一种阻燃微胶囊及其制备方法和灭火阻燃聚合材料

本发明涉及聚合物，尤其涉及一种阻燃微胶囊及其制备方法和灭火阻燃聚合材料。

背景技术：

1、灭火阻燃聚合材料是一类特殊的材料，它们在火灾发生时能够有效地减缓或阻止火焰的蔓延，从而保护人们的生命财产安全。

2、在现有材料中常添加阻燃剂，用于提高材料抗燃性、阻止材料被引燃及抑制火焰传播，主要包括有如下几种：

3、(1)无机阻燃剂：这类阻燃剂通过其蓄热和导热性质发挥作用，如氢氧化铝、氢氧化镁等金属氢氧化物，在受热分解时释放结晶水并吸收大量燃烧热能，从而降低材料表面温度。

4、(2)卤素阻燃剂(卤系)：包括溴系和氯系阻燃剂，它们在燃烧过程中释放出卤素元素，能够抑制燃烧链反应，但卤素阻燃剂因环境和健康问题使用受到限制。

5、(3)磷系阻燃剂：这类阻燃剂在燃烧时能够形成炭层，阻止氧气和热量传递，同时释放的磷酸可作为脱水剂，进一步增强阻燃效果。

6、(4)氮系阻燃剂：通过化学作用干扰燃烧过程，提高材料的抗燃性。

7、(5)硅系阻燃剂：通常与其它阻燃剂配合使用，能够提高聚合物的热稳定性并减少燃烧时的烟气生成。

8、(6)锑系阻燃剂：作为卤素阻燃剂的协效剂，提高阻燃效率。

9、(7)硼系和铝镁系阻燃剂：这些阻燃剂通常具有较高的热稳定性和抑烟效果。

10、(8)膨胀型阻燃剂(ifr)：这类阻燃剂在受热过程中会发泡膨胀，形成一层保护层，通常为p、n、c为主要核心成分的复合阻燃剂。

11、(9)矿物阻燃剂：如可膨胀石墨等，具有环保无毒、资源丰富、价格低廉等优点。

12、(10)纳米材料：纳米化阻燃颗粒因其比表面积大、扩散性高，能够显著提高聚合物的阻燃效果。

13、(11)微胶囊化阻燃剂：将灭火剂封装在阻燃聚合物外壳中，形成安全环保的灭火材料。

14、(12)无卤阻燃剂：由于卤素阻燃剂在燃烧过程中可能产生有毒烟雾，研究者们正在开发新型的无卤、环境友好型阻燃剂。

15、(13)生物基阻燃剂：这类阻燃剂来源于生物，可生物降解，对环境的影响较小。

16、现有技术中，添加阻燃剂的聚合材料由于在自动灭火时，作用面积有限，阻燃材料周围的可燃物品仍会着火，不能充分有效地发挥阻燃功能。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明目的之一在于提供一种阻燃微胶囊，以解决上述的传统技术问题。

2、本发明目的之二在于提供一种上述阻燃微胶囊的制备方法。

3、本发明目的之三在于提供一种添加有上述阻燃微胶囊的灭火阻燃聚合材料。

4、本发明目的之一采用如下技术方案实现：

5、一种阻燃微胶囊，包括芯材及包覆在所述芯材外侧的包覆层，所述芯材包括囊芯及包覆在所述囊芯外侧的释气层，所述囊芯由质量比为1:(0.1-1)(如1：0.1、1：0.2、1：0.3、1：0.4、1：0.5、1：0.6、1：0.7、1：0.8、1：0.9、1：1等)的灰尘和阻燃剂组成，所述释气层为碳酸氢钠、碳酸锌、碳酸镁中的一种或多种。

6、本发明的原理为：

7、芯材中释气层的释气剂受热放出co2，压力达到一定程度后，包覆层中微胶囊瞬间会发生爆炸，在爆炸力的作用下，灰尘和阻燃剂受压打碎，向四周分散，由于灰尘和阻燃剂充分混合，灰尘容易飘扬于空气中，而阻燃剂能够附于灰尘表面而分散在空气中，并沉积覆盖到周围易燃的物体表面，使周围物质不易燃烧，控制火势蔓延，降低灭火难度，提高阻燃效果。

8、进一步地，所述阻燃剂为有机磷系阻燃剂。有机磷系阻燃剂受热时能产生结构更趋稳定的交联状固体物质或碳化层。碳化层的形成一方面能阻止聚合物进一步热解，另一方面能阻止其内部的热分解产生物进入气相参与燃烧过程，具有隔绝氧气，具有隔热、隔氧、阻止可燃气体向外逸出的作用，从而达到阻燃目的。

