一种无机纤维型高分子水凝胶灭火剂及其制备方法转让专利

申请号 : CN202010123795.0

文献号 : CN111184974B

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法律信息:

相似专利:

发明人 : 许东华杨雪李双双赵志刚付志磊刘芳石彤非李思佳汤华清

申请人 : 中国科学院长春应用化学研究所

摘要 :

本发明提供了一种无机纤维型高分子水凝胶灭火剂及其制备方法。本发明提供的无机纤维型高分子水凝胶灭火剂,以质量百分比计,包括以下组分:高吸水树脂0.10%~0.40%;无机纤维0.01%~0.20%;水余量;所述高吸水树脂为聚丙烯酸类高吸水树脂。本发明将无机纤维与高吸水树脂以一定比例结合,利用无机纤维的长度大于吸水后的水凝胶粒子直径,使高吸水树脂粒子固定在无机纤维构成的框架内,束缚粒子的滑动,形成三维网络结构,提高了高分子水凝胶的模量,增加其附着厚度,提升灭火效果;另外,无机纤维具有优异的隔热性能,可防止复燃及未燃烧的物体被引燃。同时,无机纤维来源广泛、价格低廉,能够降低灭火剂的成本。

权利要求 :

1.一种无机纤维型高分子水凝胶灭火剂,其特征在于,以质量百分比计,包括以下组分:

高吸水树脂          0.10%~0.40%;

无机纤维            0.01%~0.20%;

水                  余量;

所述高吸水树脂为聚丙烯酸类高吸水树脂;

所述高吸水树脂的粒度为50~200目;

所述无机纤维选自玻璃纤维、玄武岩纤维、硅酸铝纤维和氧化铝纤维中的一种或几种;

所述玻璃纤维的直径为9~13μm,长度为3~6mm;

所述玄武岩纤维的直径为9~17μm,长度为3~5mm;

所述硅酸铝纤维的直径为1~5μm,长度为12~15mm;

所述氧化铝纤维的直径为3~7μm,长度为10~15mm;

所述聚丙烯酸类高吸水树脂选自巴斯夫90S、触媒CAW101和LG802中的一种或几种。

2.根据权利要求1所述的灭火剂,其特征在于,所述玻璃纤维的含量为0.01%~

0.15%;

所述玄武岩纤维的含量为0.05%~0.20%;

所述硅酸铝纤维的含量为0.02%~0.20%;

所述氧化铝纤维的含量为0.05%~0.20%。

3.一种权利要求1~2中任一项所述的无机纤维型高分子水凝胶灭火剂的制备方法,其特征在于,包括:

将高吸水树脂、无机纤维和水混合,得到无机纤维型高分子水凝胶灭火剂。

4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述混合的顺序为:先将无机纤维和水混合,再与高吸水树脂混合。

5.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述混合的温度为0℃以上。

6.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述混合的时间为1~2min。

说明书 :

一种无机纤维型高分子水凝胶灭火剂及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及灭火剂技术领域,特别涉及一种无机纤维型高分子水凝胶灭火剂及其制备方法。

背景技术

[0002] 目前,水是扑救火灾最广泛、最通用的灭火技术之一,其比热容大,吸热能力强,对燃烧物质有显著的冷却作用,汽化产生大量的水蒸气可阻止空气进入燃烧区,同时廉价易
得,来源广泛。但是因为火场温度高,水未到达燃烧区已汽化,使水的冷却性能未能充分发
挥,且水的流动性大,对于大型火灾,反复型火灾,往往不能及时有效地扑救。
[0003] 高吸水性树脂是一种含有强亲水性基团并具有一定交联度的功能高分子材料,独特的三维网络结构使其具有吸收比自身重几百到几千倍水的高吸水功能,并且保水性能优
良。目前,基于聚丙烯酸类高吸水性树脂的高分子水凝胶已经被广泛应用于灭火领域。
[0004] 但是,基于聚丙烯酸类高吸水性树脂的灭火水凝胶也存在着一些缺点:在已经着火的表面,特别是竖直的墙面、含有不锈钢的表面(如油罐车表面)时,由于水在高温下汽
化,基于聚丙烯酸类的高吸水性树脂很难在其表面附着,从而不能有效的覆盖、冷却和降
温,灭火效果较差。专利CN103483752B公开了一种通过加入硅烷偶联剂的水性附着力促进
剂来改善高分子灭火水凝胶与表面附着力差的方法,但是硅烷偶联剂价格昂贵,提高了灭
火剂的生产成本。因此,如何开发高效且低成本的灭火剂成为亟待解决的问题。

