CN109422854A - 适用于a类和b类火灾灭火剂的高分子凝胶 - Google Patents

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黄寅生
张冬冬
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Abstract

本发明公开了一种适用于A类和B类火灾灭火剂的高分子凝胶。所述的高分子凝胶通过先将丙烯酸与氢氧化钠混合制得中和液，然后在50～70℃下，在中和液中依次加入羧甲基纤维素钠、2‑丙烯酰氨基‑2‑甲基‑1‑丙烷硫酸、交联剂、引发剂，再依次加入碳酸氢钠、磷酸二氢钠和13X分子筛，配制聚合液，通过聚合反应制得高吸水性树脂，切成2～3mm的颗粒制得。本发明的高分子凝胶制备方法简单，使用方便，吸水量高，吸水量达到513g/g，吸普通水基灭火剂达到75g/g，可应用于A类固体火灾和B类油类火灾，成本低廉，适合批量化生产，作为灭火剂材料应用广泛。

Description

适用于A类和B类火灾灭火剂的高分子凝胶
技术领域
本发明涉及一种适用于灭火剂的高分子凝胶，特别涉及一种适用于A类和B类火灾灭火剂的高分子凝胶，属于灭火剂制备技术领域。
背景技术
80年代，黄美玉等人以丙烯酸为主要原料，采用溶液聚合法制得高吸水性树脂，其吸水倍率达到了400g/g以上(黄美玉等.超高吸水性聚丙烯酸钠的制备[J].高分子学报,1984,1(2):129-132.)。90年代至今，高吸水性树脂的研究和应用有了显著进步，不仅逐步提高了相关性能也优化了制作工艺。朱秀林等人以丙烯酸和丙烯酰胺为共聚单体，添加适量高岭土，采用反相悬浮的聚合方法制备高吸水性树脂，显著增加了高吸水性树脂的吸液速率和耐盐性(朱秀林,顾梅.高岭土—聚丙烯酸钠高吸水性复合树脂的合成及性能研究[J].高分子材料科学与工程,1994(5):46-49.)。崔英德等人首先采用氯磺酸磺化法制备聚乙烯醇硫酸钠，然后和丙烯酸共聚，制得具有互穿网络结构的高吸水性树脂，其吸水率显著提高，达到了904g/g(崔英德等.二元共聚高吸水性树脂的合成与溶涨性能[J].化工学报,2001,52(7):601-605.)。
周波等人以玉米淀粉、丙烯酸为原料，过硫酸铵为引发剂，经接枝共聚，制备高吸水性树脂，再利用高吸水性树脂制得高分子灭火剂，但其吸水倍率仅仅300g/g，成本高，灭火效率低(周波.新型高分子水系灭火剂的制备及其灭火性能研究[J].上海應用技術學院學報(自然科學版),2008,8(3):178-181.)。余明等以玉米淀粉和丙烯基单体为主要原料，根据自由基聚合反应机理，在引发剂和交联剂作用下，淀粉与丙烯基单体进行接枝共聚反应制得树脂，其吸水倍率为200g/g，80℃环境下静置4h保水率为75％，产品吸水倍率低，保水性能差(余明高等.高吸水树脂的制备及防灭火特性试验[J].煤炭科学技术,2008(9):43-46.)。
目前应用在油类火灾的灭火剂主要有水成膜泡沫灭火剂、干粉灭火剂、泡沫灭火剂、细水雾灭火剂，尚未有将高分子凝胶灭火剂同时应用于A类和B类火灾的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于A类和B类火灾灭火剂的高分子凝胶。
实现本发明目的的技术方案如下：
适用于A类和B类火灾灭火剂的高分子凝胶，通过以下步骤制备：
步骤1，在丙烯酸中加入氢氧化钠，至中和度为70％～80％，加水，混合得到中和液；
步骤2，50～70℃下，在中和液中依次加入羧甲基纤维素钠、2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷硫酸、N,N-亚甲基双丙烯酰胺交联剂、过二硫酸钾引发剂，搅拌混合均匀，再依次加入碳酸氢钠、磷酸二氢钠和13X分子筛，持续搅拌，制得聚合液，其中，聚合液中，丙烯酸的质量百分含量为18％～22％，氢氧化钠的质量百分含量为7.5％～8.5％，水的质量百分含量为50％～60％，羧甲基纤维素钠的质量百分含量为3.50％～4.00％，N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量百分含量为0.04％～0.06％，过二硫酸钾的质量百分含量为0.30％～0.70％，2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷硫酸8.50％～9.00％，碳酸氢钠的质量百分含量为1.80％～2.20％，磷酸二氢钠的质量百分含量为0.80％～1.20％，13X分子筛的质量百分含量为0.80％～1.20％；
步骤3，将聚合液置于60～70℃下，形成高吸水性树脂，将高吸水性树脂用乙醇和水冲洗，切成2-3mm的颗粒，得到高分子凝胶。
优选地，步骤1中，所述的混合时间为10～15min。
