一種滅火材料及其制備方法與流程

本發明涉及一種新型的滅火材料，尤其是一種環糊精高分子囊泡結構材料，以及該材料的制備方法，屬于高分子材料技術領域。

背景技術：

隨著社會經濟的發展，人們對火災安全的問題越來越關注。長期以來，國內外普遍使用的滅火劑主要有清水滅火劑、干粉滅火劑、惰性氣體滅火劑、泡沫滅火劑和哈龍滅火劑等。但是受制于滅火效率及滅火后對環境的影響，上述滅火劑還存在許多局限性。比如在配電箱和精密儀器中，如果一旦著火，水劑、泡沫、干粉等滅火劑會對設備造成不可逆的破壞。同時，許多火災發生在晚上，就需要滅火劑能自動滅火，且對環境影響最小，以上滅火劑往往不具備這些功能。因此，研發一種對溫度敏感，可以控制釋放，且對環境影響極小的滅火劑是本領域的技術人員亟待解決的問題。

中國專利文獻CN102179018B（申請號：201110104816.5）公開了一種熱氣溶膠滅火裝置用的冷卻方法，南京理工大學的黃超，楊緒杰，陸路德，汪信在《煤礦安全》第33卷12期43～44頁發表了《納米冷氣溶膠防火防爆劑的效能》，都涉及新型的氣溶膠滅火劑。但是，氣溶膠滅火劑需要高壓或者鋼瓶載體，平時滅火劑處于封閉的載體中，仍然不能自動釋放。

天然的磷脂或合成的表面活性劑，分散于水中時自發形成一類具有封閉薄球殼結構的分子有序組合體，稱為囊泡（vesicle）。由磷脂等構成的囊泡也稱為脂質體（liposome）。由雙親性高分子構成的此類結構就是高分子囊泡，有時也從liposome的名稱推演過來，稱為polymersome。兩個嵌段共聚物分子成對地規則排列，稱為雙（分子）層結構。囊泡壁由疏水鏈呈規則聚集，且為分別向壁內和壁外伸展的親水鏈所穩定。即疏水壁夾于內外兩親水層之間，故可視其為具有“三明治”結構。相對于低分子量的脂質體，聚合物囊泡顯示了高度的穩定性，可設計的通透性和可進一步功能化修飾，具有非常廣泛的應用，如藥物包埋、藥物傳輸、生物礦化模板、納米反應器等。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種對溫度敏感，常溫下能形成封閉薄殼結構包覆滅火劑，高溫下能自動釋放滅火劑的滅火材料，以及該滅火材料的制備方法。

本發明為解決上述技術問題提出的一種技術方案是：一種滅火材料，包括滅火劑和密閉包覆在所述滅火劑外的環糊精囊泡，所述環糊精囊泡包括由環糊精與含碳碳雙鍵的有機物聚合而成的聚合物。

上述含碳碳雙鍵的有機物是含碳碳雙鍵的酯或酸。

上述含碳碳雙鍵的酯或酸是醋酸乙烯酯、丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸羥乙酯和N-羥甲基丙烯酰胺中的一種或多種。

上述環糊精囊泡的中位徑d₅₀為55μm～100μm，或150μm ～300μm，或100nm～300nm，或400nm～700nm。

上述滅火劑是鹵代烷滅火劑和七氟丙烷滅火劑中的一種或多種。

本發明為解決上述技術問題提出的一種技術方案是：一種滅火材料的制備方法，包括以下具體步驟：

A．在環糊精水溶液中加入適量的表面活性劑，再加入適量的含碳碳雙鍵的有機物，混合均勻；

B．再加入適量的催化劑和過氧化物，升溫進行聚合反應，得到囊泡乳液；

C. 干燥冷卻后，得到固體粉末；

D. 將固體粉末置于液態的滅火劑中，攪拌后，沉降得到成品。

上述表面活性劑是十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸硫酸鈉、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯脫水山梨醇單油酸酯、烷基酚聚氧乙烯醚中的一種或多種；所述含碳碳雙鍵的有機物是醋酸乙烯酯、丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸羥乙酯和N-羥甲基丙烯酰胺中的一種或多種；所述催化劑是偶氮二異丁腈、過氧化2-乙基己基酸叔戊酯和偶氮二異丁基脒基鹽酸鹽中的一種或多種，所述過氧化物是過硫酸銨和過硫酸鉀中的一種或兩種。

上述表面活性劑與所述環糊精的質量比為1︰40～1︰5；所述含碳碳雙鍵的有機物與所述環糊精的質量比為1︰1～1︰4；所述催化劑與所述環糊精的質量比為1︰400～3︰400；所述催化劑與所述環糊精的質量比為1︰50～1︰15。

上述步驟B中，在加入催化劑和過氧化物之前，升溫至50℃～70℃；聚合反應溫度為80℃～90℃，聚合反應時間為5h～10h；所述步驟C中，干燥溫度為102℃～110℃。

上述滅火劑是鹵代烷滅火劑和七氟丙烷滅火劑中的一種或多種。

本發明具有積極的效果：本發明的滅火材料中環糊精囊泡采用環糊精為基礎材料，其具有多羥基、孔徑大小適中的環狀結構，通過環糊精接枝上含碳碳雙鍵的有機物并聚合，獲得親水疏水適中的兩親高分子囊泡材料，可以是微米級的也可以是納米級的。本發明的滅火材料采用環糊精囊泡作為滅火劑的載體，制備時滅火劑滲透進入囊泡中，囊泡結構可以包裹滅火劑分子，并且通過氫鍵等作用力與滅火劑作用。本發明的滅火材料中的囊泡材料通過合適的化學結構設計和鏈長比的調整即疏水—親水平衡的調節，獲得了對溫度敏感的囊泡結構，常溫下可包裹滅火劑，在80℃～100℃會自動破裂，從而釋放滅火劑。本發明的滅火材料放置在空間頂部或者有利于釋放滅火劑的地方。一旦著火溫度達到80℃～100℃，囊泡破裂，釋放出滅火劑，主動將火災扼殺于萌芽中。本發明的滅火材料可以應用于汽車、配電箱、實驗室、精密儀器、飛機、輪船、航天器、冰箱、廚房、衣柜、房間等場合。

