CN110404225B - 一种环保型高分子胶体灭火添加剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环保型高分子胶体灭火添加剂，由以下质量百分数的原料制备而成：甲基纤维素1％～3％，聚丙烯酸钠2％～5％，金属盐4％～10％，戊二醛0.5％～2.5％，阻燃剂4％～10％，碳氢表面活性剂1％～3％，余量为去离子水；本发明还公开了该高分子胶体灭火添加剂的制备方法，将甲基纤维素和聚丙烯酸溶解后与金属盐水溶液混匀加入戊二醛交联，干燥后与阻燃剂和碳氢表面活性剂混匀；本发明还公开了该高分子胶体灭火添加剂的应用。本发明的高分子胶体灭火添加剂的水溶液具有温敏性能，起到吸热冷却、隔氧窒息的作用，提高了灭火性能，且易降解，适用于灭火领域；本发明的制备方法适于推广；本发明应用方法简单。

Description

一种环保型高分子胶体灭火添加剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于灭火剂技术领域，具体涉及一种环保型高分子胶体灭火添加剂及其制备方法和应用。

背景技术

火灾的发生会严重威胁公众的生命安全，造成无法弥补的损失。据应急管理部消防救援局统计：2018年，全国消防救援队伍总共接警出动达115.7万次，疏散和营救被困人员达67.6万人，抢救保护财产价值更是多达312亿元。

水灭火是目前扑救火灾最为常用的方法之一，被广泛地用于扑救建筑、森林、草原和矿井等火灾，其灭火机理是冷却法，水喷射到燃烧物体表面，可以降低其表面温度，从而起到冷却效果。但是水存在明显的缺点，水的流动性比较强，且黏度小，在喷射到火场的过程中，因为火场的温度太高，大量水还未到达便已汽化，从而降低水的使用效率。所以研究高效的利用水以及充分提高水的灭火性能的方法，对提高水的使用效率并减少水的二次污染具有重要意义。

研究表明，目前有两种方式可以提高水的灭火效率。一是改变水的喷射形态，使用细水雾或超细水雾灭火；二是在水中加入一定量的添加剂，改变其物理或化学性质，以增加水的粘附、润湿等特性，如无机盐、表面活性剂、高分子水凝胶等。高分子水凝胶是水系灭火添加剂的一种，其黏度大，附着效果强，流动性差，固水能力明显，在灭火过程中可以起到冷却、窒息、封堵的效果，从而提高水的使用效率。但是由于其黏度大，流动性差，造成输送困难，在灭火过程中也影响喷射距离，导致其在灭火领域中有一定的局限性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种环保型高分子胶体灭火添加剂。该高分子胶体灭火添加剂的水溶液具有突出的温敏性能，随着环境温度的改变发生溶胶-凝胶相态变化，在灭火过程中转化成黏度较大的凝胶附着在燃烧物的表面，起到了吸热冷却、隔氧窒息的作用，避免了燃烧物的继续燃烧，提高了水的灭火性能，解决了传统高分子水凝胶黏度过大、流动性差，在输送和灭火过程中堵塞喷头造成的不便。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种环保型高分子胶体灭火添加剂，其特征在于，由以下质量百分数的原料制备而成：甲基纤维素1％～3％，聚丙烯酸钠2％～5％，金属盐4％～10％，戊二醛0.5％～2.5％，阻燃剂4％～10％，碳氢表面活性剂1％～3％，余量为去离子水。

