一种纳米胶囊灭火材料及其制备方法与流程

本发明涉及灭火材料，主要涉及灭火材料及其制备方法，具体为一种纳米胶囊灭火材料及其制备方法。

背景技术：

1、火灾是人们日常生活的灾害之一，如不及时扑灭，容易对人们的生命及财产造成严重损失。理论上，所有的火灾都是可以被扑灭的，重点在于火情初发时及时扑灭火源，这是决定人员和财产损失的关键控制因素。扑灭火源的的灭火介质多种多样，常用的灭火介质如水、干冰等。

2、微胶囊是通过一定的物理或化学方法用高分子材料将敏感或易挥发的小液滴、固体小颗粒包覆形成的微小囊状物，包覆在胶囊内部的固体或液体物质称作芯材或核层，由高分子材料形成的包覆膜称作壁材或囊壁。微胶囊的主要功能概括为以下四个方面：(1)改变芯材的物理性质：微胶囊可以改变芯材的溶解性或挥发性。(2)提高芯材的稳定性：对ph、光、热、湿度、温度、氧气或其它物质等敏感的芯材微胶囊化后，可以避免其受敏感因素的影响而发生不良反应，因此可以提高芯材的稳定性；(3)控制芯材的释放：被包埋的芯材能够在一定条件下释放，并且芯材的释放过程既可以是在一定条件下瞬时释放，也可以是在不同条件下缓释，因此能够最大限度地发挥芯材原有功效。(4)隔离组分：微胶囊化后的芯材能够隔离组分，阻止芯材混合组分中各成分的不良干扰。微胶囊灭火剂作为新兴的灭火介质，近些年来，逐渐在消防领域被广泛应用。现有技术中微胶囊式主动灭火剂通常以高分子树脂为壳体，在内部包封卤烃类灭火物质(如俄罗斯专利ru90994，中国专利cn103370104a等)，所述微胶囊芯材卤烃类灭火物质不仅成本高昂，且对环境和人体有不同程度毒害。

3、全氟己酮作为重要的哈龙灭火剂替代品，是氟化酮类的化合物，近年来由于其良好的灭火能力和不会对臭氧层造成破坏的特性而备受关注。但全氟碳化合物的沸点非常低，全氟己酮的沸点是49℃，易快速气化挥发，难以储存与应用。并且全氟碳化合物和碳氢化合物的溶剂体系中存在着较大的可混合性断层，即碳氢液体与氟碳液体在室温下不相溶，这也极大的增加了将全氟己酮制作成灭火材料的难度。

技术实现思路

1、针对上述问题，为解决现有技术中微胶囊灭火剂存在成本高、不环保，以及全氟己酮难以固化装载、装载量小、难以制成灭火材料、灭火时不易形成火源覆盖的问题，本发明提供了一种灭火纳米胶囊材料，灭火微胶囊核材料包括芯材以及外壳层；芯材包覆在外壳层内；芯材为含氟类灭火剂；外壳层材料为改性壳聚糖，具体操作步骤如下：

2、s1、乳化剂的制备：分别配置质量分数为12～21％的明胶ge溶液和15～26％的阿拉伯胶ga溶液；

3、s2、sc/ce-oh改性壳聚糖的制备：将3～5g的钪盐，2～4g的铈盐加入到90～130ml的去离子水中，搅拌3～5min后，加入5～8g的壳聚糖，超声处理10min后，加入3～5g的可溶性金属氢氧化物，搅拌均匀后，放入微波反应釜中，待微波反应温度升至108～125℃后保持该温度微波处理3～5min，待反应釜冷却后，用去离子水多次洗涤，然后进行离心干燥即可获得sc/ce-oh改性的壳聚糖，然后将其配制成质量为40％的sc/ce-oh改性壳聚糖溶液；

4、s3、量取步骤s1制备的的明胶ge溶液35～45ml，步骤s1制备的改性阿拉伯胶ga溶液50～80ml和40～0ml芯材溶液于三颈烧瓶中混合均匀；

5、s4、将s3制备的混合溶液通过喷淋口为3～4mm，喷淋速度为0.3～0.6l/h的喷淋装置喷洒到步骤s2制备的质量为40％的sc/ce-oh改性壳聚糖溶液中，室温下乳化10～25min形成稳定的乳液；

6、s5、向步骤s4制备的乳液中缓慢滴加酸溶液或碱溶液调节体系ph值＝6～8，ph值稳定后将体系温度升至80～90℃，加入40～50ml浓度为5％的固化剂，固化反应1～2h后得到纳米胶囊悬浊液；

