CN110156926B - 低密度发泡水凝胶垫及其制备方法、灭火装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种低密度发泡水凝胶垫，包括：水凝胶，所述水凝胶包括丙烯酸衍生物、交联剂、引发剂、水和催化剂；发泡剂，用于与所述水凝胶混合，用于产生低密度的水凝胶‑CO2泡沫，所述水凝胶‑CO2泡沫覆盖于燃烧物上。本发明产生的水凝胶‑CO2泡沫能长时间稳定存在，且密度较小，能够覆盖至燃烧物体表面，隔绝了燃烧物体与空气，从而达到灭火效果，且水凝胶‑CO2泡沫破裂后释放的CO2气体可进一步提升灭火效果。此外，本发明的低密度发泡水凝胶垫还具备一定的机械强度，拉伸性好的优点。

Description

低密度发泡水凝胶垫及其制备方法、灭火装置
技术领域
本发明涉及灭火剂生产技术领域，尤其涉及一种低密度发泡水凝胶垫及其制备方法、灭火装置。
背景技术
火灾是各种自然与社会灾害中发生概率最高的一种灾害，给人类的生活乃至生命安全构成了严重威胁。根据国家标准，火灾分为A类火灾：固体物质火灾；B类火灾：液体或可熔化的固体物质火灾；C类火灾：气体火灾；D类火灾：金属火灾；E类火灾：带电火灾，物体带电燃烧的火灾；F类火灾：烹饪器具内的烹饪物(如动植物油脂)火灾。其中B类液体火灾扑救难度大，易发生爆炸，受热易膨胀外溢，温度高，开口面积大，一旦发生将造成巨大损失。
水凝胶灭火材料作为灭火剂，其含有90％以上的水，用来扑救A类固体火灾具有极好的效果，但现存的水凝胶材料密度大，不适用于扑救B类液体火灾。目前用于扑救B类液体火灾的灭火剂主要有泡沫灭火剂，泡沫灭火剂能形成大量泡沫覆盖在可燃液体上，吸收热量、隔绝空气从而扑灭火焰。然而目前的泡沫灭火剂形成的泡沫不耐烧，在灼热的火场中很快破裂失效，导致灭火效果不佳。
因此，针对现有水凝胶灭火材料密度大、不适用于扑救B类液体火灾及泡沫灭火剂产生的泡沫易破裂的问题，开发一种密度小、泡沫能长时间稳定存在的灭火剂势在必行。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种低密度发泡水凝胶垫及其制备方法、灭火装置，以解决上述的至少一项技术问题。
(二)技术方案
本发明实施例提供了一种低密度发泡水凝胶垫，包括：
水凝胶，所述水凝胶包括丙烯酸衍生物、交联剂、引发剂、水和催化剂；
发泡剂，用于与所述水凝胶混合，用于产生低密度的水凝胶-CO2泡沫，所述水凝胶-CO2泡沫覆盖于燃烧物上。
在本发明的一些实施例中，所述低密度的水凝胶-CO2泡沫的密度范围为0.3～0.6g/cm3。
在本发明的一些实施例中，所述水凝胶-CO2泡沫破裂后，释放出CO2。
在本发明的一些实施例中，所述发泡剂包括碳酸氢盐以及能够与所述碳酸氢盐反应产生CO2的第一溶液。
在本发明的一些实施例中，所述第一溶液包括可溶性铝盐、和能够与所述碳酸氢盐反应产生CO2的酸性液体。
在本发明的一些实施例中，所述丙烯酸衍生物包括丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酸钠、甲基丙烯酸钠、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯，甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸乙酯中的一种或多种；和/或
所述交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯或甲基丙烯酸羟丙酯中的一种或多种；和/或
所述引发剂包括过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的一种或多种；和/或
所述催化剂包括四甲基乙二胺、三乙醇胺、二甲基氨丙腈中的一种或多种；和/或
所述水包括去离子水、自来水、雨水、地下水、河水、湖水、海水中的任意一种或多种；和/或
