CN111603716B - 一种可自然降解高分子凝胶水系灭火剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及灭火剂的技术领域，具体涉及一种可自然降解高分子凝胶水系灭火剂，包括如下重量份数的组分：木质纤维素改性SA树脂40‑60份、聚丙烯酰胺40‑72份；其中，木质纤维素改性SA树脂的制备方法包括如下步骤：1）木质纤维素的溶解；2）木质纤维素的提取；3）木质纤维素与树脂的共混；4）挤出：制得木质纤维素改性SA树脂。本发明提供的可自然降解高分子凝胶水系灭火剂具有可自然降解的效果。

Description

一种可自然降解高分子凝胶水系灭火剂
技术领域
本发明涉及灭火剂的技术领域，尤其是涉及一种可自然降解高分子凝胶水系灭火剂。
背景技术
随着我国经济建设的快速发展，火灾的种类越来越多样化，火灾形势日趋严重，因此灭火剂的应用及研究也越来越重要。水作为不燃液体，是最充足的天然灭火剂，而且应用最广泛。但水易于流动，喷射到燃烧区停留时间很短，大部分流失，实际灭火过程中只有小部分发挥了作用，浪费率高，抗复燃性能差。
高分子凝胶水系灭火剂是利用原料才高分子吸水树脂及一定量的其他辅助试剂混合制备而成，其具有良好的灭火能力、可减少水的用量、可扩大灭火范围等优点，应用也逐渐广泛。然而高分子吸水树脂通常由丙烯酸盐为单体制备而成，聚丙烯酸盐的降解性能较差，其吸水膨胀后的凝胶长时间存在于生态环境中，易造成对环境的二次污染。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的在于提供一种可自然降解高分子凝胶水系灭火剂，其具有可自然降解的效果。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种可自然降解高分子凝胶水系灭火剂,包括如下重量份数的组分:
木质纤维素改性SA树脂40-60份聚丙烯酰胺40-72份
其中，木质纤维素改性SA树脂的制备方法包括如下步骤：
1)木质纤维素的溶解：将木质纤维素加入至放置有质量分数为5％的氢氧化钠溶液的搅拌器中，搅拌5min后向搅拌器中加入相容剂；再搅拌30min，且加热至80℃，糊化1小时；
2)木质纤维素的提取：将糊化后的木质纤维素冷却至室温后，加入去离子水稀释至原体积的 2倍，然后进行抽滤得木质纤维素初成品；
3)木质纤维素与树脂的共混：将改性SA树脂投入到密炼机中，加热至熔融状态，然后将木质纤维素成品加入树脂熔融液中密炼3小时，制得混合熔融物；
4)挤出：将混合熔融物送入螺旋挤出机中进行挤出处理，制得木质纤维素改性SA树脂。
通过采用上述技术方案，木质纤维素是天然可再生木材经过化学处理、机械法加工得到的有机絮状纤维物质，主要由纤维素、半纤维素及木质素三部分组成的三维网状结构，其可在自然状态下降解，利用木质纤维素对改性SA树脂进行改性，用以弥补改性SA树脂难以降解的缺陷，从而提高灭火剂的可降解性能；
同时将木质纤维素首先在碱性环境下浸泡，碱液中的OH-能够削弱纤维素与半纤维素之间的氢键及皂化半纤维素和木质素分子之间的酯键，使木质纤维素原料润胀，其内部的表面积增大，更利于改性SA树脂进入木质纤维素结构内部，两者相互协同，有利于提高改性SA树脂的可降解性；木质纤维素本身的三维网状结构，使其能够吸附自身重量6-8倍的水分，利用木质纤维素对改性SA树脂改性，可提高改性SA树脂的吸水能力，减少灭火剂的用水量；聚丙烯酰胺为水溶性线性高分子聚合物，具有良好的絮凝性，可以降低液体之间的摩擦阻力，将其加入至体系中，能够在火灾表面形成水凝胶隔绝火源与空气，进而达到灭火效果。
本发明的进一步设置为：所述改性SA树脂与所述木质纤维素的重量份数比为1：(0.1-0.2)。
通过采用上述技术方案，木质纤维素本身具有易蛀易腐蚀的缺陷，因此其添加量不宜过多，以免影响改性SA的品质，而添加量过少，达不到理想地提升树脂可降解性能的效果，因此，木质纤维素与树脂的添加比例应控制在合理的范围内。
本发明的进一步设置为：所述改性SA树脂为安息香-SA复配物。