7、s6、将纳米胶囊悬浊液离心，清洗、离心、干燥得到颗粒大小为50～200nm的纳米胶囊灭火材料。

8、优选地：所述sc/ce-oh改性壳聚糖由质量比例为5～8：3～5：2～4：3～5的壳聚糖以及可溶性的钪盐、铈盐、金属氢氧化物。

9、优选地：所述芯材为灭火剂和冷却剂的混合溶液，所述灭火剂包括全氟己酮和四氟二溴乙烷，所述冷却剂包括全氟三乙胺和二氟三氯乙烷；所述混合溶液由按体积比为1～4：1～4：0.5～2：0.5～2的全氟己酮：四氟二溴乙烷：全氟三乙胺：二氟三氯乙烷的混合而成。

10、优选地：步骤s1所述明胶ge溶液为改性明胶ge溶液，所述阿拉伯胶ga溶液为改性阿拉伯胶ga溶液；

11、p@cu/mil-88a的制备：将1.36～1.47g铁盐，0.58～0.67g对苯二甲酸混合溶解于40～60ml dmf:h2o＝1:1的混合溶剂中,然后转移至含有聚四氟乙烯内衬的水热釜中，在60～70℃下反应下进行水热反应6～8h即可得到催化剂mil-88a；然后将1.26～1.41gmil-88a和0.04～0.07g铜盐分散到30～50ml去离子水中，室温下超声30min，离心后弃去上清液，沉淀物在105℃下干燥去除水分，然后将得到的混合物在190～200℃的真空条件下还原4～5h得到催化剂cu/mil-88a，然后将1～2g的cu/mil-88a分散到10～20ml质量分数为30％的磷盐溶液中，然后将溶液转移至微波反应釜中，在设定温度为50～60℃，设定功率为80w下持续反应30min，得到磷化的cu/mil-88a，即催化剂p@cu/mil-88a；

12、所述改性明胶ge溶液的制备：向装有10～20g ge样品的烧杯中，加入40-50ml蒸馏水，放置在恒温磁力搅拌器中，在55～69℃的温度下，搅拌使其完全溶解，然后加入naoh溶液调节ge初始溶液ph＝8～9，然后缓慢滴入质量分数为10％的三偏磷酸钠的异丙醇溶液5～10ml，和0.1～0.16g的所述p@cu/mil-88a，维持温度在60℃反应20～30min，反应过程中采用naoh溶液维持反应体系ph值，待反应完成后使用hci溶液调节反应体系ph值＝5～6；最后进行喷雾干燥，冷却、即可得到改性明胶；然后配制成质量分数为15％的改性明胶ge溶液；

13、所述改性阿拉伯胶ga溶液的制备：向装有15～27g ga样品的烧杯中，加入43～57ml蒸馏水，放置在恒温磁力搅拌器中，在52～63℃的温度下，搅拌使其完全溶解，然后加入naoh溶液调节ga初始溶液ph＝8～9，然后缓慢滴入质量分数为12％的十二烯基琥珀酸酐的环己烷溶液6～13ml，和0.12～0.18g的所述p@cu/mil-88a，维持温度在60℃反应20～30min，反应过程中采用naoh溶液维持反应体系ph值，待反应完成后使用hci溶液调节反应体系ph值＝5～6；最后进行喷雾干燥，冷却、即可得到改性阿拉伯胶；然后配制成质量分数为15％的改性阿拉伯胶ga溶液。

14、优选地：所述铁盐、铜盐和磷盐分别为fecl·6h2o、cuc1·6h2o和磷酸钠。

15、优选地：步骤s3中的芯材溶液为按体积比1～4：1～4：0.5～2：0.5～2的全氟己酮、四氟二溴乙烷、全氟三乙胺和二氟三氯乙烷混合溶液。

16、优选地：步骤s5的酸溶液为质量分数为15～35％的冰醋酸溶液；所述碱溶液为质量分数为7～15％的氢氧化钠溶液；所述固化剂为浓度5％的戊二醛。

17、优选地：步骤s6中所述清洗为使用去离子水清洗3～5遍；所述干燥为真空冷冻干燥。

18、优选地：所述可溶性的钪盐为sc2(c2o4)3；所述可溶性的铈盐为ce(no3)3·6h2o；所述可溶性的金属氢氧化物为lioh或naoh。

19、本发明的有益效果：

20、1、同时使用sc3+和ce3+对壳聚糖进行改性，可以提高壳聚糖的延展性和柔韧性，可以实现对芯材的最大限度包裹；

21、2、改性明胶ge溶液和改性阿拉伯胶ga溶液可以形成更稳定的乳液，有利于改性壳聚糖的包覆；

22、3、为了得到粒径更小的微胶囊，先混合乳化剂和芯材，然后喷入囊壳溶液中进行乳化；

23、4、全氟己酮和四氟二溴乙烷之间具有协同作用，可以显著提高灭火性能；

24、5、在灭火剂中同时加入全氟三乙胺和二氟三氯乙烷具有意想不到的协同作用，能够显著提高灭火性能。