发明内容

[0005] 有鉴于此,本发明的目的在于提供一种无机纤维型高分子水凝胶灭火剂及其制备方法。本发明提供的无机纤维型高分子水凝胶灭火剂能够有效提高灭火效果,且降低灭火
剂成本。
[0006] 本发明提供了一种无机纤维型高分子水凝胶灭火剂,以质量百分比计,包括以下组分:
[0007] 高吸水树脂0.10%~0.40%;
[0008] 无机纤维0.01%~0.20%;
[0009] 水余量;
[0010] 所述高吸水树脂为聚丙烯酸类高吸水树脂。
[0011] 优选的,所述聚丙烯酸类高吸水树脂选自BC388SDA、巴斯夫90S、触媒CAW101和LG802中的一种或几种。
[0012] 优选的,所述无机纤维选自玻璃纤维、玄武岩纤维、硅酸铝纤维和氧化铝纤维中的一种或几种。
[0013] 优选的,所述高吸水树脂的粒度为50~200目。
[0014] 优选的,所述玻璃纤维的直径为9~13μm,长度为3~6mm;
[0015] 所述玄武岩纤维的直径为9~17μm,长度为3~5mm;
[0016] 所述硅酸铝纤维的直径为1~5μm,长度为12~15mm;
[0017] 所述氧化铝纤维的直径为3~7μm,长度为10~15mm。
[0018] 优选的,所述玻璃纤维的含量为0.01%~0.15%;
[0019] 所述玄武岩纤维的含量为0.05%~0.20%;
[0020] 所述硅酸铝纤维的含量为0.02%~0.20%;
[0021] 所述氧化铝纤维的含量为0.05%~0.20%。
[0022] 本发明还提供了一种上述技术方案中所述的无机纤维型高分子水凝胶灭火剂的制备方法,包括:
[0023] 将高吸水树脂、无机纤维和水混合,得到无机纤维型高分子水凝胶灭火剂。
[0024] 优选的,所述混合的顺序为:
[0025] 先将无机纤维和水混合,再与高吸水树脂混合。
[0026] 优选的,所述混合的温度为0℃以上。
[0027] 优选的,所述混合的时间为1~2min。
[0028] 本发明将无机纤维与高吸水树脂以一定比例结合,利用无机纤维的长度大于吸水后的水凝胶粒子直径,使高吸水树脂粒子固定在无机纤维构成的框架内,束缚粒子的滑动,
形成三维网络结构,提高了高分子水凝胶的模量,增加其附着厚度,提升灭火效果;另外,无
机纤维具有优异的隔热性能,可防止复燃及未燃烧的物体被引燃。
[0029] 试验结果表明:①流变试验中,添加无机纤维后,水凝胶的储能模量明显增加,表明形成了强度更高的水凝胶;②水凝胶灭火剂在竖直基板上的附着厚度明显提高,在竖直
喷涂过程中灭火剂不易滴落;③灭火效果明显提升,完全灭1A火,所需时间不超过2min,完
全灭55B火,所需时间不超过5min,灭火效率较高。

附图说明

[0030] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本
发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据
提供的附图获得其他的附图。
[0031] 图1为本发明提供的水凝胶灭火剂的粒子间的结构示意图;
[0032] 图2为为实施例5中流变试验的测试图;
[0033] 图3为实施例3的高分子水凝胶灭火剂喷涂在竖直木板的效果图;
[0034] 图4为比较例1的高分子水凝胶灭火剂喷涂在垂直木板的效果图。

