的制得全氟己酮和稳定剂的分散体，在2000r/min的速度下搅拌2h，随后添加固化剂和固化促进剂，搅拌，固化，制得固化产物；
其中，氧化剂的溶液为每36重量份份硝酸钾添加至64重量份的去离子水中，混合均匀形成的硝酸钾溶液。
步骤三，将步骤二制得的固化产物进行过滤、洗涤和真空干燥后得到温敏微胶囊无压灭火剂；
步骤四，将步骤三得到的温敏微胶囊无压灭火剂填充于绳状载体中，形成绳状结构，制得绳状温敏微胶囊无压灭火材料。
经过测试，本实施例的温敏微胶囊无压灭火剂粒径范围为50～400μm。本实施例的绳状温敏微胶囊无压灭火材料的触发温度为115℃。本实施例的绳状温敏微胶囊无压灭火材料的灭火时间为3.30s。
实施例2：
本实施例给出一种绳状温敏微胶囊无压灭火材料，与实施例1的绳状温敏微胶囊无压灭火材料基本相同，本实施例与实施例1的区别仅仅在于本实施例的壁材中的氧化剂硝酸钾的含量不同，从原来的26份降低为18份，以考察氧化铁和硝酸钾的协同作用。
具体的，本实施例中的温敏微胶囊无压灭火剂包括壁材和芯材，芯材包裹于壁材中，以重量份数计，由以下原料组成：芯材为200份，壁材为82份。
具体的，本实施例中的壁材，以重量份数计，由以下原料组成：温敏材料为36份，氧化剂为18份，固化剂为16份，固化促进剂为4份，燃速调节剂为8份。
本实施例的制备方法与实施例1的制备方法基本相同。
经过测试，本实施例的温敏微胶囊无压灭火剂粒径范围为50～400μm。本实施例的绳状温敏微胶囊无压灭火材料的触发温度为115℃。
本实施例的绳状温敏微胶囊无压灭火材料的灭火时间为6.36s。本实施例与实施例1对比可知，灭火时间由3.30s增加至6.36s，这是由于随着硝酸钾比例的增加，能够有效加速燃烧过程，从而加速全氟己酮的挥发。
实施例3：
本实施例给出一种绳状温敏微胶囊无压灭火材料，与实施例1的绳状温敏微胶囊无压灭火材料基本相同，本实施例与实施例1的区别仅仅在于本实施例的壁材中的温敏材料环氧树脂的含量不同，从原来的36份降低为18份，以考察温敏材料含量在微胶囊中的作用。
具体的，本实施例中的温敏微胶囊无压灭火剂包括壁材和芯材，芯材包裹于壁材中，以重量份数计，由以下原料组成：芯材为200份，壁材为82份。
具体的，本实施例中的壁材，以重量份数计，由以下原料组成：温敏材料为18份，氧化剂为36份，固化剂为16份，固化促进剂为4份，燃速调节剂为8份。
本实施例的制备方法与实施例1的制备方法基本相同。
经过测试，本实施例的温敏微胶囊无压灭火剂粒径范围为50～400μm。本实施例的绳状温敏微胶囊无压灭火材料的触发温度为120℃。本实施例的绳状温敏微胶囊无压灭火材料的灭火时间为6.52s。
本实施例与实施例1的对比可以看出，随着温敏材料减少，触发温度增加，灭火时间增加。这可能是由于随着温敏材料在壁材中所占比例的减少，激发相对不敏感，所需触发温度增加。此外，壁材燃烧物含量较少，不利于芯材全氟己酮的释放。
对比例1：
本对比例给出一种绳状温敏微胶囊无压灭火材料，与实施例1的绳状温敏微胶囊无压灭火材料基本相同，本对比例与实施例1的区别仅仅在于本对比例的壁材中不添加燃速调节剂氧化铁，以考察氧化铁对本发明微胶囊燃速的影响。
具体的，本对比例中的温敏微胶囊无压灭火剂包括壁材和芯材，芯材包裹于壁材中，以重量份数计，由以下原料组成：芯材为200份，壁材为92份。
具体的，本对比例中的壁材，以重量份数计，由以下原料组成：温敏材料为36份，氧化剂为36份，固化剂为16份，固化促进剂为4份。
本对比例的制备方法与实施例1的制备方法基本相同。
经过测试，本对比例的温敏微胶囊无压灭火剂粒径范围为50～400μm。本对比例的绳状温敏微胶囊无压灭火材料的触发温度为115℃。本对比例的绳状温敏微胶囊无压灭火材料的灭火时间为10.56s。
实施例1与对比例1相比，灭火时间由10.56s缩短至3.30s，说明氧化铁具有明显加速微胶囊芯材释放的作用。
对比例2：
