CN110935128B - 一种防火降温水凝胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及耐热、隔热、阻燃及高温膨胀材料制造及应用领域，具体为一种具有防火及降温功能的水凝胶及其制备方法，包括以下质量份数的各成分：0.05‑20份的水凝胶增稠剂；5‑35份的冰点降低剂；1‑30份的膨胀泡沫物质；1‑15份的膨胀阻燃剂；0.01‑1份的起泡剂；1‑15份的气体产生剂；0.01‑1份的杀菌剂；本发明的创新之处在于凝胶直接作用于燃烧物的表面时，首先能够粘附在燃烧物的表面；其次能够在燃烧物的表面产生泡沫，泡沫中含有水，即能够将水封闭在泡沫内，起到持续的降温及灭火能力；水干燥后能够生层膨胀阻燃层，提供持续的隔热阻燃功能，起到灭火、降温、隔热及阻止火灾复燃的功能。
Description
技术领域
本发明涉及耐热、隔热、阻燃及高温膨胀材料制造及应用领域，具体为一种具有阻燃、隔热及降温功能的防火隔热水凝胶及其制备方法。
背景技术
锂电池是目前性能水平最先进、发展最迅速的民用化学能源，成为手机、笔记本电脑、数码设备等高端产品的首选配套电源。然而，锂电池在使用及运输过程中也存在危险性，这种危险可能是致命的，甚至导致一场灾难的产生。
根据美国联邦航空局（FAA）的统计，在1991～2014年间，已经有144起与电池相关的“冒烟、起火、极热或爆炸”相关的事故发生。国内在航空运输过程中也发生了多起锂电池燃烧事故。
锂电池燃烧的危险性主要表现为:冒烟、起火、极热或爆炸，还有可能产生少量的有毒气体。FAA的研究表明，锂电池热失控产生的温度超过590℃，锂金属电池热失控产生的温度超过760℃。将6000mAh的纯钴酸锂聚合物电芯充电到4.3V再针刺模拟内短路，电池立即产生燃烧，产生的温度瞬间超过了700℃。锂离子电池燃烧的危险程度与其容量和充电的电压大小有关：容量一定时电压较低内短路时产生燃烧的可能性较小，但会产生烟雾甚至是剧烈的浓烟，这种烟雾有剧烈的刺激性；电压越大内短路燃烧的可能性越大，而且燃烧也越剧烈，如果是钢壳电池则可能会产生爆炸。
FAA的研究表明:飞机上使用的HALON1301灭火剂能够抑制电解质的火灾，但对锂金属的火灾没有抑制作用,当使用哈龙灭火剂时,无论是锂金属电池还是锂离子电池，随着电解液释放出来的未燃烧烃的增加,加大了火灾和爆炸的危险性。试验表明，哈龙灭火剂虽然能够抑制锂离子电池燃烧的火灾，但火焰熄灭后存在反复复燃的危险性，原因是哈龙灭火剂的降温能力有限，一旦停止使用，温度又会迅速上升，不能抑制锂离子电池的热失控，周围物质有被再次引燃的可能性。
针对锂电池燃烧的危险性，FAA和国际航协(ICAO)提出了锂电池燃烧的应急处理措施：无论是金属锂电池，还是可充电的锂离子电池及锂电池包装件，一旦锂电池产生燃烧应首先将旅客疏散到安全的地方，再用哈龙灭火剂或哈龙灭火剂的替代品、水进行灭火，以阻止火焰扩散到邻近的电池或材料，火焰熄灭后应立即用水或非醇液体对锂电池进行降温以阻止其复燃。
上述处理措施取决于电池的个数和火的强度，由于飞机上的水有限如果电池数量较大、火焰也较大，对火灾也可能较难控制。
申请号为WO2011015411（CN102470261）的德国专利，提出了同时使用钙盐的含水溶液和凝胶灭火剂对锂离子电池的燃烧进行灭火，使用的钙盐为CaCl2和Ca（OH）2的混合物，由于水溶液中含有大量的Cl-，因而对金属的腐蚀性比较大，其次灭火时要两者同时使用，给使用时带来了困难。申请号为CN200310112793、CN200710020580、CN201010562827和CN201310067726的中国专利，为低黏度水溶液的细水雾灭火剂，主要成分为表面活性剂、水及少量的无机盐、有机盐等,进行灭火时，水的用量大而且容易被蒸发。
