一种微胶囊灭火剂及其制备方法与应用与流程

本技术涉及消防灭火，特别涉及一种微胶囊灭火剂及其制备方法与应用。

背景技术：

1、常见的灭火物质包括干粉灭火剂、液态灭火剂和气体类灭火剂。干粉灭火剂包括磷酸铵盐干粉、碳酸氢钠干粉、d类干粉、以及粒径更小的超细干粉等；液态灭火剂包括水、水溶液、泡沫、生物蛋白灭火剂以及超细水雾灭火剂等；气体类灭火剂包括co2、n2、ig541等惰性气体灭火剂，七氟丙烷灭火剂以及近年来迅速发展的热气溶胶灭火剂。这些灭火剂各有其特定的使用场合，且灭火效率有待提高，现有的灭火剂尚不能完全满足工业和公共安全的需要。

2、例如，集装箱式锂电池储能系统是以锂离子电池为基础的，锂离子电池是含能物质，具有发生火灾或爆炸的危险本质，特别是在密闭空间中时，一旦某一储能单元发生火灾，将会引起相邻多台储能单元的连锁火灾反应，甚至箱体爆炸，火灾荷载大、危险性高且难于扑救。

3、热失控是锂电池安全研究中的关键性问题，锂电池火灾关键诱因是电芯内部热失控，由局部高温激发内部热分解反应，进而扩散到临近电池而导致火灾蔓延。目前针对锂电池热失控，常使用外部灭火剂进行扑救，例如水成膜泡沫灭火剂，但是，该类灭火剂扑救后，一段时间后存在复燃的隐患。此外，现有的灭火剂并不能有效地吸收锂电池热失控产生的有毒气体(其中含有大量的hf气体)，而无法从根本上消除容易产生爆炸的引燃物，使得扑灭后易发生复燃。而且，目前使用含水的灭火剂虽然可以溶解hf气体，但是产生了大量含氟溶液，且灭火剂喷洒在使用锂电池的笔记本或电动车上，容易造成电路短路，可能会进一步产生新的高温热源，反而加剧火势的蔓延。同时，现有锂电池灭火剂多进行外部灭火，无法从内部进行及时灭火。

4、微胶囊技术是一种使用高分子成膜材料对液体或固体进行包覆，使其形成具有核壳构造的颗粒的技术。微胶囊技术在改变材料状态以提高其使用性能、保护或隔离特殊功能材料以及控制芯材释放等方面具有显著作用。因此，在消防灭火领域逐步得到广泛应用。现有技术中微胶囊式灭火剂通常以球状明胶壳体构成微球体外壳，微球体外壳中包封有受热自动释放出的液体消防剂。

5、现有研究如公开号为cn108905038b的专利公开一种基于激波二次抛洒的微囊灭火剂及其制备方法。按重量份数主要由下述组分组成：空心微珠515份、氮化碘515份、水3050份、堵孔剂15份、固体灭火粉体材料3050份、微囊材料515份。该灭火剂具有双层微囊结构，最外层微囊可以保证灭火剂在覆盖燃烧区前其物理化学性能不被破坏；当该灭火剂覆盖在燃烧区以后，两层微囊之间的固体灭火粉体材料开始发挥阻燃作用；同时，空心微珠中的水蒸发吸热，降低燃烧区温度；当水分蒸发完全后，空心微珠中氮化碘受热爆炸产生大量的氮气，爆炸产生的激波对固体灭火粉体材料进行二次抛洒，使其均匀覆盖燃烧区，并且，产生的激波和氮气也能减弱燃烧反应和抑制火焰传播。该微囊灭火剂具有双重微囊结构，外层微囊起到缓释作用，使灭火剂能够顺利到达火源中心；内层微囊起到隔离固体和液体灭火材料的作用，发挥该微囊灭火剂的多重灭火功能。但是，该微囊灭火剂使用氮化碘作为爆炸材料，氮化碘具有高感度，触碰即爆炸。虽然使用了空心微珠对其进行包覆，但空心微珠容易在长时间的震动(如车、船行驶时产生的震动)中因互相碰撞而破碎。虽用传统固体灭火粉体材料对空心微珠进行包覆，但是传统的固体灭火粉体材料不能起到很好的抗震作用。若将该微囊灭火剂用于锂电池内部，锂电池置于车、船上时，在剧烈的震动下，该微囊灭火剂自行爆炸，失去灭火效果。因此，其适用于对静态火源进行外部灭火，使用范围受限。

6、因此，如果能提供一种微胶囊灭火剂，能够实现锂电池内部灭火，且适用于车载锂电池包等移动锂电池储能单元中，不易失去灭火效果，则更能保证锂电池使用的安全性。

技术实现思路

1、有鉴于上述现有技术的缺点，本发明提供一种微胶囊灭火剂及其制备方法与应用，以解决现有技术中存在的现有锂电池灭火剂多进行外部灭火，无法从内部进行及时灭火；利用空心微珠制备的灭火剂易在运输等行进过程中因震动失去灭火效果等问题。

2、为实现上述目的及相关目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明第一方面提供一种微胶囊灭火剂，该微胶囊灭火剂为以十二烷基苯磺酸钠功能化石墨烯为外壁材、以空心微珠为内壁材、以液态二氧化碳为芯材的双层微囊结构。

