本發(fā)明涉及一種阻火滅火凝膠及其制備方法。

背景技術(shù)：

高分子聚合凝膠是高吸水性樹脂(Super Absorbent Polymer，SAP)吸水后形成的凝膠狀態(tài)物質(zhì)。高吸水性樹脂具有特殊的三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可吸收重于它本身質(zhì)量數(shù)百倍的水于三維空間網(wǎng)格中，進(jìn)而形成高分子聚合凝膠。

從微觀角度觀察，高分子聚合凝膠的空間結(jié)構(gòu)類似于水成膜泡沫AFFF或類A類泡沫，不同之處在于它的三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的空隙處可以充滿水，這些填滿水的“水泡”與只有空氣填充的泡沫相比，可大幅度提高隔熱保護(hù)性能。如果火的熱量要到達(dá)被保護(hù)層的表面，它必須蒸發(fā)掉每一層“水泡”，這時火的能量就會被大幅度的吸收，從而降低了其破壞性。滅火時，其包含的水被蒸發(fā)氣化而吸收大量熱量，體積也迅速擴(kuò)大，當(dāng)水蒸氣占燃燒空間30％或降溫至燃燒物質(zhì)閃點(diǎn)、燃點(diǎn)以下時，燃燒便會自行停止。

高分子聚合凝膠水合物的堆積結(jié)構(gòu)能顯著阻礙內(nèi)部的水分蒸發(fā)。將其覆蓋在燃燒物質(zhì)表面后，便可在火與被保護(hù)物的表面形成一個絕緣區(qū)域，起到隔氧隔熱的作用，從而切斷了燃燒熱傳遞，最終迫使燃燒停止。高分子聚合凝膠水合物可以隔絕2000℃的高溫并保持很長時間。

高分子聚合凝膠能夠阻燃，可噴涂在周邊的易燃建筑、重要設(shè)施(如壓縮天然氣氣瓶、鐵路油罐車、車輛、船舶、飛機(jī)、樹木，甚至是玻璃和窗戶上等)上，從而在一定程度上保證覆蓋物的安全。高分子聚合凝膠可用于開設(shè)林火阻隔帶，高分子聚合凝膠可以吸收數(shù)百倍于它體重的水，所以在滅火過程中漂移蒸發(fā)較小，不僅能因失水消耗熱量達(dá)到滅火的目的，還能在火和可燃物之間構(gòu)成一個絕緣的區(qū)域，形成阻火屏障以隔絕空氣，并在3500℃的高溫下仍起到保護(hù)作用，是快速、安全、環(huán)保開設(shè)林火阻隔帶的技術(shù)措施。高分子聚合凝膠用于滅火，它可以撲滅包括A級可燃物在內(nèi)的火災(zāi)非常有效，除了能快速的冷卻可燃物外，還可以降低復(fù)燃的幾率。而且高分子聚合凝膠還具有另一個特性，即某一點(diǎn)的凝膠保護(hù)層遭受猛火的攻擊受到破壞后，該點(diǎn)上層的凝膠保護(hù)層會滑下來，重新覆蓋在受創(chuàng)表面，進(jìn)而熄滅該區(qū)域內(nèi)的火勢。同時，高分子聚合凝膠不易漂移擴(kuò)散的特點(diǎn)可用飛機(jī)噴灑進(jìn)行阻火滅火作業(yè)。在水供給有限的區(qū)域，高分子聚合凝膠可以幫助消防員用盡量少的水去滅掉盡可能多的火。

加之，高分子聚合凝膠吸水容量大、吸水速率快、保水能力強(qiáng)及無毒無味等顯著優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為具有廣闊的應(yīng)用前景。

但由于目前制備的高分子聚合凝膠在室溫靜置48小時候后會發(fā)生“凝膠稀釋”，原本粘稠的凝膠變得稀釋，而且隨著時間的延長，稀釋變得越來越明顯，最后呈清水狀。所以，現(xiàn)在都是將制備好的高分子聚合凝膠干燥或脫水處理制成固體顆粒，使用時再將固體顆粒狀高分子聚合凝膠與水混合。因?yàn)楦叻肿泳酆夏z本身是高吸水性物質(zhì)，所以干燥或脫水難度大，復(fù)水時容易團(tuán)聚、結(jié)塊，而且復(fù)水后其阻燃滅火性能有所下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種可以長期儲存的不變性的高分子聚合凝膠。