申请号为01811547的中国专利涉及一种采用感温性的聚丙烯酰胺水溶性聚合物灭火剂，含有聚丙烯酰胺聚合物、水、表面活性剂、灭火剂（磷酸二氢氨、碳酸氢钾、醋酸钾等），黏度为20-2000mPa·s（20-2000cP）。在设定温度下是低黏度的水溶液，在设定温度以上是不溶于水的水凝胶。申请号为88103151的中国专利涉及一种水硅酸钠的无机凝胶水溶液灭火剂，该灭火剂的不足之处在于：该无机水凝胶物质的吸水量低，高温下水挥发后残留的无机物质不能够起到继续降温的作用，导致温度降低后又会升高，由于水的含量少灭火能力有限等。
锂电池的特点是：在短路、高温及受到挤压、碰撞等外界条件时容易产生热失控即产生的热大于向外界散出的热，当这种热积累到一定程度时便会燃烧甚至爆炸；锂电池产生热失控容易引起周围锂离子电池的热失控从而产生连锁反应；锂电池燃烧时火焰大、温度高，即使火焰被扑灭如果温度没有迅速降下来也会产生复燃；燃烧时会产生有毒气体等。
综上所述，现有发明专利所涉及的锂电池燃烧灭火剂、有机水凝胶及无机水凝胶灭火剂在处理锂电池及包装件的燃烧时均存在不足之处。
发明内容
为了克服在飞机上特别是货舱中的锂电池及包装件燃烧时灭火介质存在灭火时不能迅速降低温度、降温后温度容易反弹从而产生复燃等问题，现在特别提出一种使用方便，能够有效熄灭锂电池燃烧并迅速降温、降温后温度不容易反弹的一种锂电池及其包装件燃烧或其它火灾处理用水凝胶及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种防火降温水凝胶，其特征在于：包括以下质量份数的各成分：
0.05-20份的水凝胶增稠剂；
5-35份的冰点降低剂；
1-30份的膨胀泡沫物质；
1-15份的膨胀阻燃剂；
0.01-1份的起泡剂；
1-15份的气体产生剂；
0.01-1份的杀菌剂；
至少50份的水。
进一步地，所述膨胀泡沫物质包括水性聚氨酯、环氧改性水性聚氨酯或水性醋酸-乙烯聚合物，所述膨胀泡沫物质的含量为5-20份。
进一步地，所述起泡剂为表面活性剂，所述表面活性剂包括硫酸盐类阴离子表面活性剂、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、月桂基磺化琥珀酸单脂二钠、单十二烷基磷酸酯钾、月桂醇醚磷酸酯钾、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵、椰油酰胺丙基甜菜碱、月桂酰胺丙基甜菜碱或月桂酰胺丙基氧化胺，所述起泡剂的含量为0.01-0.3。
进一步地，所述气体产生剂为不溶或微溶于水的酸和溶于水的盐的组合物；不溶于水的酸包括苯甲酸、硬脂酸；所述酸的含量为0.1-6份，优选0.1-3%；所述溶于水的盐包括碳酸氢盐、碳酸盐；所述盐的含量为0.1-6份，优选0.1-3份。
进一步地，所述水凝胶增稠剂是水溶性高分子聚合物包括聚丙烯酰胺及其共聚物、聚丙烯酸盐及其共聚物、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、黄原胶、琼脂粉、瓜尔胶、聚乙烯醇、海藻酸钠中的一种或多种。
进一步地，所述水溶性高分子聚合物含量优选0.1-10份，更优选为0.1-3份。
所述水凝胶增稠剂溶于水形成水溶液，并含有一种需要加热才能溶于水，悬浮于溶液中的水溶性高分子聚合物粉末、包括琼脂粉或高结晶度的聚乙烯醇粉末，粉末粒径为1-100um，优选1-50 um。
所述高吸水聚合物粉末的含量为0.1-5，优选0.5-2份；
进一步地，所述水凝胶增稠剂是无机吸水物质；所述无机吸水物质包括膨润土、硅藻土、气相二氧化硅、硅酸镁铝及硅酸镁锂中的一种或多种；