具体实施方式

[0035] 本发明提供了一种无机纤维型高分子水凝胶灭火剂,以质量百分比计,包括以下组分:
[0036] 高吸水树脂0.10%~0.40%;
[0037] 无机纤维0.01%~0.20%;
[0038] 水余量;
[0039] 所述高吸水树脂为聚丙烯酸类高吸水树脂。
[0040] 本发明将无机纤维与高吸水树脂以一定比例结合,利用无机纤维的长度大于吸水后的水凝胶粒子直径,使高吸水树脂粒子固定在无机纤维构成的框架内,束缚粒子的滑动,
形成三维网络结构,提高了高分子水凝胶的模量,增加其附着厚度,提升灭火效果;另外,无
机纤维具有优异的隔热性能,可防止复燃及未燃烧的物体被引燃。同时,无机纤维来源广
泛、价格低廉,能够降低灭火剂的成本。本发明提供的水凝胶灭火剂的微观结构如图1所示,
图1为本发明提供的水凝胶灭火剂的粒子间的结构示意图,其中,无机纤维交织成框架,吸
水树脂粒子固定在框架内,整体形成三维网络结构。
[0041] 本发明中,所述高吸水树脂为聚丙烯酸类高吸水树脂。所述聚丙烯酸类高吸水树脂优选为BC388SDA、巴斯夫90S、触媒CAW101和LG802中的一种或几种。采用上述种类的聚丙
烯酸类树脂能够快速形成凝胶,且吸水和保水效率高,同时能够与无机纤维较好的结合,在
保证凝胶性的同时提高模量,增加附着厚度。本发明对所述聚丙烯酸类高吸水树脂的来源
没有特殊限制,为一般市售品即可,如BC388SDA可购自台塑吸水树脂(宁波)有限公司,巴斯
夫90S可购自德国巴斯夫股份公司(BASF SE),触媒CAW101可购自日本触媒触媒化工有限公
司,LG802可购自韩国LG化学公司。
[0042] 本发明中,所述高吸水树脂的粒度优选为50~200目,在上述粒度下,才能与无机纤维协同形成更强的水凝胶,若树脂粒径过大,则无法与无机纤维匹配形成框架束缚结构,
难以获得增强水凝胶,若粒径过小,则难以形成紧密凝胶。
[0043] 本发明中,所述高吸水树脂的含量为0.10%~0.40%,在上述用量下才能形成凝胶并达到高效的灭火效果,若含量低于0.10%,则无法形成凝胶、流动性较大,无法达到预
期灭火效果,若含量高于0.40%,则物料粘度过大而不易喷出,影响使用效率。在本发明的
一些实施例中,高吸水树脂的含量为0.33%。
[0044] 本发明中,所述无机纤维选自玻璃纤维、玄武岩纤维、硅酸铝纤维和氧化铝纤维中的一种或几种。采用上述无机纤维能够形成三维网络结构,并与上述聚丙烯酸类高吸水树
脂粒子产生强吸附作用,且将水凝胶粒子束缚在形成的框架内,有利于提高水凝胶的模量,
改善其附着性、提高灭火效果。
[0045] 本发明中,所述无机纤维的含量为0.01%~0.20%;在上述含量下才能与上述聚丙烯酸类高吸水树脂较好的结合,明显增强凝胶特性,提高灭火效果。其中,无机纤维为玻
璃纤维时,含量控制在0.01%~0.15%;无机纤维为玄武岩纤维时,其含量控制在0.05%~
0.20%;无机纤维为硅酸铝纤维时,其含量控制在0.02%~0.20%;无机纤维为氧化铝纤维
时,其含量控制在0.05%~0.20%。在本发明的一些实施例中,无机纤维的含量为0.03%、
0.10%、0.16%或0.20%。具体的,在本发明的一些实施例中,无机纤维为硅酸铝纤维,其含
量为0.10%;在本发明的另一些实施例中,无机纤维为玻璃纤维,其含量为0.03%;;在本发
明的另一些实施例中,无机纤维为玄武岩纤维,其含量为0.16%;;在本发明的另一些实施
例中,无机纤维为氧化铝纤维,其含量为0.20%。
[0046] 本发明中,对无机纤维的尺寸有一定要求,具体如下:所述玻璃纤维的直径为9~13μm,长度为3~6mm;所述玄武岩纤维的直径为9~17μm,长度为3~5mm;所述硅酸铝纤维的
直径为1~5μm,长度为12~15mm;所述氧化铝纤维的直径为3~7μm,长度为10~15mm。在上
述尺寸下能够与聚丙烯酸类高吸水树脂达到良好的配合效果,若尺寸过小或过大,均难以
与吸水树脂有效配合来提高灭火效果。
[0047] 本发明中,溶剂为水,含量为余量。
[0048] 本发明提供的无机纤维型高分子水凝胶灭火剂具有以下有益效果:
[0049] 1、将无机纤维与高吸水树脂以一定比例结合,无机纤维交织成网,高吸水树脂粒子固定在无机纤维构成的框架内,束缚粒子的滑动,形成三维网络结构,提高了高分子水凝
胶的模量,增加其附着厚度,提升灭火效果;
