CN114917521A

CN114917521A - 一种温度响应型双壳层微胶囊灭火剂及其制备方法

Info

Publication number: CN114917521A
Application number: CN202210537803.5A
Authority: CN
Inventors: 马振叶; 周俊; 姚杨帆
Original assignee: Nanjing Normal University
Current assignee: Nanjing Normal University
Priority date: 2022-05-18
Filing date: 2022-05-18
Publication date: 2022-08-19
Anticipated expiration: 2042-05-18
Also published as: CN114917521B

Abstract

本发明公开了一种温度响应型双壳层微胶囊灭火剂及其制备方法。所述双壳层微胶囊灭火剂包括核体、第一层壳体和第二层壳体，所述第一层壳体包覆在核体外，第二层壳体包覆在第一层壳体外；所述核体为液态灭火剂，选自全氟己酮、七氟环戊烷、溴代三氟丙烯、四氟二溴乙烷、三氟二氯乙烷、二溴甲烷中的一种或几种的混合物；所述第一层壳体由己二胺和癸二酰氯的混合物，或者己二胺和己二酸的混合物制成；所述第二层壳体由环氧树脂ED‑20或者醇酸树脂制成。本发明提供的微胶囊灭火剂能够响应环境温度的变化，达到自动启动，自动灭火的目的。当环境温度达到120‑250℃时，微胶囊外壳破裂，灭火剂才能释放。

Description

一种温度响应型双壳层微胶囊灭火剂及其制备方法

技术领域

本发明属于灭火剂技术领域，具体涉及一种温度响应型双壳层微胶囊灭火剂及其制备方法。

背景技术

在科技相当发达的今天，火灾依然是一种较为常见的紧急灾害。火灾的发生不仅会造成大量的财富损失，夺去人的健康和生命，还会造成环境污染和生态平衡的破坏，间接威胁人类生存。因此，火灾的预防及灭火仍是当代不可忽视的主题。灭火剂的发展和研制可以有效地预防和控制火灾，保护人民的生命安全，减少因火灾造成的财产损失。目前大多数灭火剂在使用时存在所需设备复杂、技术要求严格、喷射压力高以及不便于存储、移动和携带等问题，使用受到限制。

灭火剂进行微囊化形成微胶囊灭火剂是解决普通灭火剂所存在问题的重要手段。专利CN113230577A公开了一种以脲醛树脂为壁材的微胶囊灭火剂制备方法，该方法以三聚氰胺、尿素和甲醛为单体在70℃的条件下反应生成树脂包覆低沸点灭火剂；不足之处为反应温度高于灭火剂的沸点，会造成芯材的损失。专利RU2899168A公开了一种双层包覆卤代烃灭火剂的微胶囊制备方法，以明胶改性氨基树脂复合材料为第一层囊壁，以丙烯酸酯聚合物为第二层囊壁，第一层囊壁和第二层囊壁之间通过明胶与丙烯酸酯接枝共聚形成接枝过渡区；该方法所制备的微胶囊虽然内核可以灭火，但壳层不具备阻燃功能。专利RU2015133303A公开了一种灭火剂制备方法，以明胶为第一层壳，间苯二酚和甲醛为第二层壳，该方法所制备的微胶囊具有灭火效果，但所用壳层材料对环境不友好，遇高温会产生有害气体。

因此，开发出一种具备阻燃和灭火双重功能的环保型高效微胶囊灭火剂，将火灾消灭于未成之时具有重要意义。

发明内容

针对

反应温度高于芯材沸点导致灭火剂挥发而损失；

微胶囊的内核可以灭火，但壳材不具备阻燃功能；

封装材料不环保，受热产生对环境有害物质，这三方面的技术问题，本发明提供了一种温度响应型双壳层微胶囊灭火剂及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种双壳层微胶囊灭火剂，包括核体、第一层壳体和第二层壳体，所述第一层壳体包覆在核体外，第二层壳体包覆在第一层壳体外；