进一步地，所述无机吸水物质的含量为0-15份，优选1-10份，更优选1-5份。
进一步地，所述水凝胶增稠剂是水溶性高分子聚合物与无机吸水物质的组合物。
进一步地，所述冰点降低剂为醇的组合物；所述醇包括木糖醇、山梨醇、甘露醇、乙二醇、丙二醇及生物基乙二醇、丙二醇中的一种或多种。
进一步地，所述膨胀阻燃剂包括膨胀石墨和蛭石，所述膨胀石墨含量为1-15份，优选1-10份；所述膨胀蛭石的含量为1-15份，优选1-10份。
进一步地，所述杀菌剂为十二烷基二甲基苄基氯化铵、聚季铵盐、苯并异噻唑啉酮、戊二醛、苯甲酸钠。
防火降温水凝胶的制备方法，将水凝胶增稠剂在常温下或加热下溶解成浓度范围为0.1%-10%的液体，再将水溶性高分子聚合物粉末分散在已溶解的液体中，再将适当含量的冰点降低剂、膨胀泡沫物质、膨胀阻燃填料、起泡剂及杀菌剂分散在上述溶液中形成均匀的液体。
防火降温水凝胶可直接喷洒于燃烧物的表面，也可以灌装在凝胶储存介质如凝胶条/袋内。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：
1、本发明的创新之处在于凝胶直接作用于燃烧物的表面时，首先能够粘附在燃烧物的表面；其次能够在燃烧物的表面产生泡沫，泡沫中含有水，即能够将水封闭在泡沫内，起到持续的隔热降温及灭火能力；水干燥后能够生层膨胀阻燃层，提供持续的隔热阻燃功能；当凝胶罐装在储存介质如储存条/袋内时，在高温作用下凝胶会产生大量的气体使储存介质破裂从而释放出凝胶，起到灭火、降温、隔热及阻止火灾复燃的功能。
2、由于常规水凝胶是通过凝胶中的水来进行灭火降温，当水挥发完后便不具有灭火降温功能。而在锂电池货物的航空运输中，当包装件内的某个锂电池热失控后包装件内所有的锂电池便会相继产生热失控，锂电池热失控的温度高持续时间长，采用常规的水凝胶进行应急或预防处置，水很容易挥发完从而失去热失控的应急或预防处置作用。本发的一种防火隔热水凝胶，在高温或明火作用时该水凝胶能够产生泡沫膨胀隔热层，显著延长阻燃及隔热耐热时间；将水凝胶灌装在凝胶储存介质内如凝胶袋内，在高温或明火作用下，凝胶袋破裂释放出凝胶，从而起到降温、隔热及灭火的功能。
3、本发明所述水凝胶内含有发泡聚合物，在高温下该物质会起泡，形成较厚的泡沫层，从而起到有效的隔热功能；
4、根据需要，本发明所述水凝胶内还可加入高吸水聚合物粉末，悬浮在凝胶内，在高温下该聚合物粉末溶解并吸收水分，所喷出或释放出的凝胶留在低温物体表面时会附载在表面，甚至会冷却形成胶装物，附在物体表面不会产生流动，有效提高了凝胶的利用效率，及隔热降温阻燃功能；
5、本发明所述水凝胶内含有膨胀隔热阻燃填料。膨胀石墨的膨胀速度快，膨胀层厚，蛭石的膨胀速度慢，但隔热性能好，将两者组合起来使用，获得了膨胀层厚，隔热性能好隔热阻燃膨胀层；
6、本发明所述水凝胶，高温下所形成的膨胀阻燃层，在1200℃火焰持续灼烧时，表面致密性好，不易开裂，而且在灼烧的表面形成一定硬度的灼烧层，有效提高了阻燃、隔热性能。
7、本发明所述凝胶为水溶性凝胶，环保性能好。
具体实施方式
本文中各个组分的混合均没有比例的限制，任何比例均能实现水凝胶的技术效果，而加入的各没有限制浓度的成分，说明对浓度没有限制，本领域常规的不同浓度即可实现技术效果，只是效果有所差异。
实施例1
一种防火降温水凝胶，包括以下质量份数的成分和去离子水：
0.5-25份的至少一种高分子水凝胶增稠剂、75份以上的水。
实施例2
本发明的第二种方案为：含有10-40份的至少一种无机水凝胶增稠剂、60份以上的水。
实施例3
含有0.1-15份的至少一种高分子水凝胶增稠剂、1-25份的至少一种无机水凝胶增稠剂及50份以上的水。
实施例4：
