CN106280165B - 高分子阻火灭火凝胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

高分子阻火灭火凝胶及其制备方法，它涉及一种阻火灭火凝胶及其制备方法。高分子阻火灭火凝胶制备方法：一、制备中和液；二、加入交联剂、引发剂和附着力促进剂；三、聚合反应；四、将所生成的高吸水性树脂分散于植物油中；五、向悬浮液中加入稳定剂。本发明所制备凝胶始终保持为均匀分散的液态，使用时可直接虹吸到水罐中，无须搅拌混合，便可以直接喷洒，不必等待、不结块、不团聚，分散性好，不损害喷洒设备，不贻误扑火战机，从根本上解决了现有粉末状固态产品的弊端；而且可以喷涂使用。

Description

高分子阻火灭火凝胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种阻火灭火凝胶及其制备方法。

背景技术

高分子聚合凝胶是高吸水性树脂(Super Absorbent Polymer，SAP)吸水后形成的凝胶状态物质。高吸水性树脂具有特殊的三维空间网状结构，可吸收重于它本身质量数百倍的水于三维空间网格中，进而形成高分子聚合凝胶。

从微观角度观察，高分子聚合凝胶的空间结构类似于水成膜泡沫AFFF或类A类泡沫，不同之处在于它的三维空间网状结构的空隙处可以充满水，这些填满水的“水泡”与只有空气填充的泡沫相比，可大幅度提高隔热保护性能。如果火的热量要到达被保护层的表面，它必须蒸发掉每一层“水泡”，这时火的能量就会被大幅度的吸收，从而降低了其破坏性。灭火时，其包含的水被蒸发气化而吸收大量热量，体积也迅速扩大，当水蒸气占燃烧空间30％或降温至燃烧物质闪点、燃点以下时，燃烧便会自行停止。

高分子聚合凝胶水合物的堆积结构能显著阻碍内部的水分蒸发。将其覆盖在燃烧物质表面后，便可在火与被保护物的表面形成一个绝缘区域，起到隔氧隔热的作用，从而切断了燃烧热传递，最终迫使燃烧停止。高分子聚合凝胶水合物可以隔绝2000℃的高温并保持很长时间。

高分子聚合凝胶能够阻燃，可喷涂在周边的易燃建筑、重要设施(如压缩天然气气瓶、铁路油罐车、车辆、船舶、飞机、树木，甚至是玻璃和窗户上等)上，从而在一定程度上保证覆盖物的安全。高分子聚合凝胶可用于开设林火阻隔带，高分子聚合凝胶可以吸收数百倍于它体重的水，所以在灭火过程中漂移蒸发较小，不仅能因失水消耗热量达到灭火的目的，还能在火和可燃物之间构成一个绝缘的区域，形成阻火屏障以隔绝空气，并在3500℃的高温下仍起到保护作用，是快速、安全、环保开设林火阻隔带的技术措施。高分子聚合凝胶用于灭火，它可以扑灭包括A级可燃物在内的火灾非常有效，除了能快速的冷却可燃物外，还可以降低复燃的几率。而且高分子聚合凝胶还具有另一个特性，即某一点的凝胶保护层遭受猛火的攻击受到破坏后，该点上层的凝胶保护层会滑下来，重新覆盖在受创表面，进而熄灭该区域内的火势。同时，高分子聚合凝胶不易漂移扩散的特点可用飞机喷洒进行阻火灭火作业。在水供给有限的区域，高分子聚合凝胶可以帮助消防员用尽量少的水去灭掉尽可能多的火。

加之，高分子聚合凝胶吸水容量大、吸水速率快、保水能力强及无毒无味等显著优点，被认为具有广阔的应用前景。

但由于目前制备的高分子聚合凝胶在室温静置48小时候后会发生“凝胶稀释”，原本粘稠的凝胶变得稀释，而且随着时间的延长，稀释变得越来越明显，最后呈清水状。所以，现在都是将制备好的高分子聚合凝胶干燥或脱水处理制成固体颗粒，使用时再将固体颗粒状高分子聚合凝胶与水混合。因为高分子聚合凝胶本身是高吸水性物质，所以干燥或脱水难度大，复水时容易团聚、结块，而且复水后其阻燃灭火性能有所下降。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以长期储存的不变性的高分子聚合凝胶。