本发明的高分子胶体灭火添加剂由甲基纤维素、聚丙烯酸钠、金属盐、戊二醛、阻燃剂和碳氢表面活性剂制备得到，由于甲基纤维素有热凝胶性质，在常温下吸水溶胀形成透明的粘性溶液，当温度升高时形成不透明的凝胶，而聚丙烯酸钠属于高吸水性树脂，可吸收大量水分，且耐热性能优异，在常温下，该高分子胶体灭火添加剂中的甲基纤维素和聚丙烯酸钠的分子链交联缠绕形成三维网格状结构，加入到水中后吸收并存储大量的水形成黏度小且流动性好的溶胶，在灭火过程中，当温度升高达到低临界相变温度后(LCST)，三维网格状结构中的网格开始收缩，其内部的水分子被排挤出去，高分子胶体灭火添加剂随着环境温度的改变发生溶胶-凝胶相态变化，即表现出突出的温敏性能，转化成黏度较大的凝胶附着在燃烧物的表面，起到了吸热冷却、隔氧窒息的作用，避免了燃烧物的继续燃烧，提高了水的灭火性能，解决了传统高分子水凝胶黏度过大、流动性差，在输送和灭火过程中堵塞喷头造成的不便；同时，高分子胶体灭火添加剂中的阻燃剂在受热时分解吸热，产生大量水分稀释燃烧物周围的氧气，从而阻断燃烧，进一步提高了灭火性能，改善了凝胶的热稳定性，而金属盐的盐析作用进一步促进了转化成凝胶的速率，从而提高了灭火速率，碳氢表面活性剂有利于降低了溶胶的表面张力，降低了溶胶在常温时的黏度；另外，该高分子胶体灭火添加剂的组分均对环境无害，易于降解，对环境友好。

上述的一种环保型高分子胶体灭火添加剂，其特征在于，所述金属盐为氯化镁、氯化钙和氯化亚铁中的一种或两种以上。该金属盐无毒对环境友好，且易溶于水，方便高分子胶体灭火添加剂的制备。

上述的一种环保型高分子胶体灭火添加剂，其特征在于，所述阻燃剂为氢氧化镁或氢氧化铝。该阻燃剂具有无毒、阻燃、消烟的特性，进一步增强了高分子胶体灭火添加剂的灭火性能。

上述的一种环保型高分子胶体灭火添加剂，其特征在于，所述碳氢表面活性剂为直链烷基苯磺酸钠或烷基磺酸盐。

另外，本发明还提供了一种环保型高分子胶体灭火添加剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将甲基纤维素和聚丙烯酸钠混合均匀后加入到60℃～80℃的去离子水中，在恒温条件下磁力搅拌2h～3h，然后静置12h～48h，得到溶液A；

步骤二、将金属盐加入到去离子水中搅拌均匀，得到溶液B；

步骤三、将步骤二中得到的溶液B加入到步骤一中得到的溶液A中搅拌均匀，得到溶液C；

步骤四、向步骤三中得到的溶液C中加入盐酸溶液调节pH为2.0～4.0，然后加入戊二醛，在50℃的恒温水浴条件下搅拌均匀1h进行交联反应，得到溶液D；

步骤五、将步骤四中得到的溶液D在60℃～80℃的温度下进行干燥，得到固体凝胶，将固体凝胶粉碎后进行筛网过滤，得到凝胶粉末；所述凝胶粉末的粒径为200μm～400μm；

步骤六、将步骤五中得到的凝胶粉末与阻燃剂、碳氢表面活性剂混合均匀，得到粉末状的高分子胶体灭火添加剂；所述阻燃剂和碳氢表面活性剂的粒径均为200μm～400μm。

本发明将甲基纤维素、聚丙烯酸钠和金属盐混匀后加入戊二醛水溶液进行交联反应，形成具有三维网状结构且包覆金属盐的固体凝胶，然后与阻燃剂、碳氢表面活性剂混匀，得到具有突出温敏性能的高分子胶体灭火添加剂，制备方法简单，原料价格低廉，适于推广生产；另外，本发明制备的高分子胶体灭火添加剂易于降解，对环境友好，适合于灭火领域的使用。

上述的方法，其特征在于，步骤二中所述去离子水的温度为40℃～60℃。该温度有利于金属盐的充分快速溶解。

本发明还提供了一种环保型高分子胶体灭火添加剂的应用，其特征在于，将高分子胶体灭火添加剂加入到水中搅拌均匀，得到质量浓度为3％～8％的灭火剂。

本发明的高分子胶体灭火添加剂直接加入到水中后形成黏度小、流动性好的溶胶，在灭火过程中表现出优异的温敏性能，提高了水的灭火性能，应用方法简单，且易于输送和使用，添加量少，进一步有效避免了堵塞喷头现象，应用成本低，提高了高分子胶体灭火添加剂的应用价值。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的高分子胶体灭火添加剂的水溶液具有突出的温敏性能，随着环境温度的改变发生溶胶-凝胶相态变化，在灭火过程中由黏度小且流动性好的溶胶转化成黏度较大的凝胶附着在燃烧物的表面，起到了吸热冷却、隔氧窒息的作用，避免了燃烧物的继续燃烧，提高了水的灭火性能，解决了传统高分子水凝胶黏度过大、流动性差，在输送和灭火过程中堵塞喷头造成的不便。