所述可溶性铝盐包括：氯化铝、硫酸铝和硝酸铝的一种或多种；和/或
所述酸性液体包括稀盐酸、稀硫酸和稀硝酸。
本发明实施例还提供了一种低密度发泡水凝胶垫的制备方法，所述水凝胶包括丙烯酸衍生物、交联剂、引发剂、水和催化剂，所述制备方法包括步骤：
将丙烯酸衍生物、交联剂、引发剂、水、催化剂与碳酸氢钠混合，得到第一混合溶液；并进行以下步骤：
在所述第一混合溶液中加入可溶性铝盐，得到第二混合溶液；固化所述第二混合溶液，制备得到低密度发泡水凝胶垫；或者
固化所述第一混合溶液；将固化后的第一混合溶液浸泡在酸性液体之中，所述酸性液体能够与所述碳酸氢盐反应产生CO2，对所述水凝胶进行发泡，制备得到低密度发泡水凝胶垫。
在本发明的一些实施例中，所述第一混合溶液中，丙烯酸衍生物在水中的质量分数为5～20wt％，交联剂在水中的质量分数为0.01～0.03wt％；引发剂在水中的质量分数为0.023wt％；催化剂在水中的质量分数为0.0005～0.002wt％；碳酸氢钠在水中的质量分数为4～6wt％；第二混合溶液中，可溶性铝盐在水中的质量分数为2.5wt％～20wt％；所述酸性液体的浓度为1％～10％。
在本发明的一些实施例中，通过真空烘箱实现固化。
本发明实施例还提供了一种灭火装置，包括前述的低密度发泡水凝胶垫。
(三)有益效果
本发明的低密度发泡水凝胶垫及其制备方法、灭火装置，相较于现有技术，至少具有以下优点：
1、本发明产生的水凝胶-CO2泡沫能长时间稳定存在，且密度较小，能够覆盖至燃烧物体表面，隔绝了燃烧物体与空气，从而达到灭火效果，且水凝胶-CO2泡沫破裂后释放的CO2气体可进一步提升灭火效果；
2、该低密度发泡水凝胶垫的原料的选择多样化，具有极强的普适性，应用范围极广；
3、低密度发泡水凝胶垫还具备一定的机械强度，拉伸性好的优点。
附图说明
图1为本发明实施例的低密度发泡水凝胶垫的制备方法的步骤示意图。
具体实施方式
现有技术中，泡沫灭火剂形成的泡沫不耐烧，在灼热的火场中很快破裂失效，导致灭火效果不佳，有鉴于此，本发明提供了一种低密度发泡水凝胶垫，其产生的水凝胶-CO2泡沫能长时间稳定存在，且密度较小，能够覆盖至燃烧物体表面，隔离燃烧物体与外界空气，从而达到灭火效果，且水凝胶-CO2泡沫破裂后释放的CO2气体可进一步提升灭火效果。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明第一实施例提供了一种低密度发泡水凝胶垫，包括：
水凝胶，所述水凝胶包括丙烯酸衍生物、交联剂、引发剂、水和催化剂；
发泡剂，用于与所述水凝胶混合，用于产生低密度的水凝胶-CO2泡沫，所述水凝胶-CO2泡沫覆盖于燃烧物上。
在本发明的一些实施例中，低密度的水凝胶-CO2泡沫的密度范围可以为0.3～0.6g/cm3，由此，水凝胶-CO2泡沫的密度足够低，从而能够覆盖在燃烧物体表面，隔绝燃烧物体与外界空气的接触，达到灭火的目的。
由于水凝胶-CO2泡沫能长时间稳定存在，且密度较小，因此其能够覆盖在燃烧物体表面(包括但不限于石油醚)，隔绝了燃烧物体与空气，从而达到灭火效果；此外，水凝胶-CO2泡沫破裂后还可以释放CO2气体，可进一步提升灭火效果。
在本发明实施例中，发泡剂包括碳酸氢盐以及能够与所述碳酸氢盐反应产生CO2的第一溶液。所述第一溶液可以包括可溶性铝盐、和能够与所述碳酸氢盐反应产生CO2的酸性液体。所述酸性液体包括但不限于稀盐酸、稀硫酸和稀硝酸。所述可溶性铝盐包括但不限于氯化铝、硫酸铝和硝酸铝的一种或多种。