0.5-25份的至少一种高分子水凝胶增稠剂、5-40份的冰点降低剂、0.1-1份的杀菌剂、60份以上的水
实施例5：
10-40份的至少一种无机水凝胶增稠剂、5-40份的冰点降低剂、0.1-1份的杀菌剂、50份以上的水。
实施例6：
0.1-15份的至少一种高分子水凝胶增稠剂、1-25份的至少一种无机水凝胶增稠剂， 5-40份的冰点降低剂、0.1-1份的杀菌剂、50份以上的水。
实施例7：
一种防火降温水凝胶制备方法，其特征在于：按以下顺序依次进行操作：a）将水凝胶物质加入到搅拌中的去离子水中，加入完毕后持续搅拌1-2小时；b）加入冰点降低剂，搅拌0.5-1小时；c）加入杀菌剂，加入后各搅拌0.1-0.5小时至均匀。
实施列8：
按以下顺序进行操作：
将高分子水凝胶增稠剂黄原胶慢加入到搅拌中的去离子水中，加入完毕后持续搅拌1小时；b）加入无机水凝胶增稠剂，搅拌至完全分散溶解；e）加入膨胀泡沫物质和杀菌剂，加入后各搅拌0.5小时至均匀。
实施例9：
按以下顺序进行操作：
a）将高分子水凝胶增稠剂丙烯酸共聚物缓慢加入到搅拌中的去离子水中，加入完毕后持续搅拌至水凝胶增稠剂完全分散溶解；b）加入将无机水凝胶增稠剂，搅拌至完全溶解分散； c）加入膨胀泡沫物质，搅拌均匀；e）加入其它各组分并搅拌均匀。
实施例10：
按以下顺序进行操作：
a）将黄原胶缓慢加入到搅拌中的去离子水中，加入完毕后持续搅拌至完全溶解时；b）加入无机水凝胶增稠剂，持续搅拌至完全溶解； c）加入乙二醇，搅拌均匀；e）加入苯甲酸、杀菌剂搅拌均匀 f) 将碳酸钠溶解在适量水中，加入上述溶液中并搅拌均匀。
实施例11：
按以下顺序进行操作：
a）将黄原胶缓慢加入到搅拌中的去离子水中，加入完毕后持续搅拌至完全溶解时；b）加入无机水凝胶增稠剂，持续搅拌至完全溶解； c）加入乙二醇，搅拌均匀；e）杀菌剂搅拌均匀 f)加入聚乙烯醇粉末并搅拌均匀。
将6000mAh的纯钴酸锂聚合物单电芯过充到4.3V，然后将约7g的上述凝胶涂覆在电芯的表面，用针刺进行内短路试验；再将没有涂覆凝胶的上述电芯进行针刺短路；同时再将两个上述电芯用细铁丝捆在一起，表面涂覆10g的凝胶，然后进行针刺内短路试验。
试验结论：
1）没有涂覆凝胶的纯钴酸锂单电芯迅速燃烧；
2）涂覆了凝胶的纯钴酸锂电芯迅无燃烧，凝胶底部成膜，上面仍然是凝胶，无水沸腾的现象出现。
3）双电芯无燃烧，电芯内部温度720℃，凝胶表面温度87℃。
实施例12
按以下顺序进行操作：
a）将硅酸镁铝加入到搅拌中的去离子水中，加入完毕后持续搅拌1.5小时；b）加入山梨醇、缓蚀剂和杀菌剂，加入后各搅拌0.5小时至均匀。
将6000mAh的纯钴酸锂聚合物单电芯过充到4.35V，然后将约4g的上述凝胶涂覆在电芯的表面，用针刺进行内短路试验；再将没有涂覆凝胶的上述电芯进行针刺短路；将约10g的上述凝胶涂覆在电芯的表面，用针刺进行内短路试验；
试验结论：
1）没有涂覆凝胶的纯钴酸锂单电芯迅速燃烧；
2）涂覆4g凝胶的电芯在没有凝胶的电芯边缘部分燃烧；
3）涂覆10g凝胶的电芯在没有凝胶的电芯边缘部分燃烧，火焰较小，很快熄灭掉。电芯内部温度825℃，电芯表面温度（凝胶与电芯接触的电芯表面）温度220℃，凝胶表面温度98℃。
实施例13
一种防火降温水凝胶包括以下质量份数的各成分：
0.1-10份的至少一种高分子水凝胶增稠剂；
1-10份的至少一种无机水凝胶增稠剂；
5-25份的至少一种醇；
1-20份的至少一种膨胀泡沫物质；
0.1-1份的至少一种杀菌剂；
0.01-1份的至少一种起泡剂
1-15份的至少一组气体产生剂
1-10份的膨胀阻燃剂
50-85份的去离子水。