2、本发明的高分子胶体灭火添加剂的水溶液在灭火时的作用分为三种情况：一部分在喷射到火场的过程中，由于水分蒸发吸收大量热量，使得可燃物周围温度降低，起到冷却的效果；在到达火场后，一部分温度达到LCST(临界转变温度)后发生由溶胶-凝胶的相态变化，黏度显著增大，附着在可燃物的表面，起到吸热冷却、隔氧窒息的效果，还有温度未达到LCST的一小部分虽未能发生相变，也会起到吸热冷却的效果，并且相较于水其本身具有黏性也会大大降低流失率，从而显著提升水的使用效率以及灭火效率。

3、本发明的高分子胶体灭火添加剂中的阻燃剂兼具阻燃、消烟等特性，在受热时分解吸热，进一步提高了灭火性能，改善了凝胶的热稳定性，而金属盐促进了转化成凝胶的速率，从而提高了灭火速率，碳氢表面活性剂有利于降低了溶胶的表面张力，降低了溶胶在常温时的黏度，进一步克服了溶胶黏度过大在输送和喷射过程中引起的不便。

4、本发明的高分子胶体灭火添加剂制备方法简单，原料价格低廉，适于推广生产；另外，本发明制备的高分子胶体灭火添加剂易于降解，对环境友好，适合于灭火领域的使用。

5、本发明制备的高分子胶体灭火添加剂为粉末状固体，易于保存、运输和使用，进一步扩大了其应用范围。

6、本发明的高分子胶体灭火添加剂应用方法简单，提高了水的灭火性能，且添加量少，应用成本低，应用价值高。

下面通过实施例对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

本发明的环保型高分子胶体灭火添加剂及其制备方法通过实施例1～实施例3进行详细描述。

实施例1

本实施例的环保型高分子胶体灭火添加剂由以下质量百分数的原料制备而成：甲基纤维素1％，聚丙烯酸钠2％，氯化镁4％，戊二醛0.5％，氢氧化镁4％，直链烷基苯磺酸钠1％，余量为去离子水。

本实施例的环保型高分子胶体灭火添加剂的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将34g甲基纤维素和68g聚丙烯酸钠混合均匀后加入到2kg温度为60℃的去离子水中，在恒温条件下磁力搅拌2h，然后静置12h，得到溶液A；

步骤二、将137g氯化镁加入到1kg温度为40℃的去离子水中搅拌均匀，得到溶液B；

步骤三、将步骤二中得到的溶液B加入到步骤一中得到的溶液A中搅拌均匀，得到溶液C；

步骤四、向步骤三中得到的溶液C中加入质量浓度为2％的盐酸溶液调节pH为2.0，然后加入17g戊二醛，在50℃的恒温水浴条件下搅拌均匀1h进行交联反应，得到溶液D；

步骤五、将步骤四中得到的溶液D置于真空干燥箱中，在60℃的温度下进行干燥，得到固体凝胶，将固体凝胶粉碎后进行筛网过滤，得到凝胶粉末；所述凝胶粉末的粒径为200μm～400μm；

步骤六、将步骤五中得到的凝胶粉末与137g氢氧化镁、34g直链烷基苯磺酸钠混合均匀，得到粉末状的高分子胶体灭火添加剂；所述氢氧化镁和直链烷基苯磺酸钠的粒径均为200μm～400μm。

本实施例中环保型高分子胶体灭火添加剂制备成分中的金属盐还可为氯化钙或氯化亚铁。

实施例2

本实施例的环保型高分子胶体灭火添加剂由以下质量百分数的原料制备而成：甲基纤维素2％，聚丙烯酸钠3.5％，氯化镁和氯化钙7％，戊二醛1.5％，氢氧化铝6％，烷基磺酸钠2％，余量为去离子水。

本实施例的环保型高分子胶体灭火添加剂的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将77g甲基纤维素和135g聚丙烯酸钠混合均匀后加入到2kg温度为70℃的去离子水中，在恒温条件下磁力搅拌2h，然后静置30h，得到溶液A；