通过采用上述技术方案，安息香分子结构中含有光敏官能团，将其与SA复配后，能够增强SA吸收紫外线光的能力，同时激发安息香分子由自由态变为激发态，激发态的分子共价键易断裂形成自由基，因此可使SA分子断裂的速度加快，有利于增强SA的光降解性。
本发明的进一步设置为：所述安息香-SA复配物的制备方法为：1)将45份SA、3份稀释剂及8份丙二醇溶液投入至搅拌机中，在120℃下搅拌，直至混合溶液的酸值为18；2) 向上述混合溶液中加入3份安息香，继续搅拌1小时；3)将步骤2)中的混合液投入至螺旋挤出机中挤出成型，然后冷却至室温后，得安息香-SA复配物。
通过采用上述技术方案，将SA及安息香共混后投入至螺旋挤出机中，螺旋挤出机的多段共混，有利于安息香与SA的复配提供了反应时间与反应场所，最终可得到复配效果好的安息香-SA复配物。
本发明的进一步设置为：所述稀释剂为丙烯酸酯。
通过采用上述技术方案，丙烯酸酯为活性稀释剂，将其加入SA中，一方面可改变SA的黏度，改善SA的流动性，使各项组分的混合更加均匀，提高各组分之间交联密度，保证灭火剂质量的均一性；同时丙烯酸酯可参与到安息香与SA的固化反应中，使安息香与SA之间的复配效果更好，有利于提升安息香-SA复配物的稳定性。
本发明的进一步设置为：所述相容剂为环氧树脂。
通过采用上述技术方案，环氧树脂含有反应活性很高的环氧官能团，它既能与SA分子中的酚羟基及醇羟基反应，也能与安息香分子中的羧基反应，且其价格低廉，因此采用选用环氧树脂相容剂。
本发明的进一步设置为：还包括硅微粉6-9份。
通过采用上述技术方案，木质纤维素为天然可再生木材加工制得，其本身具有一定的易蛀性；而微硅粉不予其他物质反应、与大多数酸、碱均不反应，将其加入体系中微硅粉可均匀包裹在木质纤维素改性SA树脂上，以此对木质纤维素形成物理屏障，减少木质纤维素易蛀的问题，有利于提高灭火剂的稳定性。
本发明的进一步设置为：所述硅微粉的粒度为0.1mm-0.3mm。
通过采用上述技术方案，硅微粉的粒度过小，则易进入木质纤维素改性SA树脂的内部，难以起到改善木质纤维素易蛀的问题；而硅微粉的粒度过大，则其包裹在木质纤维素改性SA树脂表面的均匀度不佳，难以对木质素形成全方位的保护；因此硅微粉的粒度应该控制在合理的范围内。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
1、木质纤维素是天然可再生木材经过化学处理、机械法加工得到的有机絮状纤维物质，主要由纤维素、半纤维素及木质素三部分组成的三维网状结构，其可在自然状态下降解，利用木质纤维素对树脂进行改性，用以弥补树脂难以降解的缺陷，从而提高灭火剂的可降解性能；
2、安息香分子结构中含有光敏官能团，将其与SA复配后，能够增强SA吸收紫外线光的能力，同时激发安息香分子由自由态变为激发台，激发态的分子共价键以断裂形成自由基，因此可使SA分子断裂的速度加快，有利于增强SA的光降解性；
3、丙烯酸酯为活性稀释剂，将其加入SA中，一方面可改变SA的黏度，改善SA的流动性，使各项组分的混合更加均匀，提高各组分之间交联密度，以此保证灭火剂质量的均一性；同时丙烯酸酯可参与到安息香与SA的固化反应中，使安息香与SA之间的复配效果更好，有利于提升安息香-SA复配物的稳定性。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步详细说明。
本发明中，高分子吸水性树脂SA选自新加坡友往工有限公司；聚丙烯酰胺选自济南鲁信捷科技有限公司；稀释剂选用丙烯酸酯；相容剂选用环氧树脂。
实施例1
一种可自然降解高分子凝胶水系灭火剂，包括木质纤维素改性SA树脂50份，聚丙烯酰胺56 份；
改性SA树脂为安息香-SA复配物，其制备方法为：
1)将45份SA、3份稀释剂及8份丙二醇溶液投入至搅拌机中，在120℃下搅拌，直至混合溶液的酸值为18；
2)向上述混合溶液中加入3份安息香，继续搅拌1小时；
3)将步骤2)中的混合液投入至螺旋挤出机中挤出成型，然后冷却至室温后，得安息香-SA 复配物。
木质纤维素改性SA树脂的制备方法为：
1)木质纤维素的溶解：按照安息香-SA复配物与木质纤维素重量份数比为1:0.15，加入重量份的木质纤维素至放置有质量分数为5％的氢氧化钠溶液的搅拌器中，搅拌5min后向搅拌器中加入相容剂；再搅拌30min，且加热至80℃，糊化1小时；