高分子水凝胶增稠剂包括聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钾、聚乙烯醇、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、丙烯酸共聚物、羟丙基甲基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素、黄原胶、瓜尔胶及海藻酸钠
无机水凝胶增稠剂包括膨润土、硅藻土、水玻璃、二氧化硅、硅酸镁铝、硅酸镁锂等中的一种或多种。
醇包括葡萄糖醇、木糖醇、山梨糖醇、甘露醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇及生物基乙二醇、丙二醇中的一种或多种。
盐为碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或多种。
膨胀泡沫物质包括水性聚氨酯、环氧改性水性聚氨酯、水性醋酸-乙烯聚合物中的一种。
膨胀阻燃剂包括膨胀石墨、蛭石。
起泡剂为表面活性剂，所述表面活性剂包括硫酸盐类阴离子表面活性剂、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、月桂基磺化琥珀酸单脂二钠、单十二烷基磷酸酯钾、月桂醇醚磷酸酯钾、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵、椰油酰胺丙基甜菜碱、月桂酰胺丙基甜菜碱、月桂酰胺丙基氧化胺中的一种或多种。
气体产生剂为不溶于水的酸，苯甲酸、硬脂酸中的一种；
杀菌剂为十二烷基二甲基苄基氯化铵、聚季铵盐、苯并异噻唑啉酮、戊二醛、苯甲酸钠中的一种。
所述水凝胶采用压力喷雾器或多层复合膜的形式对锂电池及锂电池包装件的燃烧进行预防处理。
所述压力喷雾器包括手压喷雾器、空压机喷雾器和电动压力喷雾器，水凝胶直接喷在燃烧物表面进行灭火、降温及隔离燃烧物。
与现有锂离子电池燃烧用灭火介质的明显区别之一是本发明的水凝胶是一种高黏度易于铺展的黏稠液体，液体在高温下会起泡，泡沫中含有水，当水挥发完后会形成膨胀阻燃层。
与现有锂离子电池燃烧用灭火介质的明显区别之二是本发明的水凝胶含有起泡剂及气体产生剂，凝胶存放在储存介质如储存条或袋中，在高温下凝胶中产生的气体使凝胶膜破裂，释放出凝胶。
与现有发明专利的明显区别之三是本发明的水凝胶同时使用了有机和无机水凝胶物质。
本发明的水凝胶优点是同时使用了高分子聚合物，无机水凝胶物质及泡沫膨胀物质。高分子聚合物由于吸水量大，有利于灭火和降温；无机水凝胶具有不燃、高温下凝胶中的水分不沸腾等优点，泡沫膨胀物质在高温下会产生泡沫，泡沫中含有水。本发明将高吸水率的高分子聚合物，适量的无机水凝胶物质及泡沫膨胀物质搭配使用，充分利用三者的优点。
本发明的水凝胶优点是水凝胶在高温及燃烧物的表面会形成一层致密而不燃烧的膜，这成膜会隔离空气和燃烧物，从而起到阻燃作用，特别的是覆盖在燃烧或高温物体表面的水凝胶不会完全成膜，只是凝胶的底部与高温或燃烧物的表面形成一层膜，凝胶的上面部分仍然保持一种水凝胶状态，从而起到一种良好的持续降温作用。
本发明的水凝胶优点是含有适当的醇，使得该水凝胶具有较低的冰点，使得该水凝胶在低温下也能够有效的使用。
实施例14
采用实施例13中的凝胶。
一种锂电池隔热、降温、阻燃及防爆用应急或预防处置膜，所述凝胶膜为聚乙烯（PE）/聚酰胺（PA），或PE/PA多层共挤膜，长条腔室宽度为2cm，热封粘接缝宽为2mm，各长条腔室间互不连通，各凝胶膜长条腔室各用一个止回式进液口，将灭火凝胶通过止回式进液口注入凝胶膜长条腔室内。
将凝胶灌入凝胶膜中，将凝胶膜放在瓦楞纸表面，瓦楞纸放在铝箔纸表面，对铝箔纸加热，当纸板上表面加热到130-200℃时，凝胶局部破裂并释放出部分凝胶。
实施例15：
