一种生物基灭火微胶囊的制备方法与流程

本发明涉及灭火剂，具体涉及一种生物基灭火微胶囊及其制备方法。

背景技术：

1、火灾是一种常见的灾害，它不仅会造成人员伤亡和财产损失，还会造成严重的环境污染和生态破坏，给人类的生存带来直接的威胁。灭火剂的广泛使用可以有效地预防和控制火灾，保护人们的生命财产安全及减少财产损失。卤代烃类液体是当前常见的绿色环保型灭火剂，这些灭火剂具有明显的特点如效率高、速度快、无污染、不会损坏仪器设备等，在许多重要场合下受到广泛使用。但是，大多数卤代烃灭火剂也存在一些明显的缺点如沸点低、成本高、不宜存储等。如何提高卤代烃类灭火剂的稳定性成为当前的研究热点。将卤代烃灭火剂进行微胶囊化，即以卤代烃灭火剂为芯材及聚合物材料为壁材，制备出灭火剂微胶囊，是一种非常理想的选择，它可以实现卤代烃灭火剂易储存、便于使用。曹元成等公开了一项专利，指出通过三聚氰胺脲醛树脂用于包裹全氟己酮和七氟环戊烷等混合灭火剂，并应用于锂离子电池的灭火，但是该方法制备的灭火剂存在负载率低，灭火效果有限等缺点。专利cn109420281a通过加入一些吸附材料如高分子树脂、纤维、无机填料等用于吸附或溶解卤代烃灭火剂，以降低灭火剂的挥发性，但是，通常这些材料与灭火剂之间的作用力较弱，稳定性明显受到影响，灭火效果有限。专利cn113230577a公开了一种以脲醛树脂为壁材的微胶囊用于包裹卤代烃灭火剂，但是，该微胶囊的合成反应温度需要控制在70℃，明显高于造成灭火剂的沸点(50℃)，造成了灭火剂的损失。上述报道的方法制备而成的微胶囊，存在着芯材负载率低，制备工艺复杂，稳定性差，灭火剂在储存过程中易发生泄漏，对生态环境系统带来潜在的风险。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明以壳聚糖为合成单体，公开了一种生物基灭火微胶囊，该灭火微胶囊具有高稳定性、高气密性等特点，可有效减少灭火剂的泄露，延长灭火微胶囊的使用寿命。此外，该微胶囊的合成工艺具有绿色、环保及价格低廉等特点。

2、本发明为了实用上述目的，所采用的技术方案为：

3、提供一种生物基灭火微胶囊，包括外壳和芯材，所述芯材为卤代烯灭火剂，所述外壳包括内层和外层，内层采用不同分子量的木质素与异氰酸酯化合物反应生成，外层主要是聚氨酯。该生物基灭火微胶囊主要以灭火微胶囊粉末的形式存在，可应用于灭火贴片、阻燃布、防火涂料、锂电池等灭火。其中，该生物基灭火微胶囊的直径在40～400μm可调控，微胶囊芯壁比在1:4～9:1区间可调控进行优选，灭火剂在整个灭火材料中的质量分数为25%～90%。该灭火材料可以常规环境下保持稳定，灭火触发温度通过调控微胶囊壁材、厚度及高分子类型来实现，本发明中采用的复合材料，软化温度在90～150℃，透气性为＜650ml/cm2·h，固化收缩率低于5%，吸水率在5%以内，拉伸强度在9 mpa～90 mpa，微胶囊能在90～150℃或遇明火时软化、破裂、释放灭火剂，实现自动灭火功能。