[0050] 2、通过高吸水树脂粒度与无机纤维尺寸的控制,使二者能够协同形成稳定的三维网络结构,进而提升灭火效果;
[0051] 3、无机纤维还具有优异的隔热性能,可防止复燃及未燃烧的物体被引燃;
[0052] 4、无机纤维来源广泛、价格低廉,有利于降低成本。
[0053] 本发明还提供了一种上述技术方案中所述的无机纤维型高分子水凝胶灭火剂的制备方法,包括:将高吸水树脂、无机纤维和水混合,得到无机纤维型高分子水凝胶灭火剂。
[0054] 其中,高吸水树脂、无机纤维和水的种类、用量及来源等均与上述技术方案中所述一致,在此不再一一赘述。
[0055] 本发明中,所述混合的温度没有特殊限制,高于冰点即可,可在一般室温下进行即可,具体优选为22~27℃。所述混合的时间优选为1~2min,共混时间过长会影响灭火效率。
本发明对混料顺序有一定要求,具体的,先将无机纤维和水混合,再与高吸水树脂混合;在
该混料顺序下,才能够获得无机纤维均匀分散在体系中的高分子水凝胶灭火剂,若先将吸
水树脂与水混合后再加入无机纤维,则由于吸水树脂与水混合后体系粘度较大,无机纤维
无法均匀分散在体系中,对水凝胶增强效果不理想,粒子与纤维交织的网络不稳定,影响附
着性,进而影响灭火效果。
[0056] 试验结果表明:①流变试验中,添加无机纤维后,水凝胶的储能模量明显增加,表明形成了强度更高的水凝胶;②水凝胶灭火剂在竖直基板上的附着厚度明显提高,在竖直
喷涂过程中灭火剂不易滴落;③灭火效果明显提升,完全灭1A火,所需时间不超过2min,完
全灭55B火,所需时间不超过5min,灭火效率较高。
[0057] 为了进一步理解本发明,下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述,但是应当理解,这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点,而不是对本发明权利要求的
限制。
[0058] 以下实施例中,所用聚丙烯酸类高吸水树脂为市售品,其中,BC388SDA购自台塑吸水树脂(宁波)有限公司、巴斯夫90S购于德国巴斯夫股份公司(BASF SE))、触媒CAW101购于
日本触媒化工有限公司、LG802购自韩国LG化学公司;所用树脂的粒度为50~200目。无机纤
维购自复纳新材料科技(上海)有限公司,尺寸如前文所述。
[0059] 实施例1
[0060] 1.1原料:
[0061] 聚丙烯酸类高吸水树脂巴斯夫90S      0.33wt%;
[0062] 硅酸铝纤维                         0.10wt%;
[0063] 水                                 余量。
[0064] 1.2制备:
[0065] 在室温下,将无机纤维和水搅拌混合,再加入高吸水树脂混合1min,得到水凝胶灭火剂。
[0066] 实施例2
[0067] 1.1原料:
[0068] 聚丙烯酸类高吸水树脂巴斯夫90S      0.33wt%;
[0069] 玻璃纤维                           0.03wt%;
[0070] 水                                 余量。
[0071] 1.2制备:
[0072] 在室温下,将无机纤维和水搅拌混合,再加入高吸水树脂混合2min,得到水凝胶灭火剂。
[0073] 实施例3
[0074] 1.1原料:
[0075] 聚丙烯酸类高吸水树脂触媒CAW101      0.33wt%;
[0076] 玄武岩纤维                          0.16wt%;
[0077] 水                                  余量。
[0078] 1.2制备:
[0079] 在室温下,将无机纤维和水搅拌混合,再加入高吸水树脂混合2min,得到水凝胶灭火剂。
[0080] 实施例4
[0081] 1.1原料:
[0082] 聚丙烯酸类高吸水树脂LG802           0.33wt%;
[0083] 氧化铝纤维                          0.20wt%;
[0084] 水                                  余量。
[0085] 1.2制备:
[0086] 在室温下,将无机纤维和水搅拌混合,再加入高吸水树脂混合2min,得到水凝胶灭火剂。
[0087] 比较例1
[0088] 1.1原料:
[0089] 聚丙烯酸类高吸水树脂BC388SDA        0.33wt%;
[0090] 水                                  余量。
[0091] 1.2制备:
[0092] 在室温下,将高吸水树脂和水混合2min,得到水凝胶灭火剂。
[0093] 比较例2
[0094] 1.1原料:
[0095] 聚丙烯酸类高吸水树脂巴斯夫90S       0.33wt%;
[0096] 玻璃纤维                            0.30wt%;
[0097] 水                                  余量。
[0098] 1.2制备:
[0099] 在室温下,将无机纤维和水搅拌混合,再加入高吸水树脂混合2min,得到水凝胶灭火剂。
[0100] 比较例3
[0101] 按照实施例1的原料及制备进行,不同的是,原料配方中的无机纤维替换为氧化铝纳米纤维(直径为8‑10nm,长度为200‑300nm,南京先丰纳米材料科技有限公司的伽马氧化
铝纳米纤维XFJ52)。
[0102] 实施例5
[0103] 对实施例1~4和比较例1~3分别进行以下试验检测:
[0104] 1.1流变试验
[0105] 分别对实施例3和比较例1进行流变试验,结果如图2所示,图2为实施例5中流变试验的测试图。可以看出,与比较例1相比,实施例3所得水凝胶灭火剂的储能模量明显提升。
[0106] 对其余实施例和比较例进行相同测试,结果类似,与比较例相比,实施例的储能模量均明显提升,证明,本发明提供的水凝胶灭火剂提高了水凝胶强度。
[0107] 1.2附着性试验
[0108] 在竖直木板上(木板规格均为长15cm×宽15cm×厚0.5cm)喷涂灭火剂,喷涂时在木板的一个表面上进行喷涂,至其附着灭火剂刚开始下滑喷涂停止,喷涂完毕后,测试灭火
剂在木板上的附着效果。测试结果参见表1。
[0109] 表1附着性测试结果
[0110]
[0111] 其中,实施例3及比较例1的水凝胶灭火剂的喷涂效果分别如图3、图4所示,其中,图3为实施例3的高分子水凝胶灭火剂喷涂在竖直木板的效果图,图4为比较例1的高分子水
凝胶灭火剂喷涂在垂直木板的效果图。可以看出,实施例的高分子水凝胶灭火剂在竖直木
板上附着较为紧密完整,而比较例的高分子水凝胶灭火剂在竖直木板上附着稀松、较为薄
透。
[0112] 由表1测试结果可以看出,与比较例1‑3相比,实施例1‑4所得水凝胶灭火剂的附着效果明显提升,在竖直木板上的附着厚度在6.2mm以上,且灭火剂在竖直喷涂的情况下不易
滴落,而比较例中的灭火剂在竖直木板上容易滴落、黏附能力很弱,证明,实施例1‑4提高了
水凝胶的附着性,具有很好的黏附能力。实际应用中,本发明提供的灭火剂可以较好的喷涂
在竖直的墙面、家具表面、树木表面时,因具有良好的附着性,能够较好的发挥覆盖、灭火和
绝热作用。
[0113] 其中,由比较例1与实施例的效果对比说明,添加木质素类物质后,能够有效提升水凝胶附着性。由比较例2与实施例的效果对比说明,本发明在添加木质素类物质时,木质
素类物质与聚丙烯酸类高吸水树脂在本发明限定的配比下才能获得能够有效提高水凝胶
的附着性。由比较例3与实施例的效果对比说明,本发明添加特定种类的无机纤维才能有效
提高水凝胶的附着性。
[0114] 1.3灭火试验
[0115] 参照标准GB17835‑2008《水系灭火剂》进行灭火测试,测试结果参见表2。
[0116] 表2灭火测试结果
[0117]
[0118] 由表2测试结果可以看出,与比较例1,3相比,实施例1‑4所得水凝胶灭火剂的灭火效果明显提升,完全灭1A火所需时间更短,不超过2min,完全灭55B火所需时间也更短,不超
过5min,灭火效率明显提升。
[0119] 以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以
在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制
于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范
围。