一种防火降温水凝胶包括以下质量份数的各成分：
0.1-10份的至少一种高分子水凝胶增稠剂；
1-20份的至少一种膨胀泡沫物质；
0.1-1份的至少一种杀菌剂；
0.01-1份的至少一种起泡剂
1-15份的至少一组气体产生剂
1-10份的膨胀阻燃剂
50-85份的去离子水。
一种锂电池隔热、降温、阻燃及防爆用应急或预防处置膜，所述凝胶膜为聚乙烯（PE）/聚酰胺（PA），或PE/PA多层共挤膜，长条腔室宽度为2cm，热封粘接缝宽为2mm，各长条腔室间互不连通，各凝胶膜长条腔室各用一个止回式进液口，将灭火凝胶通过止回式进液口注入凝胶膜长条腔室内。
将凝胶灌入凝胶膜中，将凝胶膜放在瓦楞纸表面，瓦楞纸放在铝箔纸表面，对铝箔纸加热，当纸板上表面加热到130-200℃时，凝胶局部破裂，凝胶条中的大部分凝胶被释放出来。
实施例16:
| 组分 | 质量份数 |
| 高分子水凝胶增稠剂：聚乙烯醇 | 8 |
| 去离子水 | 92 |
实施例17:
| 组分 | 质量份数 |
| 高分子水凝胶增稠剂：黄原胶 | 0.2 |
| 膨胀泡沫物质: 醋酸-乙烯聚合物 | 20 |
| 水 | 80 |
实施例18:
| 组分 | 质量份数 |
| 高分子水凝胶增稠剂：聚炳烯酸 | 0.1 |
| 膨胀泡沫物质: 醋酸-乙烯聚合物 | 20 |
| 起泡剂: 椰油酰胺丙基甜菜碱 | 0.05 |
| 水 | 80 |
实施例16-19中制备的水凝胶，装入下入储液介质中：
一种锂电池隔热、降温、阻燃及防爆用应急或预防处置膜，所述凝胶膜为聚乙烯（PE）/聚酰胺（PA），或PE/PA多层共挤膜，长条腔室宽度为2cm，热封粘接缝宽为2mm，各长条腔室间互不连通，各凝胶膜长条腔室各用一个止回式进液口，将灭火凝胶通过止回式进液口注入凝胶膜长条腔室内。
实施例16-19中制备的水凝胶灌入凝胶储液介质中，采用如下方式进行试验评估：将凝胶膜放在瓦楞纸表面，瓦楞纸放在铝箔纸表面，对铝箔纸加热，凝胶膜释放凝胶的情况如下：
| 实施例 | 试验评估 |
| 实施例16 | 瓦楞纸被烧穿，凝胶膜未破裂，未能释放出凝胶 |
| 实施例17 | 瓦楞纸被烧穿，凝胶膜未破裂，未能释放出凝胶 |
| 实施例18 | 瓦楞纸未被烧穿，凝胶膜与瓦楞纸之间瓦楞纸表面温度在200℃左右时，凝胶膜破裂释放出凝胶，凝胶铺展在瓦楞纸表面上的面积较少 |
| 实施例19 | 瓦楞纸未被烧穿，凝胶膜与瓦楞纸之间瓦楞纸表面温度在130-170℃时，凝胶膜破裂释放出凝胶，凝胶铺展在瓦楞纸表面上的面积较大，凝胶膜破裂时凝胶条完全鼓气膨胀 |
| 实施例20 | 瓦楞纸未被烧穿，凝胶膜与瓦楞纸之间瓦楞纸表面温度在150-180℃时，凝胶膜破裂释放出凝胶，凝胶铺展在瓦楞纸表面上的面积较大，凝胶膜破裂时凝胶条只在受热处鼓气膨胀 |
实施例21
一种防火降温水凝胶，其特征在于：包括以下质量份数的各成分：
0.05-20份的水凝胶增稠剂；
5-35份的冰点降低剂；
1-30份的膨胀泡沫物质；
1-15份的膨胀阻燃剂；
0.01-1份的起泡剂；
1-15份的气体产生剂；
0.01-1份的杀菌剂；
至少50份的水。
所述膨胀泡沫物质包括水性聚氨酯、环氧改性水性聚氨酯或水性醋酸-乙烯聚合物，所述膨胀泡沫物质的含量为5-20份。
所述起泡剂为表面活性剂，所述表面活性剂包括硫酸盐类阴离子表面活性剂、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、月桂基磺化琥珀酸单脂二钠、单十二烷基磷酸酯钾、月桂醇醚磷酸酯钾、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵、椰油酰胺丙基甜菜碱、月桂酰胺丙基甜菜碱或月桂酰胺丙基氧化胺，所述起泡剂的含量为0.01-0.3份。