附圖說明

圖1為本發明實施例1的環糊精囊泡的紅外光譜圖。

圖2 為本發明應用例1的滅火材料的電鏡圖。

具體實施方式

實施例1

本實施例的環糊精囊泡的制備方法是：在體積為1L濃度為0.30kg/L的環糊精水溶液中加入10g十二烷基硫酸鈉和10g烷基酚聚氧乙烯醚（OP-10），接著加入500g醋酸乙烯酯。攪拌均勻后，升溫至60℃，加入含有1g偶氮二異丁腈和10g過硫酸銨的水溶液。升溫到90℃，加熱反應6小時后，獲得環糊精囊泡乳液。

多羥基的環糊精在過氧化物（過硫酸銨）的作用下，容易形成氧自由基，僅供含有雙鍵的醋酸乙烯酯，引發自由基聚合。偶氮二異丁腈起到促進聚合的作用。為了使得反應均勻，并形成微乳液，反應中加入表面活性劑烷基酚聚氧乙烯醚和十二烷基硫酸鈉，使得疏水的醋酸乙烯酯能均勻乳化分散在水體系中。

環糊精囊泡的紅外光譜圖如圖1所示。從圖1可以看出3436cm^-1處為環糊精羥基峰，1740 cm^-1的強峰為聚合后的醋酸乙烯酯酯基峰，1374 cm^-1的峰為醋酸乙烯酯聚合后的甲基峰，1242 cm^-1的峰為C-O、O-H、C-O-C等耦合的峰，1122，1022 cm^-1的峰為C-O峰，10946 cm^-1的峰為環糊精糖環的C1-H峰。這些典型的譜峰說明了環糊精和醋酸乙烯酯已經接枝聚合，形成了高分子囊泡材料。

實施例2

本實施例的環糊精囊泡的制備方法是：在體積為1L濃度為0.40kg/L的環糊精水溶液中加入10g十二烷基苯磺酸硫酸鈉、10g脂肪醇聚氧乙烯醚和50g N-羥甲基丙烯酰胺，接著加入500g丙烯酸。攪拌均勻后，升溫至60℃，加入含有1g過氧化2-乙基己基酸叔戊酯和12g過硫酸鉀的水溶液。升溫到80℃，加熱反應8小時后，獲得環糊精囊泡乳液。

實施例3

本實施例的環糊精囊泡的制備方法是：在體積為1L濃度為0.20kg/L的環糊精水溶液中加入10g聚氧乙烯脫水山梨醇單油酸酯、10g烷基酚聚氧乙烯醚，接著加入400g丙烯酸和300g甲基丙烯酸。攪拌均勻后，升溫至60℃，加入含有1.5g偶氮二異丁基脒基鹽酸鹽和10g過硫酸銨的水溶液。升溫到80℃，加熱反應5小時后，獲得環糊精囊泡乳液。

應用例1

本應用例的滅火材料的制備方法是：將100g實施例1的環糊精囊泡乳液在105℃下干燥后冷卻，所得固體粉末，置于80g七氟丙烷滅火劑和20g鹵代烷2402滅火劑的混合液中，劇烈攪拌1h，沉降得到包覆滅火劑的環糊精囊泡，如圖2所示。

應用例2

本應用例的滅火材料的制備方法是：將150g實施例2的環糊精高分子囊泡乳液在105℃下干燥后冷卻，所得固體粉末，置于100g七氟丙烷中，劇烈攪拌1h，沉降得到包覆滅火劑的環糊精囊泡。

應用例3

本應用例的滅火材料的制備方法是：將100g實施例2的環糊精高分子囊泡乳液在105℃下干燥后冷卻，所得固體粉末，置于200g七氟丙烷、10g尿素和5g碳酸氫銨的混合液中，劇烈攪拌1h，沉降得到包覆滅火劑的環糊精囊泡。

搭建一個規格為1米（長度）×1米（寬度）×1.5米（高度）的恒定體積的不銹鋼箱子，箱子的兩邊均帶有1cm（長）×15cm（高）的縫隙5個，每個縫隙間隔1cm，便于通風。每次在頂部設固定住上述不同應用例的滅火劑3g，然后用100mL的不銹鋼杯子裝20g煤油放置在箱底。點燃煤油后觀察火勢。結果如表1所示。

表1 滅火時間測定

從表1中可知，使用應用例1至3的滅火材料在35秒左右即可將火撲滅，對箱體沒有造成實質性損害。

本發明的環糊精囊泡包括由環糊精與含碳碳雙鍵的有機物聚合而成的聚合物，還可以包括其他助劑、輔劑。

本發明中所用試劑如無特殊說明濃度均為化學純。

本發明中滅火劑可以采用市場上現有的七氟丙烷滅火劑、鹵代烷1202滅火劑、鹵代烷2402滅火劑等，或者采用這些滅火劑的復合劑，滅火劑中可以添加尿素、碳酸氫銨等助劑。

顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非是對本發明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而這些屬于本發明的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之中。