4、本发明解决上述关键技术问题所采用的技术方案为：制备以卤代烃液体为芯材的生物基灭火微胶囊，对微胶囊进行二次包覆，获得以卤代烃液体为核心成分生物基灭火微胶囊。

5、本发明提供了一种生物基灭火微胶囊，灭火触发温度在90～150℃，包含：

6、囊芯，其包含四氟二溴乙烷、全氟己酮及它们的同系物中的一种或多种混合，

7、壁材，由内到外其包含两层壳体：第一层壳体和第二层壳体分别包含木质素为单体经过聚合的高分子材料和聚氨酯，其中：

8、生物基灭火微胶囊优选的直径尺寸范围内在40～400 μm (如40～150 μm、100～200 μm、150～300 μm、250～400 μm)。生物基灭火微胶囊尺寸分布可以根据需要进行调控。与现有的微胶囊灭火剂相比，本发明选择灭火效果优异的卤代烃液体作为灭火剂，无需吸附剂吸附卤代烃液体，具有负载率高(负载率高达90%),合成工艺绿色，成本低廉，利于产业化。该生物基灭火微胶囊具有高稳定性、高气密性，有效防止卤代烃灭火剂的挥发，且在较宽的温度湿度范围能保持优异的灭火性能。

9、在一些实施方式中，所述步骤(1)中油相与水相的质量比1:5～9，所述液体灭火剂、多异氰酸酯、乳化剂、木质素及多元胺的质量比为1 : 0.6～1.8 : 0.04～0.1 : 0.2～2 : 0.04～0.32，所述水相中乳化剂水溶液的浓度为0.2%～2%。第一层壳体及第二层壳体包含的高分子材料选自木质素、聚氨酯。木质素的分子量一般在1000～20000，优选的木质素分子量在1000～2000之间，高速剪切乳化的速度为500～2000 rpm。该生物基灭火微胶囊的软化点为90～150℃；透气性为＜650 ml/cm2·h，固化收缩率低于5%，吸水率在5%以内，拉伸强度在9 mpa～90 mpa，微胶囊能在90～150℃或遇明火时软化、破裂、释放灭火剂，实现自动灭火功能。

10、其次，本发明提供了一种通过将上述微胶囊干燥而获得的生物基灭火微胶囊粉末。

11、再次，本发明提供了一种生物基灭火微胶囊的制备方法，制备步骤包括：形成囊封卤代烃液体的第一层壳体，得到单层壳体的卤代烃液体微胶囊；在第一层壳体上包覆聚氨酯作为第二层壳体，得到生物基灭火微胶囊。

12、本发明进一步提供了一种通过将上述生物基灭火微胶囊低温干燥而获得的生物基灭火微胶囊粉末。

13、最后，本发明提供了一种生物基灭火微胶囊粉末的用途，可以用在在制备防火和/或灭火产品中；制备防火和/或灭火相关产品中的用途。

14、本发明的生物基灭火微胶囊提供多种优点和益处：

15、（1）. 将生物基灭火微胶囊以微胶囊的形式可以用于制备成各种灭火材料，相较于卤代烃液体灭火剂，不需要专门的储存容器和触发装置，人工喷洒。该微胶囊灭火材料在一定温度或明火的条件下，微胶囊壁破裂，释放卤代烃液体，能实现自动降温灭火；

16、（2）. 采用新型环保及高效的卤代烃液体作为灭火剂，无需其他相关吸附剂辅助吸附卤代烃液体，具有高芯壁比(卤代烃液体与胶囊壳的质量比可达9:1)，壳体具备更高强度和更低的卤代烃液体渗透性，明显地降低了微胶囊在常温下下卤代烃液体的挥发损失，具有具备优异的稳定性及使用寿命；

17、（3）. 该木质素基灭火微胶囊为目前在国内首次报道开发以可降解的木质素为原料合成的产品，来源广泛，价格低廉，工艺简单，绿色环保，对防火、降温、灭火以及预防火灾发生将起到巨大的作用；

18、（4）. 可以制备不同尺寸范围的灭火材料，应用于不同的灭火剂如灭火干粉、灭火贴、灭火涂层等，也可应用于各种产品的要求，如各种电池、电箱、高铁、航空航天、电气设备、消防等。该微胶囊灭火剂灭火后迅速气化，不会对相关设施造成破坏，将火灾灾后损失降低到最低的程度。