进一步地，所述气体产生剂为不溶于水的酸和溶于水的盐的组合物；不溶于水的酸包括苯甲酸、硬脂酸；所述酸的含量为0.1-6，优选0.1-3；所述溶于水的盐包括碳酸氢铵、碳酸氢钠、碳酸钠；所述盐的含量为0.1-6，优选0.1-3份。
进所述水凝胶增稠剂是高分子吸水聚合物；所述高分子吸水聚合物包括聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钾、聚乙烯醇、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、丙烯酸共聚物、黄原胶、琼脂粉、瓜尔胶、聚乙烯醇、海藻酸钠中的一种或多种。
所述高分子水凝胶吸水聚合物含量优选0.1-10份，更优选为0.1-3份。
所述水凝胶增稠剂溶于水形成水溶液，在常温下含有一种分散悬浮的高吸水聚合物粉末、琼脂粉或高结晶度的聚乙烯醇粉末，粉末粒径为1-100um，优选1-50 um。
所述高吸水聚合物粉末的含量为0.1-5份，优选0.5-2份；
所述水凝胶增稠剂是无机吸水物质；所述无机吸水物质包括膨润土、硅藻土、气相二氧化硅、硅酸镁铝及硅酸镁锂中的一种或多种；
所述无机吸水物质的含量为0-15份，优选1-10份，更优选1-5份。
所述水凝胶增稠剂是高分子吸水聚合物与无机吸水物质的组合物。
所述冰点降低剂为醇的组合物；所述醇包括木糖醇、山梨醇、甘露醇、乙二醇、丙二醇及生物基乙二醇、丙二醇中的一种或多种。
所述膨胀阻燃剂包括膨胀石墨和蛭石，所述膨胀石墨含量为1-15份，优选1-10份；所述膨胀蛭石的含量为1-15份，优选1-10份。
所述杀菌剂为十二烷基二甲基苄基氯化铵、聚季铵盐、苯并异噻唑啉酮、戊二醛、苯甲酸钠。
实施例22
防火隔热水凝胶的制备方法，将水凝胶增稠剂在常温下或加热下溶解成浓度范围为0.1%-10%的液体，再将高吸水聚合物粉末分散在已溶解的液体中，再将适当含量的冰点降低剂、膨胀泡沫物质、膨胀阻燃填料、起泡剂及杀菌剂分散在上述溶液中形成均匀的液体。
通过本发明的上述实施例，凝胶膜内的凝胶可以在包装箱未被烧毁时释放出凝胶，从而对包装箱的火灾进行预防，降温及隔热。
通过本发明的上述实施例，凝胶膜内的凝胶可以一次性释放出大量的凝胶，起到及时、深度的灭火降温作用，凝胶释放后，凝胶条内的压力降低，但凝胶条内仍然存放有少量凝胶，起到持续的隔热降温作用。
通过本发明的上述实施例，凝胶膜内的凝胶可以只释放出少量的凝胶，而且只在加热处释放凝胶，凝胶条只在加热处膨胀而其它部位不膨胀或缓慢膨胀，从而起到持久的隔热降温作用。
实施例23
一种防火降温水凝胶，包括以下质量份数的各成分：
11份的水凝胶增稠剂；
26份的冰点降低剂；
22份的膨胀泡沫物质；
7份的膨胀阻燃剂；
0.05份的起泡剂；
7份的气体产生剂；
0.03份的杀菌剂；
100份的水。
所述膨胀泡沫物质包括水性聚氨酯、环氧改性水性聚氨酯或水性醋酸-乙烯聚合物。
所述起泡剂为表面活性剂，所述表面活性剂包括硫酸盐类阴离子表面活性剂、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、月桂基磺化琥珀酸单脂二钠、单十二烷基磷酸酯钾、月桂醇醚磷酸酯钾、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵、椰油酰胺丙基甜菜碱、月桂酰胺丙基甜菜碱或月桂酰胺丙基氧化胺。
进一步地，所述气体产生剂为不溶于水的酸和溶于水的盐的组合物；不溶于水的酸包括苯甲酸、硬脂酸；所述溶于水的盐包括碳酸氢铵、碳酸氢钠、碳酸钠。