水凝胶的各组分的具体情况如下：丙烯酸衍生物可以包括丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酸钠、甲基丙烯酸钠、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯，甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸乙酯中的一种或多种；和/或交联剂可以包括N，N-亚甲基双丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯或甲基丙烯酸羟丙酯中的一种或多种；和/或引发剂可以包括过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的一种或多种；和/或催化剂可以包括四甲基乙二胺、三乙醇胺、二甲基氨丙腈中的一种或多种；和/或水可以包括去离子水、自来水、雨水、地下水、河水、湖水、海水中的任意一种或多种。可以根据实际情况选择各组分的材料，具有较强的普适性。
本发明实施例还提供了一种低密度发泡水凝胶垫的制备方法，所述水凝胶包括丙烯酸衍生物、交联剂、引发剂、水和催化剂，图1为本发明实施例的低密度发泡水凝胶垫的制备方法的步骤示意图，如图1所示，所述制备方法包括步骤：
S1、将丙烯酸衍生物、交联剂、引发剂、水、催化剂与碳酸氢钠混合，得到第一混合溶液；并进行以下步骤S2：水凝胶固化前发泡或者水凝胶固化后发泡。
在水凝胶固化前发泡的步骤S21中、在所述第一混合溶液中加入可溶性铝盐，得到第二混合溶液；固化所述第二混合溶液，制备得到低密度发泡水凝胶垫；或者
在水凝胶固化后发泡的步骤S22中，固化所述第一混合溶液；将固化后的第一混合溶液浸泡在酸性液体之中，所述酸性液体能够与所述碳酸氢盐反应产生CO2，对所述水凝胶进行发泡，制备得到低密度发泡水凝胶垫。
所述第一混合溶液中，丙烯酸衍生物在水中的质量分数为5～20wt％，交联剂在水中的质量分数为0.01～0.03wt％；引发剂在水中的质量分数为0.023wt％；催化剂在水中的质量分数为0.0005～0.002wt％；碳酸氢钠在水中的质量分数为4～6wt％；第二混合溶液中，可溶性铝盐在水中的质量分数为2.5wt％～20wt％；所述酸性液体的浓度为1％～10％。
在本发明实施例中，可以选择通过真空烘箱实现固化。
举例来说，水凝胶固化前发泡方案中：12wt％丙烯酰胺，0.023％N，N-亚甲基双丙烯酰胺(交联剂)，0.023wt％过硫酸铵(引发剂)，四甲基乙二胺(催化剂)，5wt％碳酸氢钠(发泡剂)，机械搅拌均匀，加入2.5wt％～4wt％氯化铝溶液，使溶液发泡，真空烘箱65℃固化15—30分钟。
举例来说，未低密度发泡水凝胶垫的长度为4.5cm，其拉伸状态下的长度为15cm左右，宽度为4cm左右；低密度发泡水凝胶垫的长度为5cm左右，其拉伸状态下的长度接近30cm，宽度也在6cm左右。可见，水凝胶固化前发泡的低密度发泡水凝胶垫相较于未低密度发泡水凝胶垫具备一定的机械强度，且拉伸性更好。
水凝胶固化后发泡方案：12wt％丙烯酰胺，0.023wt％N，N-亚甲基双丙烯酰胺(交联剂)，0.023wt％过硫酸铵(引发剂)，四甲基乙二胺(催化剂)，5wt％碳酸氢钠(发泡剂)，机械搅拌均匀，真空烘箱65℃固化15-30分钟。将固化后的凝胶浸泡在1％-10％的稀盐酸中10—80分钟。
举例来说，未低密度发泡水凝胶垫的长度为4.5cm，其拉伸状态下的长度为15cm，宽度为4cm左右；再将固化后的水凝胶进行发泡之后，制备得到的低密度发泡水凝胶垫的长度为5cm左右，其拉伸状态下的长度接近30cm，宽度也在6cm左右，可见，水凝胶固化后发泡的水凝胶相较于未低密度发泡水凝胶垫具备一定的机械强度，且拉伸性更好。
以下通过实验数据说明固化前发泡方案六水合氯化铝含量对低密度发泡水凝胶垫的密度、断裂拉伸率、漂浮时间的影响，请参见表1，可知，六水合氯化铝的含量与水凝胶密度、漂浮时间成正比，但含量过高会导致成型混乱。
表1
Figure BDA0002083577030000061
以下通过固化后发泡方案说明浸泡盐酸时间对水凝胶数据密度、断裂拉伸率、漂浮时间的影响，请参照表2，可知浸泡盐酸时间与水凝胶密度成正比。
表2
Figure BDA0002083577030000071
本发明第三实施例还提供了一种灭火装置，包括前述的低密度发泡水凝胶垫。
