CN108926796A - 一种高分子降温水凝胶灭火剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高分子降温水凝胶灭火剂及其制备方法，属于灭火材料技术领域。其包括聚丙烯腈系树脂0.1‑1％、沸石1‑3％、氢氧化铝1‑2％、碳酸氢钠2‑10％、聚丙烯酰胺0.1‑1％、聚磷酸铵2‑6％、渗透剂0.1‑5％、分散剂1‑2％、水70‑92.7％。本发明提供了一种高分子降温水凝胶灭火剂，主要用来扑救A类火灾(指固体物质火灾)。本发明是一种节水性能高，灭火性能好，且具有降温作用的灭火剂，能降低生产成本，避免死灰复燃。本发明结构稳定，工艺简单，使用方便。

Description

一种高分子降温水凝胶灭火剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及灭火材料技术领域，具体涉及一种高分子降温水凝胶灭火剂及其制备方法。

技术背景

火灾对人类的生命财产安全构成了极大的威胁，采取快速有效地灭火产品，及时扑灭火灾是挽救人员生命财产安全损失的必要手段。在众多类型的灭火剂中，水是最常用的灭火剂。水对燃烧物质具有显著地冷却作用，且具有廉价易得，来源广泛，对环境无污染等优点。但是水的流动性很强，容易流失，持续时间短，利用率低。因此，在水中添加试剂，制备水系灭火剂来提高水的灭火性能，减少水的流失已成为非常紧迫的重要研究课题。

现阶段高分子水凝胶灭火剂大多是以吸水树脂，阻燃剂以及其他成分合成呈粉状体与水混合后得到凝胶。其中吸水树脂作为新型的吸水材料，能吸收其自身重量数百倍、甚至上千倍的水，并且具有很强的保水能力。但是吸水性树脂产量少、成本高，同时存在结构不稳定，工艺复杂等缺点，不能大批量的制备灭火剂。因此发明提出一种新型高分子降温水凝胶灭火剂，具备成本低廉、性能稳定并且具有良好的灭火效果。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种高分子降温水凝胶灭火剂及其制备方法，具有降温作用，节水性能高，灭火性能好的特点，而且成本低，能避免复燃，结构稳定，工艺简单，使用方便。

本发明所采用的技术方案，一种高分子降温水凝胶灭火剂，其特征在于，各个组分质量百分比如下：聚丙烯腈系树脂0.1-1％、沸石1-3％、氢氧化铝1-2％、碳酸氢钠2-10％、聚丙烯酰胺0.1-1％、聚磷酸铵2-6％、渗透剂0.1-5％、分散剂1-2％、水70-92.7％。

所述高吸水性树脂选用聚丙烯腈系树脂；

所述聚丙烯酰胺为阳离子型聚丙烯酰胺，其分子量大于600万；阳离子聚丙烯酰胺主要是絮凝带负电荷的胶体。其水溶性好，在冷水中也能完全溶解，添加少量阳离子聚丙烯酰胺产品，即具有极大的絮凝效果。

所述沸石为铝硅酸钠，所述沸石的粒径小于2um，比表面积大于12m²/g；

所述渗透剂为烷基磺酸钠、烷基萘磺酸钠、α-烯基磺酸钠中的一种；

所述分散剂为聚乙二醇。

一种高分子降温水凝胶灭火剂的制备方法，该方法步骤如下：

(1)将高吸水性树脂溶于水中，用恒温水浴加热控温，加热至60-75℃，随后加入氢氧化铝、沸石、聚磷酸铵，在1000r/min下搅拌20-35min得混合物A；

(2)依次将聚丙烯酰胺、分散剂、渗透剂加入上述混合物A中，搅拌30-90min后得混合物B；

(3)再向混合物B中加入碳酸氢钠，搅拌均匀得凝胶灭火剂。

本发明的有益效果为：

1.采用聚丙烯腈系树脂作为原料制备，聚丙烯腈系树脂由腈纶废丝经水解后，用氢氧化铝交联得到吸水达自重700倍的高吸水树脂，可大大降低成本，实现废物利用，并且交联后的树脂可以迅速熔化，在可燃物表面形成覆盖膜，阻断燃烧，提高了灭火效能；

2.采用沸石作为吸水材料，由于沸石晶体的硅(铝)氧四面体有许多空洞和孔道，可吸附并储存大量水分子，吸水性强，同时其结晶骨架在高温下不易被破坏，结构稳定，可代替一部分吸水树脂，从而降低吸水树脂的用量，进一步降低成本；

3.灭火剂中加入聚磷酸铵，作为阻燃剂，性能优良，加入碳酸氢钠，碳酸氢钠高温下受热易分解，吸收热量。产生的二氧化碳可以覆盖在可燃物上方，将可燃物与周边的空气隔开，具有较好的阻燃灭火功能；