优选地，步骤2中，所述的丙烯酸的质量百分含量为20.00％，氢氧化钠的质量百分含量为7.50％～8.00％，水的质量百分含量为50.00％～55.00％，羧甲基纤维素钠的质量百分含量为3.50％～3.75％，N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量百分含量为0.03％～0.05％，过二硫酸钾的质量百分含量为0.30％～0.50％，2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷硫酸8.50％～8.75％，碳酸氢钠的质量百分含量为2.00％～2.25％，磷酸二氢钠的质量百分含量为0.80％～1.20％，13X分子筛的质量百分含量为0.80％～1.20％。
优选地，步骤3中，60～70℃下的处理时间为4～6h。
与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：
(1)本发明的高分子凝胶吸水量高，吸水量达到了513g/g，吸普通水基灭火剂达到了75g/g，能够有效控制A类固体火灾，还能够控制B类油类火灾；
(2)本发明的高分子凝胶保水性能好，100℃下保水率在82％左右；
(3)制备方法简单，成本低廉，适合批量化生产，作为灭火剂材料应用广泛。
附图说明
图1为本发明的高分子凝胶用于应用例1中A类固体火灾的燃烧实验示意图。
图2为本发明的高分子凝胶用于应用例2中B类油类火灾燃烧示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明并不限于以下的实施例。
实施例1
步骤1，在丙烯酸中加入氢氧化钠，至中和度为70％，加水，混合得到中和液；
步骤2，60℃下，在中和液中依次加入羧甲基纤维素钠、2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷硫酸、N,N-亚甲基双丙烯酰胺交联剂、过二硫酸钾引发剂，搅拌混合均匀，再依次加入碳酸氢钠、磷酸二氢钠和13X分子筛，持续搅拌，制得聚合液，其中，丙烯酸的质量百分含量20.00％，氢氧化钠的质量百分含量为8.00％，水的质量百分含量为55.00％，羧甲基纤维素钠的质量百分含量为3.75％，N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量百分含量为0.05％，过二硫酸钾的质量百分含量为0.50％，2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷硫酸8.75％，碳酸氢钠的质量百分含量为2.00％，磷酸二氢钠的质量百分含量为1.00％，13X分子筛的质量百分含量为1.00％；
步骤3，将聚合液置于60℃下，形成高吸水性树脂，将高吸水性树脂用无水乙醇和蒸馏水冲洗，干燥，切成2～3mm的颗粒，得到高分子凝胶灭火剂。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的是步骤2中，氢氧化钠的质量百分含量为7.50％，水的质量百分含量为50.00％，羧甲基纤维素钠的质量百分含量为3.50％，N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量百分含量为0.03％，过二硫酸钾的质量百分含量为0.30％，2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷硫酸8.50％，碳酸氢钠的质量百分含量为2.00％。吸水量为383g/g，吸普通水基灭火剂达到了42g/g。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的是步骤2中，氢氧化钠的质量百分含量为7.50％，水的质量百分含量为50.00％，羧甲基纤维素钠的质量百分含量为3.50％，N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量百分含量为0.05％，过二硫酸钾的质量百分含量为0.50％，2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷硫酸8.75％，碳酸氢钠的质量百分含量为2.25％。吸水量为405g/g，吸普通水基灭火剂达到了48g/g。
实施例4
本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的是步骤2中，氢氧化钠的质量百分含量为7.50％，水的质量百分含量为50.00％，羧甲基纤维素钠的质量百分含量为3.75％，N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量百分含量为0.03％，过二硫酸钾的质量百分含量为0.30％，2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷硫酸8.75％，碳酸氢钠的质量百分含量为2.25％。吸水量为411g/g，吸普通水基灭火剂达到了49g/g。