综上，本发明实施例的低密度发泡水凝胶垫及其制备方法、灭火装置，低密度发泡水凝胶垫产生的水凝胶-CO2泡沫能长时间稳定存在，且密度较小，能够覆盖至燃烧物体表面，隔绝了燃烧物体与空气，从而达到灭火效果，且水凝胶-CO2泡沫破裂后释放的CO2气体可进一步提升灭火效果。此外，本发明的低密度发泡水凝胶垫还具备一定的机械强度，拉伸性好的优点。
除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本发明的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到“约”的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。
再者，“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种低密度发泡水凝胶垫，包括：
所述低密度发泡水凝胶垫的密度范围为0.3~0.6g/cm3；
所述低密度发泡水凝胶垫泡沫破裂后，释放出CO2；
其中，所述水凝胶垫的制备方法包括步骤：
将丙烯酸衍生物、交联剂、引发剂、水、催化剂与碳酸氢钠混合，得到第一混合溶液；并进行以下步骤：
在所述第一混合溶液中加入六水合氯化铝，得到第二混合溶液；固化所述第二混合溶液，制备得到低密度发泡水凝胶垫；或者
固化所述第一混合溶液；将固化后的第一混合溶液浸泡在盐酸之中60 min ~ 80 min，所述盐酸能够与所述碳酸氢钠反应产生CO2，对所述水凝胶进行发泡，制备得到低密度发泡水凝胶垫；
其中，所述第一混合溶液中，丙烯酸衍生物在水中的质量分数为5~20wt%，交联剂在水中的质量分数为0.01~0.03wt%；引发剂在水中的质量分数为0.023wt%；催化剂在水中的质量分数为0.0005~0.002wt%；碳酸氢钠在水中的质量分数为4~6wt%；第二混合溶液中，六水合氯化铝在水中的质量分数为3 wt %或4 wt %；所述盐酸的浓度为4 %。
2.根据权利要求1所述的低密度发泡水凝胶垫，其中，
所述丙烯酸衍生物包括丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酸钠、甲基丙烯酸钠、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯，甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸乙酯中的一种或多种；和/或
所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯或甲基丙烯酸羟丙酯中的一种或多种；和/或
所述引发剂包括过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的一种或多种；和/或
所述催化剂包括四甲基乙二胺、三乙醇胺、二甲基氨丙腈中的一种或多种；和/或
所述水包括去离子水、自来水、雨水、地下水、河水、湖水、海水中的任意一种或多种。
3.一种权利要求1-2中任一项所述的低密度发泡水凝胶垫的制备方法，所述水凝胶包括丙烯酸衍生物、交联剂、引发剂、水和催化剂，所述制备方法包括步骤：
将丙烯酸衍生物、交联剂、引发剂、水、催化剂与碳酸氢钠混合，得到第一混合溶液；并进行以下步骤：
在所述第一混合溶液中加入六水合氯化铝，得到第二混合溶液；固化所述第二混合溶液，制备得到低密度发泡水凝胶垫；或者
固化所述第一混合溶液；将固化后的第一混合溶液浸泡在盐酸之中，所述盐酸能够与所述碳酸氢钠反应产生CO2，对所述水凝胶进行发泡，制备得到低密度发泡水凝胶垫。
4.根据权利要求3所述的低密度发泡水凝胶垫的制备方法，其中，通过真空烘箱实现固化。
5.一种灭火装置，包括如权利要求1至2中任一所述的低密度发泡水凝胶垫。
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