4、本发明第二方面提供一种微胶囊灭火剂的制备方法，该方法包括以下步骤：

5、(1)对空心微珠单体进行穿孔处理，使用液态二氧化碳填充已穿孔空心微珠单体的内腔，得空心微珠粗产物；

6、(2)使用胶粘剂封堵空心微珠粗产物孔洞，得具有单层微囊结构的空心微珠；

7、(3)使用空心微珠与十二烷基苯磺酸钠功能化石墨烯溶液混合，搅拌，进行包覆，得具有双层微囊结构的微胶囊灭火剂。

8、于本技术一实施例中，步骤(3)中十二烷基苯磺酸钠功能化石墨烯溶液的制备方法包括：

9、(a)将水、氧化石墨烯和十二烷基苯磺酸钠混合，搅拌，加入肼，加热搅拌，离心，水洗，烘干，得十二烷基苯磺酸钠功能化石墨烯；

10、(b)将十二烷基苯磺酸钠功能化石墨烯溶于异丙醇中，得十二烷基苯磺酸钠功能化石墨烯溶液。

11、于本技术一实施例中，步骤(a)中水、氧化石墨烯、十二烷基苯磺酸钠、肼的质量比为(80～120)：(4～6)：(50～100)：(0.03～0.05)。

12、于本技术一实施例中，步骤(1)对空心微珠单体进行穿孔处理包括：

13、配制穿孔剂溶液，将空心微珠单体置于穿孔剂溶液中，密封，搅拌，过滤，洗涤，干燥，其中，穿孔剂为浓硫酸或氢氧化钠。

14、于本技术一实施例中，步骤(1)使用液态二氧化碳填充已穿孔空心微珠单体的内腔，得空心微珠粗产物包括：

15、将已穿孔空心微珠单体和液态二氧化碳混合，在5～7mpa的压力环境下，搅拌15～30min，过滤，洗涤，过滤，干燥，得空心微珠粗产物。

16、于本技术一实施例中，步骤(2)使用胶粘剂封堵空心微珠粗产物孔洞，得具有单层微囊结构的空心微珠包括：

17、配制胶粘剂胶状溶液，将空心微珠粗产物置于胶粘剂胶状溶液中，搅拌，过滤，干燥，得具有单层微囊结构的空心微珠，其中，胶粘剂为明胶、羟甲基纤维素钠、聚氨酯、聚丙烯酸钠、壳聚糖中的至少一种。

18、于本技术一实施例中，胶粘剂与空心微珠粗产物的质量比为1：(3～5)。

19、于本技术一实施例中，步骤(3)中空心微珠、十二烷基苯磺酸钠功能化石墨烯溶液的质量比为(5～15)：(60～70)。

20、本发明第三方面提供一种锂电池，该锂电池内部设置有微胶囊灭火剂，微胶囊灭火剂为如上所述的微胶囊灭火剂，或，为如上所述的微胶囊灭火剂的制备方法制备的微胶囊灭火剂。

21、本发明的有益技术效果在于：

22、本技术以液态二氧化碳为芯材，以空心微珠为内壁材，以十二烷基苯磺酸钠功能化石墨烯为外壁材，制备具有双层微囊结构的微胶囊灭火剂，适用于锂电池内部灭火，且稳定性好，在锂电池的运输等行进过程中不易因震动发生碰撞而失去灭火效果。当锂电池热失控时，微胶囊灭火剂发生作用，液态二氧化碳受热爆炸，产生二氧化碳气体灭火，且在空心微珠、十二烷基苯磺酸钠功能化石墨烯的协同作用下，进一步达到阻燃效果，灭火效率高，适用于大规模串、并联锂电池储能单元，且对锂电池内部结构无影响。

23、本技术以液态二氧化碳为芯材，填充在空心微珠中，当锂电池发生热失控时，锂电池内部产生大量热量，液态二氧化碳吸热气化，急剧膨胀产生高压冲击空心微珠，从空心微珠中释放，从而对锂电池内部火源进行灭火。同时，在二氧化碳气体的冲击作用下，包覆空心微珠的十二烷基苯磺酸钠功能化石墨烯被分散，从而覆盖锂电池内部火源进行二次扑灭。

24、空心微珠是一种较为理想的低密度灭火剂，但其需保持完整结构，才具有灭火作用。因此，需要对空心微珠进行包覆，以保证其在未使用时，结构完整。而石墨烯在二维平面方向上具有极佳的机械强度，且是一种良好的耐火材料，适用于锂电池。因此，本技术选用石墨烯包覆在空心微珠表面，改善其机械性能。同时，本技术选用十二烷基苯磺酸钠对氧化石墨烯进行功能化，十二烷基苯磺酸钠是一种具有良好起泡性的表面活性剂，能够改善石墨烯较强的消除泡沫作用，并在还原剂肼的作用，还原为石墨烯，使得十二烷基苯磺酸钠功能化石墨烯更加稳定。

25、综上，本技术制备方法制备的微胶囊灭火剂，抗震动性能好，能够实现锂电池内部灭火，且适用于车载锂电池包等移动锂电池储能单元中，不易失去灭火效果，能够保证锂电池使用过程中的安全性。

26、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。