实施例5
本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的是步骤2中，氢氧化钠的质量百分含量为7.50％，水的质量百分含量为55.00％，羧甲基纤维素钠的质量百分含量为3.75％，N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量百分含量为0.05％，过二硫酸钾的质量百分含量为0.50％，2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷硫酸8.50％，碳酸氢钠的质量百分含量为2.00％。吸水量为442g/g，吸普通水基灭火剂达到了55g/g。
实施例6
本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的是步骤2中，氢氧化钠的质量百分含量为8.00％，水的质量百分含量为50.00％，羧甲基纤维素钠的质量百分含量为3.75％，N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量百分含量为0.03％，过二硫酸钾的质量百分含量为0.50％，2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷硫酸8.50％，碳酸氢钠的质量百分含量为2.25％。吸水量为470g/g，吸普通水基灭火剂达到了59g/g。
实施例7
本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的是步骤2中，氢氧化钠的质量百分含量为8.00％，水的质量百分含量为50.00％，羧甲基纤维素钠的质量百分含量为3.75％，N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量百分含量为0.05％，过二硫酸钾的质量百分含量为0.30％，2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷硫酸8.75％，碳酸氢钠的质量百分含量为2.00％。吸水量为473g/g，吸普通水基灭火剂达到了61g/g。
实施例8
本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的是步骤2中，氢氧化钠的质量百分含量为8.00％，水的质量百分含量为55.00％，羧甲基纤维素钠的质量百分含量为3.50％，N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量百分含量为0.03％，过二硫酸钾的质量百分含量为0.50％，2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷硫酸8.75％，碳酸氢钠的质量百分含量为2.00％。吸水量为480g/g，吸普通水基灭火剂达到了64g/g。
实施例9
本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的是步骤2中，氢氧化钠的质量百分含量为8.00％，水的质量百分含量为55.00％，羧甲基纤维素钠的质量百分含量为3.50％，N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量百分含量为0.05％，过二硫酸钾的质量百分含量为0.30％，2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷硫酸8.50％，碳酸氢钠的质量百分含量为2.25％。吸水量为430g/g，吸普通水基灭火剂达到了52g/g。
对比例1
采用了N,N-亚甲基双丙烯酰胺、二亚甲基甲基丙烯酰胺、1,4二乙烯苯三种不同的交联剂，从表1可以看出N,N-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂时效果最好，平均吸水率达到了512.47(g/g)。
表1不同交联剂的产品吸水率
对比例2
采用了过二硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁腈三种不同的引发剂，从表2可以看出过二硫酸钾作为交联剂时效果最好，平均吸水率达到了512.47(g/g)。
表2不同引发剂的产品吸水率
对比例3
将干燥后的高吸水性凝胶灭火剂，切成≤1mm、2～3mm、5～10mm、≥10mm 4种不同的粒径，从表3可以看出当粒径大小为2～3mm时效果最好，平均吸水率达到了512.47(g/g)。
表3不同粒径大小的产品吸水率