9、进一步地，所述有机磷系阻燃剂为磷酸酯类阻燃剂、磷杂菲类阻燃剂、磷腈类阻燃剂、环氧氯丙烷塑料阻燃剂、烷基磷酸酯类阻燃剂、芳香族磷酸酯类阻燃剂、聚磷酸酯类阻燃剂、醚化磷酸酯类阻燃剂、氨基磷酸酯类阻燃剂、亚磷酸酯类阻燃剂、有机磷盐类阻燃剂、氧化磷类阻燃剂、磷杂环化合物类阻燃剂、聚合物磷(膦)酸酯类阻燃剂、含磷多元醇类阻燃剂、磷-氮化合物类阻燃剂中的一种或多种。

10、其中，(1)磷酸酯。这类阻燃剂可同时起到阻燃和增塑作用，常见的包括三苯基磷酸酯(tpp)、间苯二酚双(二苯基磷酸酯)(rdp)和双酚a双(二苯基磷酸酯)(bdp)磷酸酯。这类阻燃剂具有较好的稳定性和耐溶剂性，对材料力学性能影响小，耐水解性好。

11、(2)磷杂菲类阻燃剂。如dopo及其衍生物，提供了良好的稳定性、耐水解性，催化气相中的阻燃机制。

12、(3)磷腈类阻燃剂。含有丰富磷、氮元素，通过气相和凝聚相的机制发挥作用。

13、(4)环氧氯丙烷塑料阻燃剂。如dopo，可直接与环氧树脂反应或与对苯二酚反应后再与环氧氯丙烷反应。

14、(5)烷基磷酸酯。常见的有甲基、乙基、异丙基等，由于其分解产物中含有锰、铝、铁等金属离子，故能产生多种作用，更加安全有效。

15、(6)芳香族磷酸酯。大分子相对分子质量较高，固化后能增强材料的机械性能，适合用于高端电子产品的阻燃。

16、(7)聚磷酸酯。进一步增强了芳香族磷酸酯的分子结构，分解时产生烟雾、碳层，能极大地提高材料的阻燃等级。

17、(8)醚化磷酸酯。分解产物中含有含氧化合物，能起到熄灭火焰的效果，同时还能增加材料的柔软性。

18、(9)氨基磷酸酯。具有良好的亲水性和生物相容性，被广泛应用于医用材料、食品包装等领域。

19、进一步地，灰尘为工业排放物和/或土壤扬尘；灰尘是悬浮在空气中的微粒，遇到高温也不会发生爆炸，灰尘来源于工业排放物、土壤扬尘等；灰尘不易燃不会发生爆炸。

20、进一步地，所述灰尘为大理石粉尘、沸石粉尘、火山灰粉尘、土壤颗粒粉尘中的一种或多种。

21、进一步地，所述包覆层为微胶囊。

22、进一步地，所述微胶囊包括聚甲基丙烯酸甲酯、氯化石蜡、海藻酸钠、脲醛树脂、聚酰胺、聚苯乙烯、聚甲醛、聚酰亚胺、聚苯醚、聚丙烯酰胺、聚氨酯、密胺树脂、聚碳酸酯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的一种或多种。

23、进一步地，释气层与囊芯的质量比为1：(0.1-0.8)。如1：0.1、1：0.2、1：0.3、1：0.4、1：0.5、1：0.6、1：0.7、1：0.8等。

24、进一步地，包覆层与芯材的质量比为1：(0.1-0.8)。如1：0.1、1：0.2、1：0.3、1：0.4、1：0.5、1：0.6、1：0.7、1：0.8等。

25、本发明目的之二采用如下技术方案实现：

26、一种阻燃微胶囊的制备方法，包括如下制备步骤：

27、s1：将灰尘和阻燃剂放入混合机中混合均匀，得到混合物；

28、s2：将释气剂放入流化床造粒机进行造粒，得到释气颗粒，再通过喷涂或雾化的方式在混合物表面添加释气颗粒，使释气颗粒包裹在混合物的外表面，形成芯材；

29、s3：通过聚合物包膜控释技术，将芯材填装在微胶囊内，在芯材外表面形成包覆层，即得。

30、进一步地，阻燃微胶囊的平均粒径为3μm～50μm。

31、本发明目的之三采用如下技术方案实现：

32、一种灭火阻燃聚合材料，包括上述所述的阻燃微胶囊。

33、进一步地，阻燃微胶囊的添加量为材料总重量的1～15％。

34、进一步地，聚合材料包括建筑材料、电子电器、纺织品、塑料制品、橡胶制品、泡沫材料、涂料等。

35、相比现有技术，本发明的有益效果在于：

36、本发明的阻燃微胶囊通过芯材中释气层的释气剂受热放出co2，压力达到一定程度后，包覆层中微胶囊瞬间会发生爆炸，在爆炸力的作用下，灰尘和阻燃剂受压打碎，向四周分散，由于灰尘和阻燃剂充分混合，灰尘容易飘扬于空气中，而阻燃剂能够附于灰尘表面而分散在空气中，并沉积覆盖到周围易燃的物体表面，使周围物质不易燃烧，控制火势蔓延，降低灭火难度，提高阻燃效果。