一种智能灭火微胶囊及其制备方法与流程

本发明属于纳米材料制备和新材料领域，具体涉及一种智能灭火微胶囊及其制备方法。

背景技术：

1、微胶囊灭火制剂是一种具有微胶囊结构的灭火剂，其特点是具有微胶囊结构，可以在火灾时快速释放灭火剂，在灭火领域具有广泛应用。随着其制备工艺和技术不断进步，微胶囊制备技术相对成熟，可以实现不同灭火剂的微胶囊化。一些新型微胶囊灭火制剂正在不断涌现，如具有环保性能的可降解微胶囊灭火剂、具有高效灭火能力的复合微胶囊灭火剂等。微胶囊灭火制剂已经在建筑、交通、航空航天等领域得到应用，为灭火工作提供了有效手段。

2、尽管微胶囊灭火制剂在灭火领域有着广泛的应用和发展，但仍面临一些挑战。微胶囊制备工艺复杂，需要通过物理或化学方法将功能性灭火材料封装到微胶囊中，微胶囊采用聚合物基体作为外壳材料，以保护和控制核心材料，从而降低灭火材料在相变过程中发生泄漏的可能性。外壳材料的机械性能、热稳定性和天然功能都会对灭火微胶囊的性能产生不同程度的影响。有机外壳具有比强度高、密度小、易加工、耐腐蚀等优点，是灭火微胶囊常用的外壳材料。微胶囊的特点是表面积大，因此理论上对热刺激的反应时间短。但导热性差的有机外壳会破坏灭火微胶囊与环境之间的热传递，从而大大影响其温敏相变效率。此外，无论是用作灭火基底材料还是微胶囊外壳材料，有机材料的易燃性都将严重限制其广泛应用。一般是以有机聚合物材料作为外壳材料，并将灭火抑制剂作为核心材料制备了灭火微胶囊。然而，由于聚合物外壳燃烧，灭火抑制剂并不能产生令人满意的阻燃效果。因此，转向外壳材料改性方法更为明智，于是降低有机温敏相变微胶囊的易燃性成为现在研究的重点。值得注意的是，一些传统微胶囊灭火制剂可能含有对环境有害的化学成分，如氯化铵等，对环境造成污染。因此，在大量使用的同时，微胶囊灭火制剂的环境友好性也很重要。然而迄今为止，如何合成的新型温敏微胶囊灭火制剂，是否可以兼具良好的导热性能、不可燃性能以及环境友好性仍然需要进一步研究。

3、近年来，利用无机材料优化聚合物导热性的研究层出不穷，如sic、bn和氧化石墨烯。在这些材料中，二维材料脱颖而出，因为二维材料比表面积大，在室温下的纵向热导率高。研究表明，通过将二维材料与无机材料作为外壳材料混合，制备了微胶囊，使峰值熔化温度降低，甚至降低了峰值结晶温度。深化研究了二维材料在微胶囊中的应用，发现二维材料的二维结构使其可以嵌入微胶囊中，成为温敏相变材料与外部环境之间的桥梁，从而更好地改善灭火微胶囊的导热性。

4、层状双氢氧化物(ldh)，也称为阴离子层状化合物，是一种无毒、无卤素的聚合物纳米填料。由于ldh具有稳定的吸热特性和在燃烧过程中释放水分子的能力，因此被广泛研究作为一种阻燃剂。有研究采用尿素法直接合成了mg2al-cl ldh(cl-ldh)，随后通过阴离子交换将磷酸苯酯添加到cl-ldh中。通过测试，凸显了ldh作为分子阻燃剂的潜力。因此，认为利用ldh对gdy进行改性以获得阻燃性能是可行的。

5、研究表明，茶多酚(green tea polyphenols，gtp)作为一种天然的抗氧化剂，对燃烧具有显著的抑制效果。茶多酚主要存在于茶叶中，尤其是绿茶中含量较高。茶多酚具有强大的抗氧化作用，可以清除燃烧过程中产生的自由基和过氧化物，阻止氧化反应的进行，阻断燃烧链反应的进行，从而减缓燃烧的速度。还可以在高温条件下释放出水分和二氧化碳，降低燃烧温度，减少燃烧过程中的热量释放，从而有效抑制燃烧的发生。因此，茶多酚作为一种天然的抗氧化剂，在抑制燃烧方面具有显著的效果。其抗氧化、降低燃烧温度等特性，使其成为一种有效的燃烧抑制剂，在防火领域具有广泛的应用前景。

6、解决的技术问题

7、针对现有技术存在的挑战，本发明实施例的目的在于提供一种智能灭火微胶囊及其制备方法。

8、灭火微胶囊采用茶多酚作为核心材料，pmma作为外壳材料进行制备。在智能灭火微胶囊的制备过程中，通过原位聚合将二维材料gdy引入外壳材料，以提高智能灭火微胶囊的导热性能。此外，还采用mg-al-ldh共沉淀法对gdy进行了阻燃剂预改性。改性后的gdy为智能灭火微胶囊内部和环境之间的热量传递提供了通道，这样合成得到的环保型智能灭火微胶囊既具有智能温控性能又具有阻燃性能。