高分子阻火滅火凝膠的制備方法按以下步驟進(jìn)行：

一、向丙烯酸中攪拌加入氫氧化鈉或碳酸鈉水溶液，至中和度為60％～90％，同時控制反應(yīng)溫度為35～50℃，混合時間為15～50分鐘，得到中和液；

二、向所得中和液中依次加入交聯(lián)劑、引發(fā)劑和附著力促進(jìn)劑，并持續(xù)攪拌15～50min，得到聚合液；

三、將所得聚合液在50～100℃的溫度下進(jìn)行聚合反應(yīng)1～6小時，生成高吸水性樹脂；

四、將所生成的高吸水性樹脂分散于植物油中，并均勻攪拌2～5小時，得到懸浮液；

五、向懸浮液中加入穩(wěn)定劑，形成均一的高分子阻火滅火凝膠；

其中，步驟二中附著力促進(jìn)劑為選自PN-700、PN-701、PN-702、DN-801、DN-630、DN-631、DN-630、DN-9311和DN-808中的一種或多種，附著力促進(jìn)劑用量為步驟一中和液質(zhì)量的0.001％～5％。

本發(fā)明高分子阻火滅火凝膠室溫、封閉、靜置儲存3～5年(甚至更長時間)未發(fā)生分層、稀釋、沉淀等變性情況發(fā)生。

本發(fā)明高分子阻火滅火凝膠中除有效成分外，不含有任何壬基酚聚氧乙烯醚或石油蒸餾物，只包含植物油完全被生物降解，具有生物安全性。

目前國內(nèi)使用的高分子滅火凝膠添加劑均為固態(tài)粉末或顆粒，用于滅火凝膠使用前，都必須溶解到水中吸水溶脹。但這個過程存在吸水溶脹需要一定的時間，溶脹不均勻，容易團(tuán)聚、結(jié)塊；導(dǎo)致?lián)浠鸩患皶r，而且容易堵塞噴灑器械。

本發(fā)明所制備凝膠始終保持為均勻分散的液態(tài)，使用時可直接虹吸到水罐中，無須攪拌混合，便可以直接噴灑，不必等待(即混即用)、不結(jié)塊、不團(tuán)聚，分散性好，不損害噴灑設(shè)備，不貽誤撲火戰(zhàn)機(jī)，從根本上解決了現(xiàn)有粉末狀固態(tài)產(chǎn)品的弊端；而且可以噴涂使用。

附圖說明

圖1是高分子阻火滅火凝膠阻火實(shí)驗(yàn)，噴燈灼燒下皮膚毫發(fā)未損。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式，還包括各具體實(shí)施方式間的任意組合。

具體實(shí)施方式一：本實(shí)施方式高分子阻火滅火凝膠的制備方法按以下步驟進(jìn)行：

一、向丙烯酸中攪拌加入氫氧化鈉或碳酸鈉水溶液，至中和度為60％～90％，同時控制反應(yīng)溫度為35～50℃，混合時間為15～50分鐘，得到中和液；

二、向所得中和液中依次加入交聯(lián)劑、引發(fā)劑和附著力促進(jìn)劑，并持續(xù)攪拌15～50min，得到聚合液；

三、將所得聚合液在50～100℃的溫度下進(jìn)行聚合反應(yīng)1～6小時，生成高吸水性樹脂；

四、將所生成的高吸水性樹脂分散于植物油中，并均勻攪拌2～5小時，得到懸浮液；

五、向懸浮液中加入穩(wěn)定劑，形成均一的高分子阻火滅火凝膠；

其中，步驟二中附著力促進(jìn)劑為選自PN-700、PN-701、PN-702、DN-801、DN-630、DN-631、DN-630、DN-9311和DN-808中的一種或多種，附著力促進(jìn)劑用量為步驟一中和液質(zhì)量的0.001％～5％。

本實(shí)施方式制備的高分子阻火滅火凝膠開封使用有剩余，需將蓋口擰緊，再次使用時可能會出現(xiàn)少量分層情況，只需上下?lián)u晃均勻即可，不影響使用效果。

具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一的不同點(diǎn)是：步驟四攪拌速度為60r/min。其它步驟及參數(shù)與實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一或二的不同點(diǎn)是：步驟二中附著力促進(jìn)劑為DN-630，附著力促進(jìn)劑用量為步驟一中和液質(zhì)量的0.03％。其它步驟及參數(shù)與實(shí)施方式一或二相同。

