CN109701198A - 一种即配型可自然降解海藻酸钠水凝胶灭火剂及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种即配型可自然降解海藻酸钠水凝胶灭火剂，包括以下三种组分：A.海藻酸钠；B.糖类增溶剂；C.可溶性钙盐；其中，A、B组分质量分数比为1：2.5~6.5。使用时将A、B组分溶于水，喷至燃烧物表面，C组分配制成2‰~3%溶液，喷至燃烧物表面；也可将两者同时喷至燃烧物表面。本发明的有益效果：（1）由海藻酸钠、糖类增溶剂、碱及可溶性钙盐组成的粉剂，易于存储、运输；（2）速溶于水，迅速交联形成水凝胶层，有效隔绝空气且保水性能优异，隔热、阻燃、灭火效果更强，且灭火耗水量大幅降低；（3）使用方便，适用范围广，可自然降解，绿色环保。

Description

一种即配型可自然降解海藻酸钠水凝胶灭火剂及其使用方法

技术领域

本发明属于水凝胶灭火材料领域，具体的说涉及一种即配型可自然降解海藻酸钠水凝胶灭火剂及其使用方法。

背景技术

火灾是最经常、最普遍地威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一，灭火材料对减少火灾中人员伤亡、财产损失具有无可替代的作用。水作为最常用的天然灭火材料，具有优异的的灭火效果，但是水具有很强的流动性，很难附着在易燃物表面，这导致了大量水资源的浪费。

相比于常规的灭火材料，水凝胶灭火剂可以有效地将水分子连接在高分子网络内部、吸水量大、保水时间长，不仅迅速降低燃烧物表面温度、消灭火源；还可在燃烧物附近形成隔离带，从而达到快速控制火势蔓延和灭火的目的，有效地节约了水资源。近年来涌现出很多有关水凝胶灭火产品的专利，如中国专利CN107427707A、CN108421194、CN108421195A、CN102166399A、CN107497088A、CN107456695A、CN107773897A、CN103483752A等，具有广阔的应用价值及市场开发前景。

但是，目前开发出的水凝胶类灭火产品喷洒在燃烧物表面后大多呈颗粒状，机械强度差，后续喷水过程中很容易冲破水凝胶颗粒组成的覆盖层，使得可燃物再次与空气接触，从而导致复燃；溶解后粘度过高，影响喷洒射程，不适合通过管道运输；多数产品使用高吸水性聚合树脂，遇水极易产生团聚现象，常规的输入方法难以在水中均匀分散，给实际应用带来不便；大多不易降解，使用过后可长期存在环境中，对周围环境造成不良影响；丙烯酸、丙烯酰胺等作为典型水凝胶类产品的主要成分，具有一定的毒性，难降解，会产生环境污染；使用过程大多使用去离子水，导致其适用范围存在一定的局限性。

综上所述，当前水凝胶灭火材料的发展主要受限于机械性能的提高、运输成本的降低、适用范围的扩展及可生物降解性能的研发。因此，开发出一种便于运输保存、机械性能优异、适用范围广、可自然降解的水凝胶灭火剂可以弥补当前水凝胶灭火产品的不足，对于推动水凝胶灭火材料的更新换代具有至关重要的意义。

发明内容

针对现有水凝胶灭火材料存在的问题，本发明专利旨在提供一种即配型可自然降解海藻酸钠水凝胶灭火剂及其使用方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种即配型可自然降解海藻酸钠水凝胶灭火剂，包括以下三种组分：

A.海藻酸钠；

B.糖类增溶剂，选自葡萄糖、果糖、甘油醛、甲基葡萄糖苷、葡萄糖酸钠、葡萄糖酸钾、麦芽糖、蔗糖、乳糖；

C.可溶性钙盐，选自氯化钙、溴化钙、碘化钙、硝酸钙、硝酸钙镁、甲酸钙、醋酸钙；

其中，A、B组分质量分数比为1：2.5~6.5。

作为优化的，所述A、B组分质量分数比为1：4。

作为优化的，所述A、B组分可提前按比例混合均匀。

一种即配型可自然降解海藻酸钠水凝胶灭火剂使用方法，包括如下步骤：

（1）向水中加入pH调节剂，调节水的pH为碱性；

（2）将1份A、B混合组分溶于15~30份步骤（1）的水中，得到混合溶液；

（3）将C组分配制成浓度为2‰~3%的水溶液，即C溶液。

（4）将混合溶液、C溶液同时喷至燃烧物表面或将混合溶液先喷至燃烧物表面，然后将C溶液喷至燃烧物表面。

作为优化的，所述水选自去离子水、自来水、雨水、地下水、河水、湖水、海水，试验表明本申请所提到的配型可自然降解海藻酸钠水凝胶灭火剂在使用过程中不受水质的影响，均具备较好的灭火效果。

作为优化的，所述步骤（1）中pH范围调节至10~13。

作为优化的，所述pH调节剂选自碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、磷酸钠、磷酸钾、磷酸氢二钠、磷酸氢二钾、氢氧化钠、氢氧化钾中。