高分子阻火灭火凝胶的制备方法按以下步骤进行：

一、向丙烯酸中搅拌加入氢氧化钠或碳酸钠水溶液，至中和度为60％～90％，同时控制反应温度为35～50℃，混合时间为15～50分钟，得到中和液；

二、向所得中和液中依次加入交联剂、引发剂和附着力促进剂，并持续搅拌15～50min，得到聚合液；

三、将所得聚合液在50～100℃的温度下进行聚合反应1～6小时，生成高吸水性树脂；

四、将所生成的高吸水性树脂分散于植物油中，并均匀搅拌2～5小时，得到悬浮液；

五、向悬浮液中加入稳定剂，形成均一的高分子阻火灭火凝胶；

其中，步骤二中附着力促进剂为选自PN-700、PN-701、PN-702、DN-801、DN-630、DN-631、DN-630、DN-9311和DN-808中的一种或多种，附着力促进剂用量为步骤一中和液质量的0.001％～5％。

本发明高分子阻火灭火凝胶室温、封闭、静置储存3～5年(甚至更长时间)未发生分层、稀释、沉淀等变性情况发生。

本发明高分子阻火灭火凝胶中除有效成分外，不含有任何壬基酚聚氧乙烯醚或石油蒸馏物，只包含植物油完全被生物降解，具有生物安全性。

目前国内使用的高分子灭火凝胶添加剂均为固态粉末或颗粒，用于灭火凝胶使用前，都必须溶解到水中吸水溶胀。但这个过程存在吸水溶胀需要一定的时间，溶胀不均匀，容易团聚、结块；导致扑火不及时，而且容易堵塞喷洒器械。

本发明所制备凝胶始终保持为均匀分散的液态，使用时可直接虹吸到水罐中，无须搅拌混合，便可以直接喷洒，不必等待(即混即用)、不结块、不团聚，分散性好，不损害喷洒设备，不贻误扑火战机，从根本上解决了现有粉末状固态产品的弊端；而且可以喷涂使用。

附图说明

图1是高分子阻火灭火凝胶阻火实验，喷灯灼烧下皮肤毫发未损。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式高分子阻火灭火凝胶的制备方法按以下步骤进行：

一、向丙烯酸中搅拌加入氢氧化钠或碳酸钠水溶液，至中和度为60％～90％，同时控制反应温度为35～50℃，混合时间为15～50分钟，得到中和液；

二、向所得中和液中依次加入交联剂、引发剂和附着力促进剂，并持续搅拌15～50min，得到聚合液；

三、将所得聚合液在50～100℃的温度下进行聚合反应1～6小时，生成高吸水性树脂；

四、将所生成的高吸水性树脂分散于植物油中，并均匀搅拌2～5小时，得到悬浮液；

五、向悬浮液中加入稳定剂，形成均一的高分子阻火灭火凝胶；

其中，步骤二中附着力促进剂为选自PN-700、PN-701、PN-702、DN-801、DN-630、DN-631、DN-630、DN-9311和DN-808中的一种或多种，附着力促进剂用量为步骤一中和液质量的0.001％～5％。