具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至三之一的不同點(diǎn)是：步驟二中交聯(lián)劑選自N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺、N,N’-亞甲基雙甲基丙烯酰胺、N,N’-乙基雙丙烯酰胺、乙二醇、二乙二醇，并二醇、丙三醇、聚氧乙烯二醇、乙二醇二縮水甘油醚、聚乙二醇二縮水甘油醚、丙二醇二縮水甘油醚、聚丙二醇二縮水甘油醚、丙三醇二縮水甘油醚和聚丙三醇二縮水甘油醚中的一種或多種；交聯(lián)劑用量為步驟一中和液質(zhì)量的0.001％～2.5％。其它步驟及參數(shù)與實(shí)施方式一至三之一相同。

具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至四之一的不同點(diǎn)是：步驟二中引發(fā)劑為過氧化氫、過硫酸鉀、過硫酸鈉或過硫酸銨，引發(fā)劑用量為步驟一中和液質(zhì)量的0.001％～5％。其它步驟及參數(shù)與實(shí)施方式一至四之一相同。

具體實(shí)施方式六：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至五之一的不同點(diǎn)是：步驟四中植物油選自蔬菜油、玉米油、橄欖油、菜籽油、大豆油和調(diào)和油中的一種或多種，植物油用量為步驟一中和液質(zhì)量的10％～20％。其它步驟及參數(shù)與實(shí)施方式一至五之一相同。

具體實(shí)施方式七：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至六之一的不同點(diǎn)是：步驟五中穩(wěn)定劑由乳化劑和增稠劑組成。其它步驟及參數(shù)與實(shí)施方式一至六之一相同。

具體實(shí)施方式八：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式七一的不同點(diǎn)是：乳化劑選自甘油單硬脂酸酯、一硬脂酸一縮二甘油酯、蔗糖脂肪酸酯、司盤80、吐溫60和改性大豆磷脂中的一種或多種，乳化劑用量為步驟一中和液質(zhì)量的0.5％～1％。其它步驟及參數(shù)與實(shí)施方式七相同。

具體實(shí)施方式九：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式七一的不同點(diǎn)是：步驟增稠劑選自淀粉、明膠、海藻酸鈉、干酪素、瓜爾膠、甲殼胺、阿拉伯樹膠、黃原膠、大豆蛋白膠、天然橡膠、羊毛脂、瓊脂中的一種或多種，增稠劑用量為步驟一中和液質(zhì)量的0.1％～0.5％。其它步驟及參數(shù)與實(shí)施方式七相同。

具體實(shí)施方式十：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至九之一的不同點(diǎn)是：氫氧化鈉或碳酸鈉水溶液濃度為20WT％。其它步驟及參數(shù)與實(shí)施方式一至九之一相同。

具體實(shí)施方式十一：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至十之一的不同點(diǎn)是：步驟二中交聯(lián)劑為丙二醇二縮水甘油醚，交聯(lián)劑用量為步驟一中和液質(zhì)量的0.18％。其它步驟及參數(shù)與實(shí)施方式一至十之一相同。

具體實(shí)施方式十二：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至十一之一的不同點(diǎn)是：步驟二中引發(fā)劑為硫酸鈉，引發(fā)劑用量為步驟一中和液質(zhì)量的0.16％。其它步驟及參數(shù)與實(shí)施方式一至十一之一相同。

實(shí)施例1

高分子阻火滅火凝膠的制備方法按以下步驟進(jìn)行：

一、在反應(yīng)釜(F型1000L反應(yīng)釜，江蘇揚(yáng)陽化工設(shè)備制造有限公司制造)中加入丙烯酸，然后將濃度為20wt％的碳酸鈉溶解緩慢滴入裝有丙烯酸的反應(yīng)釜中，開啟夾套冷卻，控制溫度為35～50℃，攪拌15～50min，使其中和度達(dá)到60％～90％得到中和液；

二、向所得中和液中依次加占中和液質(zhì)量0.18％的丙二醇二縮水甘油醚、占中和液質(zhì)量0.16％的過硫酸鈉以及占中和液質(zhì)量0.03％的DN-630，并持續(xù)攪拌15～50min，得到聚合液；

三、將所得聚合液在50～100℃的溫度下進(jìn)行聚合反應(yīng)1～6小時，生成高吸水性樹脂；

四、將所生成的高吸水性樹脂分散于占中和液質(zhì)量15％的大豆油中，并均勻攪拌2～5小時，得到懸浮液；

五、向懸浮液中加入穩(wěn)定劑，形成均一的高分子阻火滅火凝膠；

其中，穩(wěn)定劑由占中和液質(zhì)量0.8％的蔗糖脂肪酸酯和占中和液質(zhì)量0.8％的淀粉組成。

實(shí)驗(yàn)：

1、模擬燃燒木垛搭建

根據(jù)國標(biāo)GB 4066.2-2004搭建3個相同的模擬燃燒木垛，木垛的搭建方法如下：將50根規(guī)格為12mm×12mm×210mm、含水率為8％～12％的紅松木條，以每層5根、共分成10層90°交叉搭在事先準(zhǔn)備好的鐵架上。木垛下方放置一個規(guī)格為250mm×250mm×60mm金屬托盤。