作为优化的，火灾留给消防人员的反应时间很短，急需在第一时间进行灭火，因此可将pH调节剂按照一定的质量分数提前与A、B组分混合备用。

本发明的有益效果是：

（1）水凝胶粉剂由海藻酸钠、糖类增溶剂及可溶性钙盐组成，便于保存、运输。

（2）引入糖类增溶剂降低或阻断海藻酸钠的溶胀过程，加入碱增大溶液pH值，从而有效地增加了海藻酸钠的溶解度，两种方法的协同作用近一步降低了海藻酸钠溶解的时间。

（3）海藻酸钠与Ca²⁺瞬间交联形成具有一定机械强度的水凝胶层，具有优异的隔热、阻燃、灭火效果。

（4）适用范围广溶解用水可选自去离子水、自来水、雨水、河水、湖水、海水，灭火耗水量大幅降低。

（5）所用原料无毒、可生物降解，不会对生态环境构成威胁。

附图说明

附图1为本发明专利实施例一所述水凝胶与普通灭火产品对比图；

附图2为火源（A）、本发明专利实施例一所述水凝胶灭火效果图（B）。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件，除非特别说明，比例和百分比基于重量。

本发明实施例所用原料均为市售。

具体实施方式

实施例一：

海藻酸钠14g，葡萄糖85.8g，碳酸钠0.2g混合均匀。将海藻酸钠、葡萄糖、碳酸钠溶于2000g去离子水，将氯化钙配制成浓度为2‰的去离子水溶液；使用时，先喷海藻酸钠、葡萄糖、碳酸钠混合溶液溶液，再喷氯化钙水溶液，海藻酸钠与钙离子瞬间交联形成水凝胶层覆盖在燃烧物表面，扑灭火源。

附图1给出了本发明水凝胶和普通灭火剂的效果对比图，从图中可以看出本发明灭火剂（上）可以形成一个完整的膜，其他灭火剂（下）是一些吸水性颗粒无法形成整体；从而验证了本发明水凝胶具有较高的机械强度，可以在一定程度上抵抗水流冲击。

附图2给出了本发明水凝胶扑灭火源的效果图，本发明水凝胶灭火剂具有一定机械强度的整体水凝胶膜，覆盖在燃烧物表面，将火源扑灭。

实施例二：

海藻酸钠20g，果糖79.8g，碳酸钾0.2g混合均匀。将海藻酸钠、葡萄糖、碳酸钾溶于1500g河水，将无水溴化钙配制成浓度为1%的河水溶液；使用时，先喷海藻酸钠、葡萄糖、碳酸钾溶液，再喷溴化钙溶液，海藻酸钠与钙离子瞬间交联形成水凝胶层覆盖在燃烧物表面，扑灭火源。

实施例三：

将海藻酸钠28g，甲基葡萄糖苷71g，碳酸氢钠1g混合均匀。将海藻酸钠、甲基葡萄糖苷、碳酸氢钠溶于2000g地下水、无水碘化钙配制成浓度为8‰地下水溶液；使用时，先喷海藻酸钠、甲基葡萄糖苷、碳酸氢钠溶液，再喷碘化钙溶液，海藻酸钠与钙离子瞬间交联形成水凝胶层覆盖在燃烧物表面，扑灭火源。

实施例四：

将海藻酸钠14g，蔗糖85g，碳酸氢钾1g混合均匀。将海藻酸钠、蔗糖、碳酸氢钾溶于3000g去离子水，无水硝酸钙配制成浓度为4‰去离子水溶液；使用时，先喷海藻酸钠、蔗糖、碳酸氢钾溶液，再喷硝酸钙溶液，海藻酸钠与钙离子瞬间交联形成水凝胶层覆盖在燃烧物表面，扑灭火源。

实施例五：

海藻酸钠20g，葡萄糖酸钠79.8g，磷酸钠0.2g混合均匀。使用前，将海藻酸钠、葡萄糖酸钠、磷酸钠溶于1800g湖水，无水硝酸钙镁配制成浓度为1％湖水溶液；使用时，先喷海藻酸钠、葡萄糖酸钠、磷酸钠溶液，再喷硝酸钙镁水溶液，海藻酸钠与钙离子瞬间交联形成水凝胶层覆盖在燃烧物表面，扑灭火源。

实施例六：

海藻酸钠28g，葡萄糖酸钾71.8g，磷酸钾0.2g混合均匀。使用前，将海藻酸钠、葡萄糖酸钾、磷酸钾溶于2000g雨水，无水甲酸钙配制成浓度为2‰雨水溶液；使用时，先喷海藻酸钠、葡萄糖酸钾、磷酸钾溶液，再喷磷酸钾水溶液，海藻酸钠与钙离子瞬间交联形成水凝胶层覆盖在燃烧物表面，扑灭火源。

