CN102114315A - 一种吸水树脂灭火剂及其应用 - Google Patents

Abstract

一种吸水树脂灭火剂及其应用，其吸水树脂灭火剂结构式如下：

其中，分子量的范围为6×10⁶～8×10⁶，单体接枝方式为三元无规共聚，其RCellOH为羧甲基纤维素，n为丙烯酸钠聚合度，m为AMPS聚合度，t为羧甲基纤维素聚合度；其应用是将高吸水性树脂分别溶于其自身质量的2000倍、1000倍、667倍水中，快速搅拌使其充分溶胀，并迅速加入灭火器中，配置成质量分数分别为0.05％、0.1％、0.15％的灭火剂。其次是将所制得的质量分数为0.05％、0.1％、0.15％的灭火剂分别用于草原、森林和建筑物火灾。本发明对森林和草原火灾灭火后，残留物能吸收雨水使其对植物起到保水作用并能够自然降解，灭火环境友好。

Description

一种吸水树脂灭火剂及其应用

技术领域

本发明涉及一种吸水树脂，并将其用作灭火剂，具体地讲是一种含有羧基、羟基、磺酸基和酰氨基等强亲水基团的高分子聚合物，与水混合后形成吸水凝胶抑制火势分散并扑灭火灾的一种吸水树脂灭火剂及其应用。

背景技术

吸水树脂具有一定的交联性，能够与水发生水合作用，吸收自身质量数百倍甚至数千倍的水，从而具有一定的灭火性能。

现有公开报道的文献，天津理工学院生物与化学工程学院的张杰、王强、曹爱丽于2004年3月发表在天津理工学院学报上的论文，“淀粉接枝丙烯酸制备高分子灭火剂”中，其丙烯酸中和液、引发剂和交联剂同一时间加入反应器中反应，使用过硫酸钾和亚硫酸氢钠作为引发体系，其产品存在一些不足，一是由于引发反应时间短，使单体自由基减少，使得产物接枝率下降，不利于产物的吸水灭火；二是由于交联剂加入过早，使得产物未能形成整体的三维网状结构，从而导致产物吸水率、保水率均较低，从而灭火性能较差；三是由于原料及工艺导致其成本较高。

上海应用技术学院土木建筑与安全工程学院，周波于2008年3月发表在上海应用技术学院学报上的论文，“新型高分子水系灭火剂的制备及其灭火性能研究”，其产品仍然存在一些不足，一是由于只有淀粉和丙烯酸作为其单体，以致高分子聚合物只有羟基和羧基两种亲水基团，不易与水发生水合反应从而吸收水分，导致灭火性能较差；二是由于反应过程中未使用任何交联剂，以致高分子聚合物没有形成三维网状结构，不能使大量水分束缚在三维网状结构中发挥吸水性能。其产品吸水倍率仅为300g/g，吸水后热容较小，不能够有效地扑灭火灾。

河南理工大学的余明高等人于2008年9月发表在煤炭科学技术上的的论文“高吸水树脂的制备及防灭火特性试验”，由于其制备过程中先加入引发剂后加入交联剂，导致其产品存在产品分子量低、分子链短、未形成三维网络结构，以致其产品吸水倍率为200g/g、吸水速率为16g/min、80℃环境下静置4h保水率为75％，产品存在吸水倍率和吸水速率较低，保水性能差等缺点。

公开号为CN1557516A，公开了一种“高吸水性树脂吸水凝胶灭火剂及其应用”发明专利，其灭火剂与水混合需要半小时的时间，才能形成吸水凝胶，以致当火灾突发时需要一定时间溶胀，不能及时快速有效的扑灭火灾。

发明内容

本发明针对现有吸水性树脂灭火剂存在的吸水倍率和吸水速率偏低，耐热性较差，成本偏高等问题，提供一种吸水树脂灭火剂及其应用。

基于上述问题和目的，本发明所述的一种吸水树脂灭火剂的结构表达式如下：

其分子量的范围为6×10⁶～8×10⁶，单体接枝方式为三元无规共聚，其中RCellOH为羧甲基纤维素，n为丙烯酸钠聚合度，m为AMPS聚合度，t为羧甲基纤维素聚合度。