应用例1
灭木材火实验：实施本发明进行的对木材火实验，取干燥木材，摆成30cm×30cm大小的木垛。用少量汽油引燃木垛，让火自由燃烧90s。在灭火装置中装入500mL的高分子凝胶灭火剂进行灭火实验。高分子凝胶灭火剂是由本发明高吸水性凝胶吸收大量水制备而成。实验结果如图1所示，其中1#是浙江大学凝胶灭火剂B，2#是水，3#是高吸水性凝胶灭火剂。1#平均降温速率为16.17℃/s，火焰完全熄灭所用时间为20s，2#平均降温速率为12.92℃/s，火焰完全熄灭所用时间为26s，3#平均降温速率为30.52℃/s，火焰完全熄灭所用时间为11s，并且在17～18s左右时呈现出断崖式的降温，降温速率为200℃/s。高吸水性凝胶灭火剂的灭火时间最短，灭火效果最好。
应用例2
灭油火实验：向直径为60cm深25cm的油盘中加入500mL汽油，点燃燃烧60s后，在灭火装置中装入500mL的高分子凝胶灭火剂进行灭火实验。高分子凝胶灭火剂是由本发明高吸水性凝胶吸收大量水基灭火剂制备而成。实验结果如图2所示，12s后油火被熄灭。
应用例3
阻火实验：称取棉花、布头和泡沫各10g分别浸泡在水、浙江大学吸水性树脂B(陈雪萍.聚丙烯酸系吸水性树脂的合成与表征[D].浙江大学,2000.)和本发明高分子凝胶中，然后置入实验桶内，放置在设定温度为500℃的电炉上加热，记录抗燃时间。
表4各灭火剂的阻火时间
从表4可以看出，在水和浙江大学吸水性树脂B中浸泡的棉花、布头和泡沫分别经过2分50秒和4分24秒，21分51秒和36分12秒，4分37秒和6分20秒后开始燃烧，而在高分子凝胶灭火剂中浸泡的棉花、布头和泡沫分别经过5分14、30分42秒、7分10秒后开始燃烧，说明本发明的高分子凝胶灭火剂的阻火性是最优的。

Claims (6)

1.适用于A类和B类火灾灭火剂的高分子凝胶的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1，在丙烯酸中加入氢氧化钠，至中和度为70％～80％，加水，混合得到中和液；
步骤2，50～70℃下，在中和液中依次加入羧甲基纤维素钠、2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷硫酸、N,N-亚甲基双丙烯酰胺交联剂、过二硫酸钾引发剂，搅拌混合均匀，再依次加入碳酸氢钠、磷酸二氢钠和13X分子筛，持续搅拌，制得聚合液，其中，聚合液中，丙烯酸的质量百分含量为18％～22％，氢氧化钠的质量百分含量为7.5％～8.5％，水的质量百分含量为50％～60％，羧甲基纤维素钠的质量百分含量为3.50％～4.00％，N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量百分含量为0.04％～0.06％，过二硫酸钾的质量百分含量为0.30％～0.70％，2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷硫酸8.50％～9.00％，碳酸氢钠的质量百分含量为1.80％～2.20％，磷酸二氢钠的质量百分含量为0.80％～1.20％，13X分子筛的质量百分含量为0.80％～1.20％；
步骤3，将聚合液置于60～70℃下，形成高吸水性树脂，将高吸水性树脂用乙醇和水冲洗，切成2-3mm的颗粒，得到高分子凝胶。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述的混合时间为10～15min。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述的丙烯酸的质量百分含量为20.00％，氢氧化钠的质量百分含量为7.50％～8.00％，水的质量百分含量为50.00％～55.00％，羧甲基纤维素钠的质量百分含量为3.50％～3.75％，N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量百分含量为0.03％～0.05％，过二硫酸钾的质量百分含量为0.30％～0.50％，2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷硫酸8.50％～8.75％，碳酸氢钠的质量百分含量为2.00％～2.25％，磷酸二氢钠的质量百分含量为0.80％～1.20％，13X分子筛的质量百分含量为0.80％～1.20％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3中，60～70℃下的处理时间为4～6h。
5.根据权利要求1～4任一所述的制备方法制得的高分子凝胶。
6.根据权利要求5所述的高分子凝胶在制备A类和B类火灾灭火剂中的应用。
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