全氟己酮灭火剂微胶囊化在电子器件上的应用

电子器件在实际运行当中，由于运行负荷大，电气设备接头缺陷等原因，导致电气设备产生局放或着火现象，大大的降低了输、变、配、用等各方面的安全可靠性，甚至引起大面积的故障停电事件，从而影响电网的安全稳定运行。虽然目前电网公司加装了很多在线监测系统，但在线监测系统只能对检测对象进行状态检测，如果发生短时间内的设备故障火灾，运维人员很难及时赶到现场进行明火处理，特别是在人员难以到位的电缆沟、配电柜等隐藏处，导致设备故障时间长，影响范围大，该课题采用新型材料技术，研究使全氟己酮胶囊化达到灭火效果，帮助输、变、配、用、信息通信等容易产生火情的地方进行安装，可有效减少设备故障引起的着火故障，从而解决电力设备的明火隐患，提高电网运行效率，保障电网安全可靠。同时，该成果具备很好的推广应用价值，未来在电池储能、石油化工、电厂水电、地铁市政等多场景均有较大市场需求。

本论文拟将全氟己酮灭火剂微胶囊化,制备一种包封效率高,储存效果较好,制备过程简单可控的以全氟己酮为芯材的聚氨酯微胶囊,主要内容包括:全氟己酮灭火剂微胶囊化工艺方法研究在全面掌握全氟己酮灭火剂物理性能和透彻分析现有微胶囊工艺技术特征的基础上,提出全氟己酮灭火剂微胶囊化的可行性方法。全氟己酮灭火系统是一种高效的灭火系统，它采用全氟己酮作为灭火剂，通过喷洒全氟己酮灭火剂来控制和灭火。全氟己酮可作为哈龙的替代品。它的化学结构与3M公司生产的Novec1230相同，属于氟酮族的一种化合物。在常温常压下，全氟己酮呈无色无味的液体状态。由于其优异的性能和环保特性，全氟己酮在灭火领域得到了广泛应用。微胶囊是指一种具有聚合物壁壳的微型容器或包装物，其具有半透性或密封性的微小粒子，其中，被包裹的物质称为芯材，包裹芯材的物质称为壁材。微胶囊是由天然或合成的高分子材料（一般为壁材）制备而成的微型容器。微胶囊化技术的基本原理包括两个主要步骤：包裹活性物质和固化包裹物。

1.包裹活性物质：全氟已酮作为活性物质，通过喷雾干燥、共沉淀、凝胶聚合等方法与包裹材料进行混合，形成包裹液。包裹液由一个或多个壁材料和稳定剂组成，常用的壁材料有聚合物、蛋白质、天然胶等。包裹液通过喷雾喷洒或滴定方式，将活性物质均匀包裹在微小的液滴中。

2.固化包裹物：在包裹液的外层添加固化剂或改变环境条件，使包裹液中的活性物质凝固形成微胶囊壳。固化剂的选择和固化条件的控制将影响微胶囊的性能，如壁材料的稳定性、厚度和透过性。