本发明上述的一种吸水树脂灭火剂的应用，首先是将高吸水性树脂分别溶于其自身质量2000倍、1000倍、667倍的水中，快速搅拌使其充分溶胀，并迅速加入灭火器中，配置成质量分数分别为0.05％、0.1％、0.15％的灭火剂。其次是将所制得的质量分数为0.05％、0.1％、0.15％的灭火剂分别用于草原、森林和建筑物等A类火灾。

本发明上述的一种吸水树脂灭火剂及其应用，是在现有技术的基础上，首先是通过对其制备过程中的接枝共聚和交联的改进，使其吸水树脂内部形成三维空间网络结构，吸水速率显著增大，并能将水分牢固束缚，经测试其吸水速率达到90g/min，为吸水树脂吸水后用作火灾扑灭剂创造了条件，当火灾发生时能够有效地用于扑灭火灾；其次是通过引入无机盐，使得其耐热性相对较其它吸水树脂得到很大改善，在1000℃时的吸水树脂灭火剂失重约为60％，比同类吸水树脂失重少约20个百分点，以致其在高温下不会被大量热解，从而相对其它树脂能吸收更多的水，发挥更大的灭火效果。

本发明是以羧甲基纤维素和丙烯酸为原料，所制备的吸水树脂灭火剂无毒，并且价格低廉，具有较好的经济效益。

本发明吸水树脂灭火剂为白色粉末，便于运输、储存和携带，对森林和草原等火灾灭火之后，其残留物能够吸收雨水使其对植物起到保水作用，而且还能够自然降解，在扑灭火灭之后，环境友好，不会对环境造成破坏和污染。

附图说明

图1是现有原料羧甲基纤维素扫描电镜图。

图2是本发明吸水树脂灭火剂扫描电镜图。

图3是本发明吸水树脂灭火剂热重分析图。

具体实施方式

本发明一种吸水树脂灭火剂及其应用的具体实施方式进一步详细说明如下：

实施例1

实施本发明的一种吸水树脂灭火剂及其应用是以羧甲基纤维素，丙烯酸，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸为原料，用过硫酸钾为引发剂，N，N′-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，并加入一定量的丙烯腈和无机盐，在一定温度下，经接枝共聚反应制备吸水树脂。具体实施方法如下：

步骤一、将盛有8-12份的丙烯酸溶液的烧杯置于冰水浴中，然后将质量分数30％的氢氧化钠溶液缓缓倒入丙烯酸溶液中，搅拌至沉淀消失，即得丙烯酸中和液，待用；

步骤二、将反应器置入水浴锅中，再将20ml蒸馏水加入反应器中，加热到50℃-70℃，然后将1-3份的羧甲基纤维素(CMC)加入反应器中，搅拌糊化15min-20min至羧甲基纤维素呈凝胶状；

步骤三、在反应器中持续通入氮气，然后加入0.05-0.20份的过硫酸钾作引发剂，引发反应10min-30min；

步骤四、加入中和度为65％-90％的丙烯酸溶液、2-5份的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和0.5-2份的丙烯腈溶液，反应15min-20min；

步骤五、加入0.01-0.04份的N，N′-亚甲基双丙烯酰胺作交联剂和无机盐反应1.5h-2.5h后，得到产物，然后分别用乙醇和蒸馏水洗涤两次，然后干燥至恒重，再粉碎制得产物，其结构式如下：

其中，分子量的范围为6×10⁶～8×10⁶，单体接枝方式为三元无规共聚，其RCellOH为羧甲基纤维素，n为丙烯酸钠聚合度，m为AMPS聚合度，t为羧甲基纤维素聚合度。

步骤六、将上述粉碎所得产物分别溶于其自身质量2000倍、1000倍、667倍的水中，快速搅拌使其充分溶胀，并迅速加入灭火器中，配置成质量分数分别为0.05％、0.1％、0.15％的灭火剂。其次是将所制得的质量分数为0.05％、0.1％、0.15％的灭火剂分别用于草原、森林和建筑物等A类火灾。