步骤二、将134g氯化镁和135g氯化钙加入到1kg温度为50℃的去离子水中搅拌均匀，得到溶液B；

步骤三、将步骤二中得到的溶液B加入到步骤一中得到的溶液A中搅拌均匀，得到溶液C；

步骤四、向步骤三中得到的溶液C中加入质量浓度为2％的盐酸溶液调节pH为3.0，然后加入58g戊二醛，在50℃的恒温水浴条件下搅拌均匀1h进行交联反应，得到溶液D；

步骤五、将步骤四中得到的溶液D置于真空干燥箱中，在70℃的温度下进行干燥，得到固体凝胶，将固体凝胶粉碎后进行筛网过滤，得到凝胶粉末；所述凝胶粉末的粒径为200μm～400μm；

步骤六、将步骤五中得到的凝胶粉末与231g氢氧化铝、77g烷基磺酸钠混合均匀，得到粉末状的高分子胶体灭火添加剂；所述氢氧化铝和烷基磺酸钠的粒径均为200μm～400μm。

本实施例中环保型高分子胶体灭火添加剂制备成分中的金属盐还可为氯化镁和氯化亚铁的组合，或者氯化钙和氯化亚铁的组合。

实施例3

本实施例的环保型高分子胶体灭火添加剂由以下质量百分数的原料制备而成：甲基纤维素3％，聚丙烯酸钠5％，氯化镁、氯化钙和氯化亚铁10％，戊二醛2.5％，氢氧化铝8％，直链烷基苯磺酸钠3％，余量为去离子水。

本实施例的环保型高分子胶体灭火添加剂的制备方法包括以下步骤：

步骤一、将131g甲基纤维素和219g聚丙烯酸钠混合均匀后加入到2kg温度为80℃的去离子水中，在恒温条件下磁力搅拌3h，然后静置48h，得到溶液A；

步骤二、将146g氯化镁、146g氯化钙和146g氯化亚铁加入到1kg温度为60℃的去离子水中搅拌均匀，得到溶液B；

步骤三、将步骤二中得到的溶液B加入到步骤一中得到的溶液A中搅拌均匀，得到溶液C；

步骤四、向步骤三中得到的溶液C中加入质量浓度为3％的盐酸溶液调节pH为4.0，然后加入110g戊二醛，在50℃的恒温水浴条件下搅拌均匀1h进行交联反应，得到溶液D；

步骤五、将步骤四中得到的溶液D置于真空干燥箱中，在80℃的温度下进行干燥，得到固体凝胶，将固体凝胶粉碎后进行筛网过滤，得到凝胶粉末；所述凝胶粉末的粒径为200μm～400μm；

步骤六、将步骤五中得到的凝胶粉末与350g氢氧化镁、131g直链烷基苯磺酸钠混合均匀，得到粉末状的高分子胶体灭火添加剂；所述氢氧化镁和直链烷基苯磺酸钠的粒径均为200μm～400μm。

本发明的环保型高分子胶体灭火添加剂的应用通过实施例4～实施例6进行详细描述。

实施例4

本实施例的环保型高分子胶体灭火添加剂的应用过程为：将实施例1的高分子胶体灭火添加剂加入到水中搅拌均匀，得到质量浓度为4％的灭火剂。

实施例5

本实施例的环保型高分子胶体灭火添加剂的应用过程为：将实施例2的高分子胶体灭火添加剂加入到水中搅拌均匀，得到质量浓度为6％的灭火剂。

实施例6

本实施例的环保型高分子胶体灭火添加剂的应用过程为：将实施例3的高分子胶体灭火添加剂加入到水中搅拌均匀，得到质量浓度为8％的灭火剂。

对本发明环保型高分子胶体灭火添加剂的灭A类火(木垛火)性能进行检测，具体过程为：(1)模拟火灾搭建5个木垛实验标准模型，选择尺寸为4cm×4cm×63.5cm的松木条，每层7根共16层，垒成64cm×63.5cm(高度×长度)的标准2A木垛，然后取一个直径为50cm、高为20cm的油盘盛有等量汽油置于木垛正下方，用于点燃标准2A木垛；(2)分别将实施例4～实施例6中制备的灭火剂、江西圣辉生化科技有限公司生产的DTE水系灭火剂(即现有技术的水系灭火剂)和水作为样品，置于水雾消防车储水箱内，当木垛被点燃4min达到温度燃烧后，分别均使用4Mpa的喷射压力开始喷射灭火，其结果如下表1所示。