4.采用本发明的原料和配方，制备的高分子凝胶灭火剂中富含大量水分、将其喷洒在可燃物表面，当火源临近时水分蒸发消耗大量的热量，从而降低可燃物表面温度。并且高分子凝胶具有一定的凝胶强度，能够在可燃物表面形成一定厚度的凝胶层，在火源与可燃物之间形成绝氧层，并且高分子凝胶还具有粘性，不仅可以在平面发挥作用，即使90°的垂直表面也可以附着，大大增强灭火的效果；

5.本发明中各组分之间具有协同作用，相对于单纯的混合使用产生了显著的进步，从而有效控制火势蔓延趋势，显著提高灭火效率。

具体实施方式

实施例1

一种高分子降温水凝胶灭火剂，各个组分的质量百分比如下：聚丙烯腈系树脂0.2％、沸石1.5％、氢氧化铝1.25％、碳酸氢钠2.3％、聚丙烯酰胺0.2％、聚磷酸铵2.75％、渗透剂2％、分散剂1％、水88.8％。

所述聚丙烯酰胺为阳离子型，其分子量800万，沸石粒径为1.8um，比表面积为12m²/g，所述渗透剂为烷基磺酸钠，所述分散剂为聚乙二醇。

一种制备高分子降温水凝胶灭火剂的方法，该方法步骤如下：

(1)将聚丙烯腈系树脂溶于水中，用恒温水浴加热控温，加热至60℃，加入氢氧化铝、沸石、聚磷酸铵溶在1000r/min下搅拌20min得混合物A；

(2)依次将阳离子聚丙烯酰胺、分散剂、渗透剂加入上述混合物A中，搅拌30min均匀得混合物B；

(3)再向混合物B中加入碳酸氢钠，搅拌均匀得凝胶灭火剂。

实施例2

一种高分子降温水凝胶灭火剂，各个组分的质量百分比如下：聚丙烯腈系树脂0.5％、沸石2.3％、氢氧化铝1.5％、碳酸氢钠5.5％、聚丙烯酰胺0.5％、聚磷酸铵4.5％、渗透剂3％、分散剂1.5％、水80.7％。

所述聚丙烯酰胺为阳离子型，其分子量为1000万，沸石粒径1.7m，比表面积为18m²/g，所述渗透剂为烷基萘磺酸钠，所述分散剂为聚乙二醇。

一种制备高分子降温水凝胶灭火剂的方法，该方法步骤如下：

(1)将聚丙烯腈系树脂溶于水中，用恒温水浴加热控温，加热至70℃，加入氢氧化铝、沸石、聚磷酸铵溶在1000r/min下搅拌30min得混合物A；

(2)依次将阳离子聚丙烯酰胺、分散剂、渗透剂加入上述混合物A中，搅拌60min均匀得混合物B；

(3)再向混合物B中加入碳酸氢钠，搅拌均匀得凝胶灭火剂。

实施例3

一种高分子降温水凝胶灭火剂，各个组分的质量百分比如下：聚丙烯腈系树脂0.75％、沸石2.55％、氢氧化铝1.7％、碳酸氢钠7.8％、聚丙烯酰胺0.7％、聚磷酸铵5.8％、渗透剂4％、分散剂1.7％、水75％。

所述聚丙烯酰胺为阳离子型，其分子量1100万，沸石粒径为1um，比表面积为13.5m²/g，所述渗透剂为a—烯基磺酸钠，所述分散剂为聚乙二醇。

一种制备高分子降温水凝胶灭火剂的方法，该方法步骤如下：

(1)将聚丙烯腈系树脂溶于水中，用恒温水浴加热控温，加热至75℃，加入氢氧化铝、沸石、聚磷酸铵溶在1000r/min下搅拌35min得混合物A；

(2)依次将阳离子聚丙烯酰胺、分散剂、渗透剂加入上述混合物A中，搅拌90min均匀得混合物B；

(3)再向混合物B中加入碳酸氢钠，搅拌均匀得凝胶灭火剂。

对比例1

对比例1与实施例1相比，在高分子降温水凝胶灭火剂原料中缺少氢氧化铝，具体方案如下：聚丙烯腈系树脂0.8％、沸石1.5％、碳酸氢钠2.3％、聚丙烯酰胺0.2％、聚磷酸铵2.75％、渗透剂2％、分散剂1％、水89.45％。