实施例七：

海藻酸钠14g，甘油醛85.5g，磷酸氢二钠0.5g混合均匀。使用前，将海藻酸钠、甘油醛、磷酸氢二钠溶于2500g海水、无水醋酸钙配制成浓度为5‰海水溶液；使用时，将海藻酸钠、甘油醛、磷酸氢二钠溶液与醋酸钙水溶液同时喷至燃烧物表面，海藻酸钠与钙离子瞬间交联形成水凝胶层覆盖在燃烧物表面，扑灭火源。

实施例八：

海藻酸钠28g，麦芽糖71.5g，磷酸氢二钾0.5g混合均匀。使用前，将海藻酸钠、甘油醛、磷酸氢二钾溶于1800g海水，氯化钙配制成浓度为3％海水溶液；使用时，先喷海藻酸钠、甘油醛、磷酸氢二钾，再喷氯化钙水溶液，海藻酸钠与钙离子瞬间交联形成水凝胶层覆盖在燃烧物表面，扑灭火源。

实施例九：温度25℃、磁力搅拌500r/min条件下，控制体系的pH将葡萄糖与海藻酸钠混合，考察不同的质量比对海藻酸钠溶解速度的影响，溶解速度见表1，显然葡萄糖的加入能够加速海藻酸钠的溶解速度，并且随着葡萄糖的增加，体系中海藻酸钠的溶解速度逐渐增大，在葡萄糖与海藻酸钠质量比为4：1时溶解速度达到最大，随后葡萄糖的增加对海藻酸钠溶解速度影响不大。

表1葡萄糖含量对海藻酸钠溶解速度的影响

实施例十：控制温度25℃、磁力搅拌500r/min条件下，将葡萄糖与海藻酸钠按照质量比为4：1混合，考察pH值对海藻酸钠溶解速度的影响，溶解速度见表2，显然pH呈现碱性时能够加速海藻酸钠的溶解速度，当pH在11~12范围内，海藻酸钠能够在2~3分钟内溶解完全。

表2 不同pH值对海藻酸钠溶解速度的影响

实施例十一：将实施例一所得水凝胶置于不同温度的海水中，观察该水凝胶的降解情况，见表3。可知，水凝胶的降解速度随着稳度的升高，其降解速率显著增强，在40℃的环境中仅需1天便能降解完全，本申请的水凝胶灭火剂具备无毒和可生物降解的特点，不会对环境产生污染。

表3 实施例一所得水凝胶在不同温度海水中的降解情况

温度℃	海藻酸钠含量wt%）	降解情况
			0	1	> 30天
10	1	10天
			20	1	4天
30	1	2天
			40	1	1天

实施例十二：从降温效果比较该水凝胶灭火的节约用水量

将两块完全相同的金属板加热至200 ℃，分别使用水、本发明实施例一所述水凝胶灭火剂对其进行降温处理，当温度均降至30 ℃时，用水约为160 mL，用本发明所述的水凝胶灭火剂耗水量仅为30 mL。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种即配型可自然降解海藻酸钠水凝胶灭火剂，其特征在于：包括以下三种组分：

海藻酸钠；

糖类增溶剂，选自葡萄糖、果糖、甘油醛、甲基葡萄糖苷、葡萄糖酸钠、葡萄糖酸钾、麦芽糖、蔗糖、乳糖；

可溶性钙盐，选自氯化钙、溴化钙、碘化钙、硝酸钙、硝酸钙镁、甲酸钙、醋酸钙；

其中，A、B组分质量分数比为1：2.5~6.5。

2.根据权利要求1所述的一种即配型可自然降解海藻酸钠水凝胶灭火剂，其特征在于：A、B组分质量分数比为1：4。

3.根据权利要求1所述的一种即配型可自然降解海藻酸钠水凝胶灭火剂，其特征在于：所述A、B组分可提前按比例混合均匀。

4.根据权利要求1~3中所述的任一一种即配型可自然降解海藻酸钠水凝胶灭火剂使用方法，其特征在于：

向水中加入pH调节剂，调节水的pH为碱性；

将1份A、B混合组分溶于15~30份步骤（1）的水中，得到混合溶液；

将C组分配制成浓度为2‰~3%的水溶液，即C溶液；

将混合溶液、C溶液同时喷至燃烧物表面或将混合溶液先喷至燃烧物表面，后将C溶液喷至燃烧物表面。

5.根据权利要求4所述的一种即配型可自然降解海藻酸钠水凝胶灭火剂使用方法，其特征在于：所述水选自去离子水、自来水、雨水、地下水、河水、湖水、海水。

6.根据权利要求4所述的一种即配型可自然降解海藻酸钠水凝胶灭火剂使用方法，其特征在于：所述步骤（1）中pH范围调节至10~13。

7.根据权利要求6所述的一种即配型可自然降解海藻酸钠水凝胶灭火剂使用方法，其特征在于：所述pH调节剂选自碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、磷酸钠、磷酸钾、磷酸氢二钠、磷酸氢二钾、氢氧化钠、氢氧化钾中。

8.根据权利要求4或6所述的任一一种即配型可自然降解海藻酸钠水凝胶灭火剂使用方法，其特征在于：所述pH调节剂可提前与A、B组分混合备用。