表1实施例4～实施例6制备的灭火剂、现有技术的水系灭火剂和水的灭A类火性能检测结果

从表1可知，本发明实施例4～实施例6制备的灭火剂的灭A类火性能均优于现有技术的水系灭火剂和水，其中，水由于具有良好的流动性，使得大量的水未作用于燃烧物表面起到灭火作用便已经白白流失，或者未到达燃烧物表面便已经蒸发汽化，利用率低，因此灭A类火性能最差；现有技术的水系灭火剂中添加的表面活性剂提升了水的渗透性能和快速铺展性能，因此能快、更多地作用于燃烧物，使其灭火性能相对于水得到一定提升，但也因为其良好的流动性能和渗透性能，在灭火过程中有大量的灭火剂还没有起到灭火效果就白白流失，因此其灭火性能和抗复燃性能受限；而添加了本发明高分子胶体灭火添加剂的灭火剂具有突出的温敏性能，当标准2A木垛的表面燃烧温度大于高分子胶体灭火添加剂的凝胶最低临界温度(LCST)时，该灭火剂接触木垛火后迅速发生了从溶胶到凝胶的转变，凝胶的黏度迅速增加，从而可以很好地黏附在木垛表面，起到冷却、窒息和封堵的效果，增强了灭火剂的使用效率，使灭火剂的灭火性能和抗复燃性能显著提升；另外，该灭火剂环保易降解、对环境无污染，制备工艺和应用方法简单，具有较高的使用价值。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种环保型高分子胶体灭火添加剂，其特征在于，由以下质量百分数的原料制备而成：甲基纤维素1％～3％，聚丙烯酸钠2％～5％，金属盐4％～10％，戊二醛0.5％～2.5％，阻燃剂4％～10％，碳氢表面活性剂1％～3％，余量为去离子水；该环保型高分子胶体灭火添加剂由包括以下步骤的方法制备得到：

步骤一、将甲基纤维素和聚丙烯酸钠混合均匀后加入到60℃～80℃的去离子水中，在恒温条件下磁力搅拌2h～3h，然后静置12h～48h，得到溶液A；

步骤二、将金属盐加入到去离子水中搅拌均匀，得到溶液B；

步骤三、将步骤二中得到的溶液B加入到步骤一中得到的溶液A中搅拌均匀，得到溶液C；

步骤四、向步骤三中得到的溶液C中加入盐酸溶液调节pH为2.0～4.0，然后加入戊二醛，在50℃的恒温水浴条件下搅拌均匀1h进行交联反应，得到溶液D；

步骤五、将步骤四中得到的溶液D在60℃～80℃的温度下进行干燥，得到固体凝胶，将固体凝胶粉碎后进行筛网过滤，得到凝胶粉末；所述凝胶粉末的粒径为200μm～400μm；

步骤六、将步骤五中得到的凝胶粉末与阻燃剂、碳氢表面活性剂混合均匀，得到粉末状的高分子胶体灭火添加剂；所述阻燃剂和碳氢表面活性剂的粒径均为200μm～400μm。

2.根据权利要求1所述的一种环保型高分子胶体灭火添加剂，其特征在于，所述金属盐为氯化镁、氯化钙和氯化亚铁中的一种或两种以上。

3.根据权利要求1所述的一种环保型高分子胶体灭火添加剂，其特征在于，所述阻燃剂为氢氧化镁或氢氧化铝。

4.根据权利要求1所述的一种环保型高分子胶体灭火添加剂，其特征在于，所述碳氢表面活性剂为直链烷基苯磺酸钠或烷基磺酸盐。

5.据权利要求1所述的一种环保型高分子胶体灭火添加剂，其特征在于，步骤二中所述去离子水的温度为40℃～60℃。

6.一种如权利要求1～4中任一权利要求所述的环保型高分子胶体灭火添加剂的应用，其特征在于，将高分子胶体灭火添加剂加入到水中搅拌均匀，得到质量浓度为3％～8％的灭火剂。