进所述水凝胶增稠剂是高分子吸水聚合物；所述高分子吸水聚合物包括聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钾、聚乙烯醇、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、丙烯酸共聚物、黄原胶、琼脂粉、瓜尔胶、聚乙烯醇、海藻酸钠中的一种或多种。
所述水凝胶增稠剂溶于水形成水溶液，在常温下含有一种分散悬浮的高吸水聚合物粉末、琼脂粉或高结晶度的聚乙烯醇粉末，粉末粒径为40 um。
所述水凝胶增稠剂是无机吸水物质；所述无机吸水物质包括膨润土、硅藻土、气相二氧化硅、硅酸镁铝及硅酸镁锂中的一种或多种；
所述水凝胶增稠剂是高分子吸水聚合物与无机吸水物质的组合物。
所述冰点降低剂为醇的组合物；所述醇包括木糖醇、山梨醇、甘露醇、乙二醇、丙二醇及生物基乙二醇、丙二醇中的一种或多种。
所述膨胀阻燃剂包括膨胀石墨和蛭石。
所述杀菌剂为十二烷基二甲基苄基氯化铵、聚季铵盐、苯并异噻唑啉酮、戊二醛、苯甲酸钠。
实施例24
防火降温水凝胶的制备方法，将水凝胶增稠剂在常温下或加热下溶解成浓度范围为5%的液体，再将高吸水聚合物粉末分散在已溶解的液体中，再将适当含量的冰点降低剂、膨胀泡沫物质、膨胀阻燃填料、起泡剂及杀菌剂分散在上述溶液中形成均匀的液体。
Claims (3)
1.一种防火降温水凝胶，其特征在于：包括以下质量份数的各成分：
0.05-20份的水凝胶增稠剂；
5-35份的冰点降低剂；
1-30份的膨胀泡沫物质；
1-15份的膨胀阻燃剂；
0.01-1份的起泡剂；
1-15份的气体产生剂；
0.01-1份的杀菌剂；
至少50份的水；
所述水凝胶增稠剂是水溶性高分子聚合物与无机吸水物质的组合物；
所述水溶性高分子聚合物包括聚丙烯酰胺及其共聚物、聚丙烯酸盐及其共聚物、羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、黄原胶、琼脂粉、瓜尔胶、聚乙烯醇、海藻酸钠中的一种或多种；
所述无机吸水物质包括膨润土、硅藻土、气相二氧化硅、硅酸镁铝及硅酸镁锂中的一种或多种；所述水凝胶增稠剂还含有一种需要加热才能溶于水、在常温下分散悬浮于水溶液中的高吸水聚合物粉末，包括琼脂粉或高结晶度的聚乙烯醇粉末，粉末粒径为1-100um；
所述膨胀泡沫物质包括水性聚氨酯、环氧改性水性聚氨酯、水性醋酸-乙烯聚合物中的一种；
所述起泡剂为表面活性剂，所述表面活性剂包括硫酸盐类阴离子表面活性剂、椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、月桂基磺化琥珀酸单脂二钠、单十二烷基磷酸酯钾、月桂醇醚磷酸酯钾、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵、椰油酰胺丙基甜菜碱、月桂酰胺丙基甜菜碱或月桂酰胺丙基氧化胺；
所述气体产生剂为不溶于水的酸和溶于水的盐的组合物；不溶于水的酸包括苯甲酸或硬脂酸；所述溶于水的盐包括碳酸氢盐或碳酸盐；所述膨胀阻燃剂包括膨胀石墨和蛭石。
2.根据权利要求1所述的一种防火降温水凝胶，其特征在于：所述冰点降低剂为木糖醇、山梨醇、甘露醇、乙二醇、丙二醇及生物基乙二醇、丙二醇中的一种或多种；所述杀菌剂为十二烷基二甲基苄基氯化铵、聚季铵盐、苯并异噻唑啉酮、戊二醛、苯甲酸钠。
3.一种如权利要求1或2所述的防火降温水凝胶的制备方法，其特征在于：将水凝胶增稠剂在常温下或加热下溶解成浓度范围为0.1%-10%的液体，再将高吸水聚合物粉末分散在已溶解的液体中，再将冰点降低剂、膨胀泡沫物质、膨胀阻燃剂、起泡剂及杀菌剂分散在上述溶液中形成均匀的液体。
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