所述聚丙烯酰胺为阳离子型，其分子量800万，沸石粒径为1.8um，比表面积为12m²/g，所述渗透剂为烷基磺酸钠，所述分散剂为聚乙二醇。

一种制备高分子降温水凝胶灭火剂的方法，该方法步骤如下：

(1)将聚丙烯腈系树脂溶于水中，用恒温水浴加热控温，加热至60℃，加入沸石、聚磷酸铵溶在1000r/min下搅拌20min得混合物A；

(2)依次将阳离子聚丙烯酰胺、分散剂、渗透剂加入上述混合物A中，搅拌30min均匀得混合物B；

(3)再向混合物B中加入碳酸氢钠，搅拌均匀得凝胶灭火剂。

对比例2

对比例2与实施例2相比，在高分子降温水凝胶灭火剂原料中缺少沸石，增加聚丙烯腈系树脂用量，具体方案如下：

聚丙烯腈系树脂0.9％、氢氧化铝1.5％、碳酸氢钠5.5％、聚丙烯酰胺0.5％、聚磷酸铵4.5％、渗透剂3％、分散剂1.5％、水82.6％。

所述聚丙烯酰胺为阳离子型，其分子量为1000万，沸石粒径1.7m，比表面积为18m²/g，所述渗透剂为烷基萘磺酸钠，所述分散剂为聚乙二醇。

一种制备高分子降温水凝胶灭火剂的方法，该方法步骤如下：

(1)将聚丙烯腈系树脂溶于水中，用恒温水浴加热控温，加热至70℃，加入氢氧化铝、聚磷酸铵溶在1000r/min下搅拌30min得混合物A；

(2)依次将阳离子聚丙烯酰胺、分散剂、渗透剂加入上述混合物A中，搅拌60min均匀得混合物B；

(3)再向混合物B中加入碳酸氢钠，搅拌均匀得凝胶灭火剂。

对比例3

对比例3与实施例2相比，在高分子降温水凝胶灭火剂原料中缺少碳酸氢钠，具体方案如下：

聚丙烯腈系树脂0.9％、沸石2.3％、氢氧化铝1.5％、聚丙烯酰胺0.5％、聚磷酸铵4.5％、渗透剂3％、分散剂1.5％、水85.8％。

所述聚丙烯酰胺为阳离子型，其分子量1100万，沸石粒径为1um，为13.5m²/g，所述渗透剂为a—烯基磺酸钠，所述分散剂为聚乙二醇。

一种制备高分子降温水凝胶灭火剂的方法，该方法步骤如下：

(1)将聚丙烯腈系树脂溶于水中，用恒温水浴加热控温，加热至75℃，加入氢氧化铝、沸石、聚磷酸铵溶在1000r/min下搅拌35min得混合物A；

(2)依次将阳离子聚丙烯酰胺、分散剂、渗透剂加入上述混合物A中，搅拌90min均匀得凝胶灭火剂。

实验数据：

活化能是表征燃烧材料化学活性的重要热力学参数，被水及水系灭火剂处理的可燃材料活化能越大，说明可燃材料抗燃效果越好，灭火剂的防、灭火性能越好。利用F-K自燃理论得出水、实施例1-3和对比例1-3高分子降温水凝胶灭火剂作用与煤的活化能，具体结果见表1。

表1对比例与实施例作用与煤的活化能

点燃20目的原煤，喷洒实施例1-3和对比例1-3的高分子灭火水凝胶水溶液(高分子灭火水凝胶与水的质量比为1：20-25)，喷洒后测得煤样熄灭时间，具体结果见表2。

表2灭火实验结果

实施例	熄灭时间(s)	是否复燃
			对比例(水)	140	有
实施例1	89	否
			实施例2	83	否
实施例3	77	否
			对比例1	129	否
对比例2	104	否
			对比例3	116	有

通过表1和表2的数据，证明了实施例1-3的中各组分之间具有协同作用，高分子灭火水凝胶可以有效控制火势蔓延趋势，显著提高灭火效率。

Claims (3)

1.一种高分子降温水凝胶灭火剂，其特征在于，原料组分质量百分比如下：

2.根据权利要求1所述的一种高分子降温水凝胶灭火剂，其特征在于，所述高吸水性树脂选用聚丙烯腈系树脂；所述沸石为铝硅酸钠，沸石粒径小于2um，比表面积大于12m²/g；所述聚丙烯酰胺为阳离子型聚丙烯酰胺，其分子量大于600万；所述渗透剂为烷基磺酸钠、烷基萘磺酸钠、α-烯基磺酸钠中的一种；所述分散剂为聚乙二醇。

3.一种根据权利要求1所述的高分子降温水凝胶灭火剂的制备方法，其特征在于，所述方法步骤如下：

(1)将高吸水性树脂溶于水中，用恒温水浴加热控温，加热至60-75℃，随后加入氢氧化铝、沸石、聚磷酸铵，在1000r/min下搅拌20-35min得混合物A；

(2)依次将聚丙烯酰胺、分散剂、渗透剂加入上述混合物A中，搅拌30-90min后得混合物B；

(3)再向混合物B中加入碳酸氢钠，搅拌均匀得凝胶灭火剂。