本实施方式制备的高分子阻火灭火凝胶开封使用有剩余，需将盖口拧紧，再次使用时可能会出现少量分层情况，只需上下摇晃均匀即可，不影响使用效果。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤四搅拌速度为60r/min。其它步骤及参数与实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二的不同点是：步骤二中附着力促进剂为DN-630，附着力促进剂用量为步骤一中和液质量的0.03％。其它步骤及参数与实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一的不同点是：步骤二中交联剂选自N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、N,N’-亚甲基双甲基丙烯酰胺、N,N’-乙基双丙烯酰胺、乙二醇、二乙二醇，并二醇、丙三醇、聚氧乙烯二醇、乙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、丙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、丙三醇二缩水甘油醚和聚丙三醇二缩水甘油醚中的一种或多种；交联剂用量为步骤一中和液质量的0.001％～2.5％。其它步骤及参数与实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一的不同点是：步骤二中引发剂为过氧化氢、过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵，引发剂用量为步骤一中和液质量的0.001％～5％。其它步骤及参数与实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一的不同点是：步骤四中植物油选自蔬菜油、玉米油、橄榄油、菜籽油、大豆油和调和油中的一种或多种，植物油用量为步骤一中和液质量的10％～20％。其它步骤及参数与实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一的不同点是：步骤五中稳定剂由乳化剂和增稠剂组成。其它步骤及参数与实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七一的不同点是：乳化剂选自甘油单硬脂酸酯、一硬脂酸一缩二甘油酯、蔗糖脂肪酸酯、司盘80、吐温60和改性大豆磷脂中的一种或多种，乳化剂用量为步骤一中和液质量的0.5％～1％。其它步骤及参数与实施方式七相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式七一的不同点是：步骤增稠剂选自淀粉、明胶、海藻酸钠、干酪素、瓜尔胶、甲壳胺、阿拉伯树胶、黄原胶、大豆蛋白胶、天然橡胶、羊毛脂、琼脂中的一种或多种，增稠剂用量为步骤一中和液质量的0.1％～0.5％。其它步骤及参数与实施方式七相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一的不同点是：氢氧化钠或碳酸钠水溶液浓度为20WT％。其它步骤及参数与实施方式一至九之一相同。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一的不同点是：步骤二中交联剂为丙二醇二缩水甘油醚，交联剂用量为步骤一中和液质量的0.18％。其它步骤及参数与实施方式一至十之一相同。

具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至十一之一的不同点是：步骤二中引发剂为硫酸钠，引发剂用量为步骤一中和液质量的0.16％。其它步骤及参数与实施方式一至十一之一相同。

实施例1

高分子阻火灭火凝胶的制备方法按以下步骤进行：

一、在反应釜(F型1000L反应釜，江苏扬阳化工设备制造有限公司制造)中加入丙烯酸，然后将浓度为20wt％的碳酸钠溶解缓慢滴入装有丙烯酸的反应釜中，开启夹套冷却，控制温度为35～50℃，搅拌15～50min，使其中和度达到60％～90％得到中和液；

二、向所得中和液中依次加占中和液质量0.18％的丙二醇二缩水甘油醚、占中和液质量0.16％的过硫酸钠以及占中和液质量0.03％的DN-630，并持续搅拌15～50min，得到聚合液；

三、将所得聚合液在50～100℃的温度下进行聚合反应1～6小时，生成高吸水性树脂；

四、将所生成的高吸水性树脂分散于占中和液质量15％的大豆油中，并均匀搅拌2～5小时，得到悬浮液；

五、向悬浮液中加入稳定剂，形成均一的高分子阻火灭火凝胶；

其中，稳定剂由占中和液质量0.8％的蔗糖脂肪酸酯和占中和液质量0.8％的淀粉组成。

实验：

1、模拟燃烧木垛搭建

根据国标GB 4066.2-2004搭建3个相同的模拟燃烧木垛，木垛的搭建方法如下：将50根规格为12mm×12mm×210mm、含水率为8％～12％的红松木条，以每层5根、共分成10层90°交叉搭在事先准备好的铁架上。木垛下方放置一个规格为250mm×250mm×60mm金属托盘。

2、本实施例高分子阻火灭火凝胶制备出来后室温、封闭、静置储存5年，然后进行观察和实验

静置储存5年的高分子阻火灭火凝胶未发生分层、稀释、沉淀等变性情况发生。证明本发明高分子阻火灭火凝胶能够长期储存。

灭火实验：

在温度为20℃、风速为1m/s的实验条件下，将3个金属托盘内倒入相同量的93号车用无铅汽油，同时引燃3个木垛，在点燃汽油的同时开始计时。当木垛燃烧3min时用本实施例高分子阻火灭火凝胶分别对3个燃烧中的木垛进行灭火。使用高分子阻火灭火凝胶时距木垛不小于1.8m处喷射，然后接近木垛，并向顶部、底部、侧面等喷射，但不能向木垛的背面喷射。灭火时高分子阻火灭火凝胶虹吸至水罐中、再连续喷射，喷射量(水+高分子阻火灭火凝胶)为10L/s，且操作者和灭火器的任何部位不应触及模型。