国内外对全氟己酮及相近的液体灭火剂微胶囊化技术的研究尚处在初级阶段。俄罗斯专利RU2162520介绍了全氟己酮及其它含氟气体灭火剂的微胶囊技术,该专利推荐以明胶材料作为外壳,但是存在很多问题,一方面明胶壳体的致密性较差,无法达到保护芯材的目的,另一方面使用明胶也导致微胶囊的生产成本高昂。美国专利US9968813 介绍了将卤烃类灭火剂包埋进聚脲、聚氨酯外壳内,但是也存在一些问题,一方面哈龙灭火剂由于对臭氧层的极大破坏作用逐步将被淘汰,另一方面还会对人体和环境有一定的毒害作用。中国专利CN109453491 介绍了将全氟己酮、七氟丙烷等新型哈龙替代灭火剂包埋进脲醛或蜜胺树脂,脲醛树脂和蜜胺树脂虽然有较好的机械性能和防渗透性能,但是在制备过程中不可避免地会产生有毒的甲醛气体,危害人体健康。Taeeun Yim等为了提高锂电池(LIBs)的自熄性,将一种常用灭火剂(1,1,1,2,2,3,4,5,5,5-十氟-3-甲氧基-4-(三氟甲基)-戊烷(DMTP))微胶囊化,该实验为全氟己酮的微胶囊化提供了思路。锂电池一旦通过内部/外部电短路引发点火,可燃成分(尤其是脱锂氧化物基阴极和易燃电解质)将瞬间加剧热失控,最终导致锂电池爆炸,针对这个问题,作者制备了温度响应的“自熄型”微胶囊,将DMTP微胶囊化,从而巧妙地避免DMTP与锂电池电解液直接接触,实验证明“自熄”微胶囊在电解液中有良好的混溶性和合理的电化学性能,可有效抑制急剧升温。文中分别以甲基丙烯酸甲酯(MMA)和乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)为单体和交联剂成功将DMTP微胶囊化。由于DMTP具有高挥发性,在高温下,水包油乳液易破裂,所以采取了降低聚合温度的方法,并且选择了一种低温下就有足够引发活力的引发剂2,2偶氮双(2,4-二甲基戊腈)(ADVN)。鉴于DMTP和全氟己酮都是一种具有高挥发性的液体灭火剂,所以对全氟己酮的微胶囊化具有很强的指导作用。 综上所述,全氟己酮微胶囊化的技术尚处于初级阶段,存在着较多的不足,需要采用更好的制备工艺解决壳体致密性较差,过程存在有毒气体,生产成本高昂等问题。

将高效洁净环保灭火剂全氟己酮储存于微粒胶囊中使用方便，可用于狭窄位置，不产生有害气体及物质易于维护人员开展设备维护。

采用界面聚合法微胶囊化制备全氟己酮微胶囊,该法以异氰酸酯和含有活泼氢的化合物反应生成聚脲或聚氨酯类壁材,反应快、工艺简单,而且所制备出的微胶囊安全无毒害,囊壳致密,包封效果良好。聚合单体与芯材相溶是界面聚合的前提条件,但由于全氟己酮含氟量较高,溶解性较差,全氟己酮与IPDI完全不溶,所以为了提高两者的相溶性加入适量的甲基九氟丁醚。也因为全氟己酮含氟量较高,小分子乳化剂对含氟单体的亲和性不足,所以实验采用氟碳表面活性剂与碳氢表面活性剂进行复配的方法,复合乳化剂之间具有协同效应,能够极大地减少全氟己酮表面能从而显著地降低了溶液的表面张力,有助于含氟单体的乳化,因而能够成功地乳化溶解性较差的全氟己酮。与脂肪族异氰酸酯相比,甲苯二异氰酸酯与胺的反应活性高得多,因此反应速率快得多,在形成囊壳的过程不易控制且实验过程中会产生有毒的苯胺,因此本实验采用了异氟尔酮二异氰酸酯作为聚合单体。此外,为了防止在聚合过程中全氟己酮大量挥发导致外壳破裂,本实验采用了较低的聚合温度。为了提高聚合反应的进程,加入适量聚合反应的引发剂二月桂酸二丁基锡。 具体地讲,以全氟己酮为芯材,乳化剂采用氟碳表面活性剂与碳氢表面活性剂进行复配,以异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)和二乙烯三胺(DETA)为反应单体,制备出白色的聚脲微胶囊颗粒。拟解决问题及预期成效

1、可用于电池设备内，帮助解决电池碰撞后易着火的问题。

2、可用于电网易产生局放和着火点的场景，能及时扑灭明火，解决各类电气设备着火问题，可用于输电、变电、配电、低压用电等各类场景和设备。

3、可用于各类机房消防，通信、数据等各类机房设备内，解决传统六氟丙烷有害气体的问题。

4、可用于各类电厂，解决电厂电气设备发热着火问题。

5、可用于各类化工厂、煤气厂着火消防场景，市场推广价值巨大，应用场景灵活，属于消防安全领域黑科技。

第一阶段找与全氟己酮灭火剂和微胶囊技术相关的基础理论、书籍和文献，并进行初步学习。第二阶段查找中外文文献，了解学科研究背景、研究概况以及发展趋势。内部讨论，翻译外文文献，并完成开题报告。第三阶段实践操作，讨论本项目的合理性，实用性。第四阶段 初步成果，和组员内部讨论 修改方案。