本发明吸水树脂灭火剂一是利用羧甲基纤维素、丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸作为单体，使所制得吸水树脂拥有羟基、羧基、酰胺基和磺酸基等强亲水基团，以致能够很好地束缚水分，发挥良好的吸水效果；二是利用适量的过硫酸钾作为引发剂，并合理控制过硫酸钾在反应中的加入时机，使吸水树脂接枝率大大提高，从而提高了吸水树脂吸水倍率；三是利用适量的N，N′-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，并合理控制N，N′-亚甲基双丙烯酰胺在反应中的加入的时机，使吸水树脂具有合适的交联度，使其吸水树脂的吸水倍率和吸水速率都大幅增加；四是丙烯腈和无机盐的引入，可以提高产物的耐热性，以致其在高温下不会被大量热解，从而相对其它树脂能吸收更多的水，发挥更好的灭火效果。

本发明通过扫描电镜对其吸水树脂灭火剂进行结构检测如下：

附图1，是现有原料羧甲基纤维素的扫描电镜图，由图可知，羧甲基纤维素表面比较平滑，具有少量的致密片状结构，没有孔洞，以致无法很好地吸收和保持水分。

附图2，是本发明吸水树脂灭火剂的扫描电镜图，由图可知，经过其接枝共聚之后的产物，表面具有许多孔洞，且具有裂缝和蓬松的层状结构，一经吸水，孔洞可以有效地吸收和保持水分，层状结构膨胀，致使层间距离变大，增加了树脂与水之间接触的表面积，使其树脂吸水倍率和吸水速率迅速增大，其吸水速率为90g/min，吸水倍率为1000g/g。

本发明通过热重分析仪对其吸水树脂灭火剂进行热重分析如下：

附图3，是本发明吸水树脂灭火剂热重分析图，由图可知，在1000℃时吸水树脂灭火剂失重约为60％，而其它吸水树脂灭火剂1000℃时失重率接近80％，说明本吸水树脂灭火剂产品具有一定的耐热性，当火场温度很高时，本吸水树脂灭火剂相对其它灭火剂能发挥更大的灭火效果。

实施例2

实施本发明所述的一种吸水树脂灭火剂的应用，是将上述实施例1中所制备的吸水树脂灭火剂粉碎后，分别溶于其自身质量的2000倍、1000倍和667倍的水中，快速搅拌使其充分溶胀，并迅速装入灭火器中，配置成质量分数分别为0.05％、0.1％、0.15％的灭火剂。其次是将所制得的质量分数为0.05％、0.1％、0.15％的灭火剂，将它们分别用于灭火，并对其灭火性能进行比较，得出最佳灭火剂浓度配比。

根据国标GB 4066.2-2004，采用自行设计的灭火方式。在试验温度为18℃，风速为2m/s的条件下，将50根规格为12mm×12mm×210mm，含水率为9％-12％的松木，分成10层搭在四根水泥方柱上，其中每层松木根数为5，松木下方设置有一个放置规格为230mm×230mm×80mm的铜质油盘，在油盘内倒入1升90号车用无铅汽油，引燃木垛，当油盘内的燃料烧尽后，撒出油盘。在点燃燃料的同时开始计时，当木垛燃烧到失重40％左右时(预燃时间约为2.5min～3.0min)开始灭火，用测温仪测试火焰中心温度，并记录下最高温度。

(1)直接将自来水装入灭火器中，将其从距离木垛1.8m处开始喷射，然后随意从12mm×12mm×210mm着火木垛的顶面、前面和两侧进行喷射，喷射后再计时，用秒表测试温度分别为300℃和225℃时所用时间，至15min时再观察木垛有无复燃、阴燃现象。

(2)将制好的浓度为0.05％、0.1％、0.15％的吸水树脂灭火剂装入灭火器中，将其从距离木垛1.8m处开始喷射，然后随意从12mm×12mm×210mm着火木垛的顶面、前面和两侧进行喷射，喷射后再计时，用秒表测试温度分别为300℃和225℃时所用时间，至15min时再观察木垛有无复燃、阴燃现象。