所述核体为液态灭火剂，选自全氟己酮、七氟环戊烷、溴代三氟丙烯、四氟二溴乙烷、三氟二氯乙烷、二溴甲烷中的一种或几种的混合物；

所述第一层壳体由己二胺和癸二酰氯，或者己二胺和己二酸制成；

所述第二层壳体由环氧树脂ED-20或者醇酸树脂制成。

上述双壳层微胶囊灭火剂的制备方法，包括以下步骤：

(1) 壁材溶液的配制：将第一层壳体加入去离子水中水，得到水溶液；用稀释剂稀释第二层壳体得到树脂溶液；

(2) 乳化：取液态灭火剂加入到第一层壳体的水溶液中，再加入乳化剂进行高速搅拌，形成稳定乳液；

(3) 第一层壳体的形成：往上述乳液中加酸性物质调节溶液pH至3~6，在800r/min下，缓慢将体系温度升至30℃，反应1h得到单层微胶囊灭火剂；

(4) 第二层壳体的形成：将上述单层微胶囊灭火剂过滤后加入到树脂溶液中，搅拌混合均匀，将体系温度降至20℃，加入固化剂进行固化反应，形成双壳层微胶囊；

(5) 干燥：将上述双壳层微胶囊过滤，进行冷冻干燥，得到固体微胶囊粉末。

作为优选：

步骤（1）中，己二胺的水溶液、癸二酰氯的水溶液和己二酸的水溶液，质量浓度都为2%~5%。

步骤（1）中，所述稀释剂选自多缩水甘油醚、环氧丙烷丁基醚、环氧丙烷苯基醚、二环氧丙烷乙基醚或三环氧丙烷丙基醚。

步骤（1）中，稀释剂与第二层壳体的体积比为4~8:1。

步骤（2）中，所述的液态灭火剂与第一层壳体的质量比为1~4:1。

步骤（2）中，所述乳化剂选自烷基酚聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠、聚乙烯醇、聚苯乙烯-马来酸酐共聚物、Span80、Tween20中一种或几种的混合物，其用量为液体灭火剂体积的3%~8%。

步骤（2）中，高速搅拌的速度为4000~8000r/min。

步骤（3）中，所述酸性物质为碳酸、醋酸、邻苯二甲酸氢钾、盐酸或硫酸，其浓度为10%。

步骤（4）中，所述固化剂为乙二胺、戊二醛、多乙烯多胺、二甲基丙胺或双氰胺，其用量为环氧树脂质量的5%~8%。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明的微胶囊灭火剂，选择己二胺和癸二酰氯（或者己二胺和己二酸）作为反应单体生成第一层壳体，该壳体具有良好的阻燃效果，且热稳定性良好，在高温下分解不产生有毒有害物质，属于环境友好型封装材料。而且己二胺和癸二酰氯（或者己二胺和己二酸）在两相界面上反应的速度很快，反应速率常数达到10²-10⁶dm³/(mol·s)，二者在常温下就能反应，能极大地避免易挥发灭火芯材的损失，从而提高包封率。

本发明的微胶囊灭火剂，采用双层壳包覆灭火剂可以有效提高壳层致密性，增加微胶囊的机械强度，使得微胶囊灭火剂能够长期储存。并且第二层壳环氧树脂ED-20（或者醇酸树脂）也属于环保材料，成膜性好。在微胶囊没有干燥情况下，可以利用环氧树脂粘性大的特点，直接将湿样微胶囊涂覆在需要防患火灾发生的场所，不需要添加其他粘结剂组分。

本发明提供的微胶囊灭火剂能够响应环境温度的变化，达到自动启动，自动灭火的目的。当环境温度达到120-250℃时，微胶囊外壳破裂，灭火剂才能释放。

本发明提供的微胶囊灭火剂经过灭火性能测试，可在8-10s有效扑灭明火且不再复燃，灭火效率较高。

本发明提供的微胶囊灭火剂能够根据实际需求，可做成贴片、涂料等产品，应用在机房、变电箱和电池上，使用起来小巧灵活，十分方便。

附图说明

图1为实施例1制备的乳液光学显微镜图。

图2为实施例1制备的灭火剂微胶囊光学显微镜图。

图3为实施例1制备的灭火剂微胶囊热重图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。实施例中未注明具体条件的实验方法及未说明配方的试剂均为按照本领域常规条件。

实施例1

一种温度响应型双壳层微胶囊灭火剂的制备方法，步骤如下：

(1) 壁材溶液的配制：分别取一定量的己二胺和癸二酰氯配制成质量浓度为3%的己二胺溶液和癸二酰氯溶液各30mL；取2mL的环氧丙烷丁基醚稀释环氧树脂ED-20 0.5mL，得到环氧树脂ED-20溶液。

(2) 乳化：取5mL的全氟己酮加入到己二胺溶液和癸二酰氯溶液的混合溶液中，加入0.18mL烷基酚聚氧乙烯醚，在6000r/min的转速下乳化10min，得到均一乳液。

(3) 第一层壳体的形成：向上述乳液中加入10%的邻苯二甲酸氢钾溶液调节pH至4.0，将体系温度缓慢升至30℃，在2000r/min的转速下反应1h得到第一层壳包覆的微胶囊灭火剂。

(4) 第二层壳体的形成：将上述微胶囊过滤，加入到稀释后的环氧树脂ED-20溶液中，保持体系温度为20℃，转速为800r/min，微胶囊与树脂混合均匀后，加入固化剂乙二胺，固化30min，得到以全氟己酮为芯材的双层壳微胶囊灭火剂。