本对比例给出一种绳状温敏微胶囊无压灭火材料，与实施例1的绳状温敏微胶囊无压灭火材料基本相同，本对比例与实施例1的区别仅仅在于本对比例的壁材中不添加氧化剂硝酸钾，以考察硝酸钾在微胶囊中的作用。
具体的，本对比例中的温敏微胶囊无压灭火剂包括壁材和芯材，芯材包裹于壁材中，以重量份数计，由以下原料组成：芯材为200份，壁材为64份。
具体的，本对比例中的壁材，以重量份数计，由以下原料组成：温敏材料为36份，固化剂为16份，固化促进剂为4份，燃速调节剂为8份。
本对比例的制备方法与实施例1的制备方法基本相同。
经过测试，本对比例的温敏微胶囊无压灭火剂粒径范围为50～400μm。本对比例的绳状温敏微胶囊无压灭火材料的触发温度为115℃。本对比例的绳状温敏微胶囊无压灭火材料的灭火时间为10.25s。
本对比例与实施例2和实施例1的对比可以看出，随着硝酸钾比例的增加，灭火时间呈减少的趋势。这也说明硝酸钾能够有效提高壁材的燃烧速度，加速芯材全氟己酮的释放和挥发。
Claims (7)
1.一种绳状温敏微胶囊无压灭火材料，其特征在于，包括温敏微胶囊无压灭火剂和绳状载体，所述的温敏微胶囊无压灭火剂填充于绳状载体中，所述的绳状载体由玻璃纤维编织而成；
所述的温敏微胶囊无压灭火剂包括壁材和芯材，芯材包裹于壁材中；所述的温敏微胶囊无压灭火剂，以重量份数计，由以下原料组成：芯材为200份，壁材为82～100份；
所述的芯材由以下原料组成：全氟己酮灭火剂为196份，稳定剂为4份；
所述的壁材，以重量份数计，由以下原料组成：温敏材料为18～36份，氧化剂为18～36份，固化剂为16份，固化促进剂为4份，燃速调节剂为8份；
所述的温敏材料为环氧树脂；
所述的氧化剂为硝酸钾；
所述的固化剂为聚醚氨；
所述的固化促进剂为苯甲醇或硫醇；
所述的燃速调节剂为氧化铁、碱式铬酸铜或三氧化二铬；
所述的稳定剂为改性纳米二氧化硅和六氟环氧丙烷二聚体按照质量比为1：3的混合物。
2.如权利要求1所述的绳状温敏微胶囊无压灭火材料，其特征在于，所述的温敏微胶囊无压灭火剂粒径范围为50～400μm，所述的绳状载体的外径为10～15 mm，所述的绳状载体的厚度为0.4～0.6mm。
3.如权利要求2所述的绳状温敏微胶囊无压灭火材料，其特征在于，所述的绳状载体的外径为13mm，所述的绳状载体的厚度为0.5mm。
4.如权利要求1所述的绳状温敏微胶囊无压灭火材料，其特征在于，所述的温敏微胶囊无压灭火剂的触发温度为60～120℃。
5.如权利要求4所述的绳状温敏微胶囊无压灭火材料，其特征在于，所述的温敏微胶囊无压灭火剂的触发温度为115～120℃。
6.如权利要求1所述的绳状温敏微胶囊无压灭火材料，其特征在于，所述的温敏微胶囊无压灭火剂，以重量份数计，由以下原料组成：芯材为200份，壁材为100份；
所述的芯材由以下原料组成：全氟己酮灭火剂为196份，稳定剂为4份；
所述的壁材，以重量份数计，由以下原料组成：温敏材料为36份，氧化剂为36份，固化剂为16份，固化促进剂为4份，燃速调节剂为8份。
7.如权利要求1至6任一项所述的绳状温敏微胶囊无压灭火材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一，将全氟己酮、甲基硅烷改性的二氧化硅和六氟环氧丙烷二聚体混合，并采用超声处理20～30 min，制得全氟己酮和稳定剂的分散体；
步骤二，配制出氧化剂的溶液，并将温敏材料、燃速调节剂添加至溶液中混合均匀，然后加入步骤一制得的制得全氟己酮和稳定剂的分散体，搅拌，随后添加固化剂和固化促进剂，搅拌，固化，制得固化产物；
步骤三，将步骤二制得的固化产物进行过滤、洗涤和真空干燥后得到温敏微胶囊无压灭火剂；
步骤四，将步骤三得到的温敏微胶囊无压灭火剂填充于绳状载体中，形成绳状结构，制得绳状温敏微胶囊无压灭火材料。
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