将所得数据分别记录，得出表1不同浓度灭火剂灭木垛火试验结果如下

表1

从表1中可以看出，在火焰中心温度为740℃左右的条件下，使用本发明吸水树脂灭火剂产品使火焰中心温度从最高740℃降至300℃和225℃所用时间比直接使用自来水所用时间较短，并且15min后无复燃现象，特别是吸水树脂与水配比为0.15％的灭火剂，使火焰中心最高温度降至225℃所用时间是72秒，将近是直接使用自来水灭火所用时间190秒的三分之一，说明本发明吸水性树脂用作灭火剂能够很好地保住水分，提高水的粘度，降低水的流动性，防止水流损失，并且形成稳定的凝胶层，隔绝火源与空气，可显著降低着火点温度，扑灭火灭效果比较明显。

实施例3

下面对本发明吸水树脂灾火剂在草原火灾中灾火的应用作出进一步的说明：

将本发明吸水性树脂分别溶于其自身质量的2000倍水中，快速搅拌使其充分溶胀，并迅速装入灭火器中，配置成质量分数为0.05％的灭火剂。

在风速为6-12m/s，温度为0-25℃，空气相对湿度为35％-55％的大气环境下，热辐射范围为40-50kw/m²，草木表面温度为500-700℃，灭火时着火面积为500-1000m²的草原火灾，使用本发明质量分数为0.05％的灭火剂，从火焰四周距离其外延10-15m的位置喷射，水枪喷射出口速度为70-100m/s，5-7min使火势完全熄灭并且无复燃现象。

实施例4

下面对本发明吸水树脂灾火剂在森林火灾中灾火的应用作出进一步说明：

将本发明吸水性树脂分别溶于其自身质量的1000倍水中，快速搅拌使其充分溶胀，并迅速加入灭火器中，配置成质量分数为0.1％的灭火剂。

在风速为4-9m/s，温度为0-25℃，空气相对湿度为30％-60％的大气环境下，热辐射范围为40-50kw/m²，树木表面温度为500-700℃，灭火时着火面积为500-1000m²的森林火灾，使用本发明质量分数为0.1％的灭火剂，从火焰四周距离其外延10-15m的位置喷射，水枪喷射出口速度为70-100m/s，3-5min使火势完全熄灭并且无复燃现象。

实施例5

下面对本发明吸水树脂灾火剂在建筑火灾中灾火的应用作出进一步说明：

将本发明吸水性树脂分别溶于其自身质量的667倍水中，快速搅拌使其充分溶胀，并迅速加入灭火器中，配置成质量分数为0.15％的灭火剂。

在风速为2-6m/s，温度为0-25℃，空气相对湿度为45％-65％的大气环境下，热辐射范围为40-50kw/m²，建筑物表面温度为500-700℃，灭火时着火面积为500-1000m²的建筑火灾，使用本质量分数为0.05％的灭火剂，从火焰四周距离其外延10-15m的位置喷射，水枪喷射出口速度为70-100m/s，2-4min使火势完全熄灭并且无复燃现象。

上述本发明吸水树脂灾火剂应用于草原、森林和建筑物等火灾中进行灭火，是根据其实验结果进行理论分析所述，在实际灭火应用中，可根据其现场火势进行适当调整配比即可进行实地灭火。

Claims (2)

1.一种吸水树脂灭火剂，其结构表达式如下：

其中：分子量的范围为6×10⁶～8×10⁶，单体接枝方式为三元无规共聚，其RCellOH为羧甲基纤维素，n为丙烯酸钠聚合度，m为AMPS聚合度，t为羧甲基纤维素聚合度。

2.一种权利要求1所述吸水树脂灭火剂的应用，其应用是将吸水性树脂分别溶于其自身质量的2000倍、1000倍、667倍水中，快速搅拌使其充分溶胀，配置成质量分数分别为0.05％、0.1％、0.15％的灭火剂，并迅速装入灭火器中，分别用于草原、森林和建筑物火灾的灭火。

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