2)木质纤维素的提取；将糊化后的木质纤维素冷却至室温后，加入去离子水稀释至原体积的 2倍，然后进行抽滤得木质纤维素初成品；
3)木质纤维素与树脂的共混：将安息香-SA树脂复配物投入到密炼机中，加热至熔融状态，然后将木质纤维素成品加入树脂熔融液中密炼3小时，制得混合熔融物；
4)挤出：将混合熔融物送入螺旋挤出机中进行挤出处理，制得木质纤维素改性安息香-SA复配物。
实施例2
一种可自然降解高分子凝胶水系灭火剂，包括木质纤维素改性SA树脂40份，聚丙烯酰胺46 份；
改性SA树脂为安息香-SA复配物，其制备方法同实施例1；
木质纤维素改性SA树脂的制备方法与实施例1不同的是：安息香-SA复配物与木质纤维素重量份数比为1:0.15。
实施例3
一种可自然降解高分子凝胶水系灭火剂，包括木质纤维素改性SA树脂60份，聚丙烯酰胺72 份；
改性SA树脂为安息香-SA复配物，其制备方法同实施例1；
木质纤维素改性SA树脂的制备方法与实施例1不同的是：安息香-SA复配物与木质纤维素重量份数比为1:0.2。
实施例4
一种可自然降解高分子凝胶水系灭火剂，包括木质纤维素改性SA树脂50份，聚丙烯酰胺56 份；
木质纤维素改性SA树脂的制备方法为：
1)木质纤维素的溶解：按照SA树脂与木质纤维素重量份数比为1:0.15，加入重量份的木质纤维素至放置有质量分数为5％的氢氧化钠溶液的搅拌器中，搅拌5min后向搅拌器中加入相容剂；再搅拌30min，且加热至80℃，糊化1小时；
2)木质纤维素的提取；将糊化后的木质纤维素冷却至室温后，加入去离子水稀释至原体积的 2倍，然后进行抽滤得木质纤维素初成品；
3)木质纤维素与树脂的共混：将SA树脂投入到密炼机中，加热至熔融状态，然后将木质纤维素成品加入树脂熔融液中密炼3小时，制得混合熔融物；
4)挤出：将混合熔融物送入螺旋挤出机中进行挤出处理，制得木质纤维素改性SA树脂。
实施例5
一种可自然降解高分子凝胶水系灭火剂，包括木质纤维素改性SA树脂50份，聚丙烯酰胺56 份；
改性SA树脂为安息香-SA树脂，其制备方法为：
1)将45份SA树脂与3份安息香，混合料投入至螺旋挤出机中挤出成型，然后冷却至室温后，得安息香-SA树脂。
木质纤维素改性安息香-SA树脂的制备方法，与实施例1不同的是，将制备步骤中的“安息香-SA复配物”替换成“安息香-SA树脂”。
实施例6
一种可自然降解高分子凝胶水系灭火剂，与实施例1不同的是，还包括硅微粉8份，硅微粉的粒径为0.2mm；
安息香-SA复配物的制备方法、木质纤维素改性SA树脂的制备方法均同实施例1。
实施例7
一种可自然降解高分子凝胶水系灭火剂，与实施例1不同的是，还包括硅微粉6份，硅微粉的粒径为0.1mm；
安息香-SA复配物的制备方法、木质纤维素改性SA树脂的制备方法均同实施例1。
实施例8
一种可自然降解高分子凝胶水系灭火剂，与实施例1不同的是，还包括硅微粉9份，硅微粉的粒径为0.3mm；
安息香-SA复配物的制备方法、木质纤维素改性SA树脂的制备方法均同实施例1。
对比例1
一种可自然降解高分子凝胶水系灭火剂，包括木质纤维素改性SA树脂50份，聚丙烯酰胺56 份；
改性SA树脂为安息香-SA复配物，其制备方法，同实施例1；
木质纤维素改性SA树脂的制备方法为：
1)木质纤维素与树脂的共混：将安息香-SA树脂复配物投入到密炼机中，加热至熔融状态，然后按照安息香-SA复配物与木质纤维素重量份数比为1:0.15向密炼机中加入木质纤维素，然后密炼3小时，制得混合熔融物；
2)挤出：将混合熔融物送入螺旋挤出机中进行挤出处理，制得木质纤维素改性SA树脂。
对比例2
一种可自然降解高分子凝胶水系灭火剂，包括SA树脂50份、木质纤维素5份、聚丙烯酰胺 56份。
对比例3
一种可自然降解高分子凝胶水系灭火剂，包括SA树脂50份、聚丙烯酰胺56份。
性能检测试验
对由实施例1-8及对比例1-3制备的灭火剂进行取样，对样品进行以下性能检测试验。
吸水能力测定：
称量1g灭火剂于烧杯中，加入1000mL的水，浸泡3h，然后过滤并称量吸水后的灭火剂质量，利用下述公式计算吸水倍率(计算结果记录在表1中)：