(5) 干燥：将上述微胶囊过滤，进行冷冻干燥，得到固体微胶囊粉末。

由图1的乳液光学显微镜图知，制备过程中所选用的乳化剂能够很好地乳化灭火剂芯材，使得灭火剂小液滴均匀分散在水相中。

由图2的灭火剂微胶囊光学显微镜图知，所制备的微胶囊灭火剂的形貌呈规则球形，粒径在4~10um。

由图3的灭火剂微胶囊热重图知，所制备的微胶囊灭火剂的灭火剂释放温度在300℃左右。

实施例2

(1) 壁材溶液的配制：分别取一定量的己二胺和己二酸配制成质量浓度为2%的己二胺溶液和己二酸溶液各30mL；取4mL的三环氧丙烷丙基醚醚稀释环氧树脂ED-20 0.5mL，得到环氧树脂ED-20溶液。

(2) 乳化：取5mL的溴代三氟丙烯加入到己二胺溶液和癸二酰氯溶液的混合溶液中，加入0.2g十二烷基硫酸钠，在8000r/min的转速下乳化10min，得到均一乳液。

(3) 第一层壳体的形成：向上述乳液中加入10%的醋酸溶液调节pH至4.0，将体系温度缓慢升至30℃，在3000r/min的转速下反应1h得到第一层壳包覆的微胶囊灭火剂。

(4) 第二层壳体的形成：将上述微胶囊过滤，加入到稀释后的环氧树脂ED-20溶液中，保持体系温度为20℃，转速为800r/min，微胶囊与树脂混合均匀后，加入固化剂戊二醛，固化30min，得到以溴代三氟丙烯为芯材的双层壳微胶囊灭火剂。

实施例3

与实施例1基本相同，不同之处在于：

步骤(1)中，所述己二胺溶液和癸二酰氯溶液的质量浓度为5%，稀释剂环氧丙烷丁基醚的用量为3mL。

步骤(2)中，所述灭火剂为四氟二溴乙烷，乳化剂的用量为0.3g，乳化时间为30min。

步骤(3)中，所述体系pH为5，反应时间为2h。

实施例4

与实施例1基本相同，不同之处在于：

步骤(2)中，所述灭火剂为全氟己酮与四氟二溴乙烷的混合物，其混合比例为1:1，所述乳化剂为Span80和Tween20的复配，二者复配的比例为4:1。

步骤(4)中，所述固化剂为多乙烯多胺，固化时间为1h。

实施例5

与实施例2基本相同，不同之处在于：

步骤(1)中，所述己二胺溶液和己二酸溶液的质量浓度为2%，所述的树脂为醇酸树脂，所述稀释剂为多缩水甘油醚。

步骤(2)中，所述灭火剂为七氟环戊烷，乳化剂为聚乙烯醇，乳化时间为20min。

步骤(4)中，所述固化剂为甲基丙胺，固化温度为5~10℃，固化时间为1h。

Claims

1.一种双壳层微胶囊灭火剂，其特征在于：包括核体、第一层壳体和第二层壳体，所述第一层壳体包覆在核体外，第二层壳体包覆在第一层壳体外；

所述第一层壳体由己二胺和癸二酰氯的混合物，或者己二胺和己二酸的混合物制成；

所述第二层壳体由环氧树脂ED-20或者醇酸树脂制成。

2.权利要求1所述的双壳层微胶囊灭火剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1) 壁材溶液的配制：将第一层壳体加入去离子水中，得到水溶液；用稀释剂稀释第二次壳体得到树脂溶液；

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，己二胺的水溶液、癸二酰氯的水溶液和己二酸的水溶液，质量浓度均为2%~5%。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述稀释剂选自多缩水甘油醚、环氧丙烷丁基醚、环氧丙烷苯基醚、二环氧丙烷乙基醚或三环氧丙烷丙基醚；稀释剂与环氧树脂的体积比为4~8:1。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述的液态灭火剂与第一层壳体的质量比为1~4:1。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述乳化剂选自烷基酚聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠、聚乙烯醇、聚苯乙烯-马来酸酐共聚物、Span80、Tween20中一种或几种的混合物，其用量为液体灭火剂体积的3%~8%。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，高速搅拌的速度为4000~8000r/min。

8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述酸性物质为碳酸、醋酸、邻苯二甲酸氢钾、盐酸或硫酸，其质量浓度为10%。

9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，所述固化剂为乙二胺、戊二醛、多乙烯多胺、二甲基丙胺或双氰胺，其用量为环氧树脂质量的5%~8%。