9、技术方案

10、为了实现上述目的，本发明主要采用如下技术方案，包括以下步骤：

11、1.ldh-gdy复合物(l-g)的制备

12、在200毫升蒸馏水中加入一定量的gdy，超声30分钟。在上述溶液中加入一定量的tris-hcl，用0.1m naoh溶液调节ph值至8.5，然后加入一定量的pda盐酸盐。在25℃下搅拌溶液24小时，然后萃取，用蒸馏水洗涤，干燥，得到pda@gdy。在200毫升蒸馏水中溶解一定量的pda@gdy，然后在室温下缓慢加入一定量的mgcl2-6h2o的水溶液和一定量的al(no3)3-9h2o的水溶液。溶解一定量的尿素和na2co3，然后加入上述溶液。溶液在90℃下反应一段时间，反应过程中ph值保持在9-10之间，得到l-g。

13、优选的，所述的gdy、tris-hcl和pda盐酸盐加入的质量分别为0.2克、0.64克和1.0克。

14、优选的，所述的pda@gdy、mgcl2-6h2o和al(no3)3-9h2o混合物溶液中，pda@gdymgcl2-6h2o5.4克al(no3)3-9h2o加入的质量分别为0.6克8.6克和5.4克。

15、优选的，所述的pda@gdy、mgcl2-6h2o和al(no3)3-9h2o混合物溶液中，pda@gdymgcl2-6h2o5.4克al(no3)3-9h2o加入的质量分别为0.6克8.6克和5.4克。

16、优选的，所述的尿素和na2co3加入的质量分别为5.2克和2.4克。

17、优选的，所述的溶液在90℃下反应时间为12小时。

18、2.温敏相变微胶囊(l-g-tpcms)的制备

19、将一定量的葵酸(ca)、改性l-g和十二烷基苯磺酸钠(sdbs)加入装有160毫升蒸馏水的圆底瓶中，并恒温加热。随后以恒定的转速搅拌溶液30分钟。接着逐滴向上述溶液中加入一定量的甲基丙烯酸甲酯(mma)、2,2`-偶氮双(2-甲基丙腈)(aibn)和乙二醇二甲基丙烯酸酯。在恒温下以恒定的转速搅拌溶液4小时，最后，过滤、洗涤并室温干燥，得到改性的温敏相变微胶囊(l-g-tpcms)。

20、优选的，所述的甲基丙烯酸甲酯、2,2`-偶氮双(2-甲基丙腈)和乙二醇二甲基丙烯酸酯混合物中，mma加入体积为10-50毫升、2,2`-偶氮双(2-甲基丙腈)和乙二醇二甲基丙烯酸酯加入的质量分别为0.1-1克和1-5克。

21、进一步优选的，mma加入体积为35毫升、2,2`-偶氮双(2-甲基丙腈)和乙二醇二甲基丙烯酸酯加入的质量分别为0.5克和1.8克。

22、优选的，所述的ca、l-g和sdbs加入的质量分别为24克、0.5克和1克。

23、优选的，所述的恒温为85℃，恒定转速为2000r/min。

24、3.温敏型智能灭火微胶囊的制备

25、首先，在40℃左右的水浴中，将一定量的茶多酚(green tea polyphenols，gtp)、去离子水和sds均匀混合在烧杯中，并用恒定的高速搅拌器剪切和乳化10分钟，形成稳定的乳液。将上述稳定的乳液与l-g-tpcms按一定的比例充分搅拌混合，将混合物通过蠕动泵以0.02ml/min的流速泵送至内径为0.16cm的针孔处，并在9kv高压电场作用下喷洒到cacl2溶液中进行固化，反应结束后进行过滤、洗涤和室温干燥，得到温敏型智能灭火微胶囊(gtp@l-g-tpcms)。

26、优选的，所述的1wt％的茶多酚、5wt％的去离子水和0.01wt％的sds混合物中，加入混合质量比分别为1wt％、5wt％和0.01wt％。

27、优选的，所述的恒定转速为6000r/min。

28、优选的，所述的乳液与l-g-tpcms混合物中，加入混合质量比分别为5:1。

29、优选的，所述的cacl2溶液的质量浓度为10wt％。

30、有益的技术效果

31、相对于现有技术，本发明具有以下优点：

32、1.本发明引入了gdy，二维材料的加入在提高微胶囊导热性能方面具有非常积极的效果，极大地提升了微胶囊的温敏性能。

33、2.本发明引入了ldh改性gdy，ldh对二维材料掺杂有机壳体的预改性，使得灭火微胶囊获得良好的阻燃性能。

34、3.本发明构建的智能灭火微胶囊，对绿色天然的茶多酚溶液进行微囊化可以为其提供稳定的溶剂环境，具备良好的环境友好性。

技术实现思路