2、本實(shí)施例高分子阻火滅火凝膠制備出來后室溫、封閉、靜置儲存5年，然后進(jìn)行觀察和實(shí)驗(yàn)

靜置儲存5年的高分子阻火滅火凝膠未發(fā)生分層、稀釋、沉淀等變性情況發(fā)生。證明本發(fā)明高分子阻火滅火凝膠能夠長期儲存。

滅火實(shí)驗(yàn)：

在溫度為20℃、風(fēng)速為1m/s的實(shí)驗(yàn)條件下，將3個金屬托盤內(nèi)倒入相同量的93號車用無鉛汽油，同時引燃3個木垛，在點(diǎn)燃汽油的同時開始計(jì)時。當(dāng)木垛燃燒3min時用本實(shí)施例高分子阻火滅火凝膠分別對3個燃燒中的木垛進(jìn)行滅火。使用高分子阻火滅火凝膠時距木垛不小于1.8m處噴射，然后接近木垛，并向頂部、底部、側(cè)面等噴射，但不能向木垛的背面噴射。滅火時高分子阻火滅火凝膠虹吸至水罐中、再連續(xù)噴射，噴射量(水+高分子阻火滅火凝膠)為10L/s，且操作者和滅火器的任何部位不應(yīng)觸及模型。

按照以下方式記錄數(shù)據(jù)：

(1)1每個木垛燃燒3min時木垛中心的最高溫度。

(2)用儲存5年的高分子阻火滅火凝膠滅火，使木垛中心溫度降至300℃所用的時間。

(3)用儲存5年的高分子阻火滅火凝膠撲滅木垛明火所用的時間。

(4)觀察20min后被撲滅的木垛是否有復(fù)燃現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：A、木垛中心中心最高溫度為747℃；B、木垛中心溫度從745℃降到300℃需要的平均時間是45s；C、撲滅明火的時間平均時間是54s；D、沒有出現(xiàn)復(fù)燃。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明本發(fā)明高分子阻火滅火凝膠靜置儲存5年后仍具備優(yōu)異的滅火效果。

阻火實(shí)驗(yàn)1：

在氣溫29℃、風(fēng)速為3～7m/s的環(huán)境條下，制作二個規(guī)格相同的木垛，即用84根規(guī)格為長1米直徑約為7公分(±0.2公分)，含水率為10％～14％的松木，分成14層放在角鐵支架上，引燃盤上分別用10升93號車用汽油。其中一個木垛噴涂虹吸混水的本實(shí)施例高分子阻火滅火凝膠，凝膠厚度為5～10mm；另一個木垛灑9升自來水。噴涂本實(shí)施例高分子阻火滅火凝膠的木垛下方汽油燃燒6分58秒后熄滅，木垛并未燃燒，保持完好。而灑水木垛則被點(diǎn)燃，且火勢猛烈。

實(shí)驗(yàn)說明本發(fā)明高分子阻火滅火凝膠靜置儲存5年后仍具備優(yōu)異的阻火效果。

阻火實(shí)驗(yàn)2：

在鐵門上噴涂虹吸混水的本發(fā)明高分子阻火滅火凝膠，并在鐵門上留出未覆蓋高分子阻火滅火凝膠的字母標(biāo)記，然后用噴燈熾烤鐵門。熾烤結(jié)束后發(fā)現(xiàn)，字母標(biāo)記明顯變色，而被高分子阻火滅火凝膠覆蓋的部分安然無恙。

選取2罐冰鎮(zhèn)可樂，1罐未做防護(hù)，另1罐噴涂虹吸混水的本發(fā)明方法制備的高分子阻火滅火凝膠，然后相同溫度的噴槍熾烤。2罐可樂出現(xiàn)了截然不同的變化，噴涂高分子阻火滅火凝膠的可樂安然無恙，而未做防護(hù)的可樂已經(jīng)受熱爆裂。打開被凝膠保護(hù)的可樂飲用，口感依就涼爽。

在手背部的皮膚上涂抹本發(fā)明方法制備的高分子阻火滅火凝膠，然后用高溫噴燈灼燒，高分子阻火滅火凝膠下皮膚毫發(fā)未損(如圖1所示)。