按照以下方式记录数据：

(1)1每个木垛燃烧3min时木垛中心的最高温度。

(2)用储存5年的高分子阻火灭火凝胶灭火，使木垛中心温度降至300℃所用的时间。

(3)用储存5年的高分子阻火灭火凝胶扑灭木垛明火所用的时间。

(4)观察20min后被扑灭的木垛是否有复燃现象。

实验数据：A、木垛中心中心最高温度为747℃；B、木垛中心温度从745℃降到300℃需要的平均时间是45s；C、扑灭明火的时间平均时间是54s；D、没有出现复燃。

实验数据证明本发明高分子阻火灭火凝胶静置储存5年后仍具备优异的灭火效果。

阻火实验1：

在气温29℃、风速为3～7m/s的环境条下，制作二个规格相同的木垛，即用84根规格为长1米直径约为7公分(±0.2公分)，含水率为10％～14％的松木，分成14层放在角铁支架上，引燃盘上分别用10升93号车用汽油。其中一个木垛喷涂虹吸混水的本实施例高分子阻火灭火凝胶，凝胶厚度为5～10mm；另一个木垛洒9升自来水。喷涂本实施例高分子阻火灭火凝胶的木垛下方汽油燃烧6分58秒后熄灭，木垛并未燃烧，保持完好。而洒水木垛则被点燃，且火势猛烈。

实验说明本发明高分子阻火灭火凝胶静置储存5年后仍具备优异的阻火效果。

阻火实验2：

在铁门上喷涂虹吸混水的本发明高分子阻火灭火凝胶，并在铁门上留出未覆盖高分子阻火灭火凝胶的字母标记，然后用喷灯炽烤铁门。炽烤结束后发现，字母标记明显变色，而被高分子阻火灭火凝胶覆盖的部分安然无恙。

选取2罐冰镇可乐，1罐未做防护，另1罐喷涂虹吸混水的本发明方法制备的高分子阻火灭火凝胶，然后相同温度的喷枪炽烤。2罐可乐出现了截然不同的变化，喷涂高分子阻火灭火凝胶的可乐安然无恙，而未做防护的可乐已经受热爆裂。打开被凝胶保护的可乐饮用，口感依就凉爽。

在手背部的皮肤上涂抹本发明方法制备的高分子阻火灭火凝胶，然后用高温喷灯灼烧，高分子阻火灭火凝胶下皮肤毫发未损(如图1所示)。

Claims (2)

1.高分子阻火灭火凝胶的制备方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：

一、在反应釜中加入丙烯酸，然后将浓度为20wt％的碳酸钠溶解缓慢滴入装有丙烯酸的反应釜中，开启夹套冷却，控制温度为35～50℃，搅拌15～50min，使其中和度达到60％～90％得到中和液；

二、向所得中和液中依次加占中和液质量0.18％的丙二醇二缩水甘油醚、占中和液质量0.16％的过硫酸钠以及占中和液质量0.03％的DN-630，并持续搅拌15～50min，得到聚合液；

三、将所得聚合液在50～100℃的温度下进行聚合反应1～6小时，生成高吸水性树脂；

四、将所生成的高吸水性树脂分散于占中和液质量15％的大豆油中，并均匀搅拌2～5小时，得到悬浮液；

五、向悬浮液中加入稳定剂，形成均一的高分子阻火灭火凝胶；

其中，稳定剂由占中和液质量0.8％的蔗糖脂肪酸酯和占中和液质量0.8％的淀粉组成。

2.一种根据权利要求1制备方法制备的高分子阻火灭火凝胶。

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