技术特征：

1.一种以液体灭火剂为芯材的生物基灭火微胶囊的制备方法，其特征在于：主要包括以下步骤：（1）.水相的制备：将木质素、乳化剂分别溶解在水中，常温下经过高速搅拌，形成均一溶液；（2）.油相的制备：取液体灭火剂，加入异氰酸酯化合物和有机溶剂，经过高速搅拌，形成均一的油相；（3）.乳化：将油相混合物在高速搅拌下，缓慢加入水相溶液中，并在高速搅拌下，将灭火剂充分乳化使之形成均匀的水包油(o/w)乳液；（4）.界面聚合反应：在一定搅拌转速下，将多元胺加入上述乳液进行聚合反应，常温下保温反应一定时间，然后升温并控制一定温度进行反应；（5）.干燥：反应结束，分别用纯化水与乙醇进行洗涤，离心过滤并干燥获得生物基灭火微胶囊。

2.根据权利要求1所述的一种生物基灭火剂，其特征在于，所述液体灭火剂采用四氟二溴乙烷、全氟己酮及它们的同系物中的一种或多种混合。

3.根据权利要求1所述的一种生物基灭火剂，其特征在于，所述壁材，由里到外至少包括两层壳体，分别由通过多异氰酸酯与木质素、多元胺在40～50℃的温度范围内经过界面聚合而成。

4.根据权利要求1所述的一种生物基灭火剂，其特征在于，所述异氰酸酯化合物为甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、丙烷二异氰酸酯、亚苯基二异氰酸酯、萘-1,5-二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯、四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的一种生物基灭火剂，其特征在于，所述木质素为碱化木质素，分子量一般在1000～20000。

6.根据权利要求1所述的一种生物基灭火剂，其特征在于，所述的多元胺分别为乙二胺、己二胺、戊二胺、二乙烯三胺、n,n-二甲基1,3丙二胺中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1中，所述乳化剂为span80、tween20、tween60、sds、sdbs或smas中的一种或几种。

8.根据权利要求6所述的一种聚氨酯/聚脲复合微胶囊灭火剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中有机溶剂为石油醚、乙酸乙酯、环己烷、正己烷中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的一种生物基灭火剂，其特征在于，所述步骤(1)中油相与水相的质量比1:5～9，所述液体灭火剂、多异氰酸酯、乳化剂、木质素及多元胺的质量比为1 :0.6～1.8 : 0.04～0.1 : 0.2～2 : 0.04～0.32，所述水相中乳化剂水溶液的浓度为0.2%～2%。

10.根据权利要求1所述的一种生物基灭火微胶囊的制备方法，其特征在于：混合溶液进行搅拌的温度为20～40℃，搅拌转速为500～2000 rpm，搅拌时间5～30 min；进行界面聚合反应的温度为40～50℃，进行保温反应1～2 h，反应结束后，分别采用乙醇和纯化水进行洗涤三次。

11.根据权利要求1所述的一种生物基灭火微胶囊的制备方法，其特征在于：步骤4中的干燥方法真空减压干燥或冷冻干燥。

技术总结
本发明公开了一种生物基灭火微胶囊的制备方法，所述的微胶囊主要包括壁材和芯材，所述的壁材为生物基复合材料，芯材为液体灭火剂包括四氟二溴乙烷、全氟己酮及它们的同系物，所述的生物基复合材料为木质素与多元胺在40～50°C下进行界面聚合反应，聚合反应温度低于芯材的沸点，确保灭火剂以液体的形式包裹在壁材之内，提高灭火剂的包埋率和稳定性。当灭火剂遇到火焰的时候，微胶囊发生破裂，使得灭火剂释放出来，起到火灾初期主动灭火的功效。本灭火剂发明的生物基灭火微胶囊具有优异的灭火性能和稳定性、气密性，具有绿色、环保、无毒等优点，具有良好的应用前景。

技术研发人员：荆智强
受保护的技术使用者：广东阜基安全技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15