Q＝(M-1)/1
式中：Q：吸水倍率，M：吸水后的灭火剂质量(g)。
保水能力的测定：
将充分吸水溶胀后的灭火剂，放置在60℃、40℃、20℃的恒温烘箱中，每隔1h测一次灭火剂的质量，得到灭火剂失水量与时间、温度的变化关系(计算结果记录在表2中)。
降解性能测定：
称量1g制得的灭火剂放入到1000mL的蒸馏水中，经过24h吸水饱和后，分样两份分别放在自然环境与紫外光光照条件下，4天后对试样进行称重，通过考察样品质量的变化情况，来评定样品降解性能的大小，利用下述公式计算降解率(计算结果记录在表1中)，样品的降解率越小说明样品的降解性能越好：
D＝(1-W)/1
式中：D：降解率(％)；，W:降解后灭火剂的质量(g)。
表1吸水能力测定及降解性能测定性能检测表
Figure BDA0002502425560000071
表2保水能力测定性能检测表
Figure BDA0002502425560000072
由表1、表2中的检测结果可知：
1、实施例1-8与对比例1-3相比：实施例1的样品在自然环境和紫外线光照的环境下的降解性能均优于对比例1-3的降解率，说明对SA树脂进行木质纤维素改性，可显著提高样品的降解性能，可能是因为木质纤维素自然状态下降解，从而可弥补SA树脂难以降解的缺陷。
2、实施例1-3与实施例4相比：实施例1-3在自然环境中的降解性与实施例4差别不大，但是实施例1-3在紫外线光照环境中的降解性明显优于实施例4，说明对SA树脂进行安息香改性后，可显著提升样品在紫外线光照环境下的降解性，可能是因为安息香分子结构中含有光敏官能团，可促使SA分子断裂的速度加快，从而增强SA的光降解性。
3、实施例1-3与实施例5相比：实施例1-3在自然环境中的降解性与实施例5差别不大，但是实施例1-3在紫外线光照环境中的降解性明显优于实施例5，说明采用安息香-SA复配物较直接利用安息香与SA混合物，提升样品光降解性能的效果更优。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，并非对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1. 一种可自然降解高分子凝胶水系灭火剂，其特征在于，包括如下重量份数的组分：木质纤维素改性SA树脂 40-60份，聚丙烯酰胺 40-72份；
其中，木质纤维素改性SA树脂的制备方法包括如下步骤：
1）木质纤维素的溶解：将木质纤维素加入至放置有质量分数为5%的氢氧化钠溶液的搅拌器中，搅拌5min后向搅拌器中加入相容剂；再搅拌30min，且加热至80℃，糊化1小时；
2）木质纤维素的提取：将糊化后的木质纤维素冷却至室温后，加入去离子水稀释至原体积的2倍，然后进行抽滤得木质纤维素初成品；
3）木质纤维素与树脂的共混：将改性SA树脂投入到密炼机中，加热至熔融状态，然后将木质纤维素成品加入树脂熔融液中密炼3小时，制得混合熔融物；
4）挤出：将混合熔融物送入螺旋挤出机中进行挤出处理，制得木质纤维素改性SA树脂；
所述改性SA树脂与所述木质纤维素的重量份数比为1：（0.1-0.2）；
所述改性SA树脂为安息香-SA复配物。
2.根据权利要求1所述的可自然降解高分子凝胶水系灭火剂，其特征在于：所述安息香-SA复配物的制备方法为：
1）将45份SA、3份稀释剂及8份丙二醇溶液投入至搅拌机中，在120℃下搅拌，直至混合溶液的酸值为18；
2）向上述混合溶液中加入3份安息香，继续搅拌1小时；3）将步骤2）中的混合液投入至螺旋挤出机中挤出成型，然后冷却至室温后，得安息香-SA复配物。
3.根据权利要求2所述的可自然降解高分子凝胶水系灭火剂，其特征在于：所述稀释剂为丙烯酸酯。
4.根据权利要求1所述的可自然降解高分子凝胶水系灭火剂，其特征在于：所述相容剂为环氧树脂。
5.根据权利要求1所述的可自然降解高分子凝胶水系灭火剂，其特征在于：还包括硅微粉6-9份。
6.根据权利要求5所述的可自然降解高分子凝胶水系灭火剂，其特征在于：所述硅微粉的粒度为0.1mm-0.3mm。
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