本申请涉及灭火剂
技术领域：
，尤其涉及一种低凝固点凝胶型森林灭火剂及其制备方法。
背景技术：
：水凝胶灭火剂是一类形成凝胶网络结构吸水保水从而能够起到阻火灭火作用的材料。近年来，凝胶灭火剂的应用正由最初的煤矿火灾向建筑火灾、森林火灾延伸。尤其在森林火灾领域，相比较传统的干粉灭火剂、泡沫灭火剂，水凝胶灭火剂在阻燃防火、绿色环保、航空灭火等方面具有突出的优势。目前凝胶灭火剂普遍具有共同的缺陷，即凝固点在0℃左右。我国森林火灾的高发易发期在冬春季，北方地区特别是东北林区气温仍然在零度以下，凝胶在使用过程中极易发生凝固，附着力降低，丧失在装备中的喷洒流动性，从而失去应用价值。目前，尚未有低凝固点凝胶灭火剂的报道与实际应用，这是制约凝胶灭火剂在我国北方冬春森林火灾防控工作中应用的关键。技术实现要素：本申请的多个方面提供一种低凝固点凝胶型森林灭火剂及其制备方法，以解决现有技术中凝胶在使用过程中极易发生凝固，附着力降低，丧失在装备中的喷洒流动性的问题。本申请一方面提供一种低凝固点凝胶型森林灭火剂的制备方法，包括以下步骤：s1、将2-(二甲氨基)乙基丙烯酸酯和1，3-丙磺酸内酯溶解于甲醇中，反应得到两性离子型丙烯酸酯单体的甲醇溶液；s2、将丙烯酰胺、分子量调节剂和引发剂加入两性离子型丙烯酸酯单体的甲醇溶液中，得到丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物；s3、将所述丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物干燥并粉碎过筛，得到丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物粉末；s4、将丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物粉末、聚磷酸铵、黄原胶、乙二醇和水搅拌、溶解，制得低凝固点凝胶型森林灭火剂。进一步的，所述步骤s1反应条件为：升温至60℃，反应4小时，反应结束后冷却至室温。进一步的，所述步骤s2中得到丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物具体为在惰性气体保护条件下，65℃反应5~8小时，减压蒸馏除去甲醇得到丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物。进一步的，所述步骤s3中丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物在80~150℃下干燥3小时。进一步的，所述步骤s1中2-(二甲氨基)乙基丙烯酸酯与1，3-丙磺酸内酯质量比为（0.5~1）：（0.42~0.85）。进一步的，所述步骤s2中分子量调节剂为巯基丙酸、2-巯基丁酸、3-巯基己醇丁酸酯中的一种或任选两种及其以上，用量为单体总质量的0.1%~0.5%。进一步的，所述步骤s2中引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化苯甲酰、过氧化新戊酸叔丁酯中的一种或任选两种及其以上，用量为单体总质量的0.1%~0.6%。进一步的，所述步骤s3得到的丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物粉末粒径为100~150目。本申请另一方面提供一种低凝固点凝胶型森林灭火剂，包括以下组分及其质量百分比组成：丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物粉末0.30%~1.00%、聚磷酸铵0.05%~0.20%、黄原胶0.05%~0.20%、乙二醇0%~5.00%，余量为水。进一步的，所述丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物粉末包含丙烯酰胺和两性离子丙烯酸酯两种单体单元，丙烯酰胺和两性离子丙烯酸酯两种单体单元的质量百分比为（80~95）%：（5~20）%。在本申请实施例中，由于采用上述技术方案，通过在共聚物分子结构中引入两性离子基团以及在灭火剂配方中添加乙二醇，制得低凝固点凝胶型森林灭火剂粘度为1800~6200mpa•s（25℃），ph值为6.5~7.5，凝固点-5℃~-12℃。避免了凝胶在使用过程中极易发生凝固，附着力降低，丧失在装备中的喷洒流动性的问题。凝胶型灭火剂使易流动的水固定起来，延长了水在燃烧体系的附着和停留时间，有效的发挥了水的冷却作用，可延长灭火剂的时效，起阻燃、隔火作用。水凝胶灭火剂具有较大的比重和黏度，能够克服高空喷洒时的飘散损失，大大提高了航空灭火的效率。因此，水凝胶灭火剂在森林火灾中既可直接喷射在着火区域高效灭火，也能够喷设隔离带形成防火作用，既可以用于航空喷洒，也能用于地面扑救，符合森林火灾“空地一体”扑救战略需求。具体实施方式为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。以下结合，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。本申请实施例提供一种低凝固点凝胶型森林灭火剂，包括以下组分及其质量百分比组成：丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物粉末0.30%~1.00%、聚磷酸铵0.05%~0.20%、黄原胶0.05%~0.20%、乙二醇0%~5.00%，余量为水。丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物粉末包含丙烯酰胺和两性离子丙烯酸酯两种单体单元，两种单体的质量百分比为（80~95）%：（5~20）%。本申请另一实施例一种低凝固点凝胶型森林灭火剂制备方法，包括以下步骤：s1、将2-(二甲氨基)乙基丙烯酸酯和1，3-丙磺酸内酯溶解于甲醇中，60℃条件下反应4小时，反应结束后冷却至室温，得到两性离子型丙烯酸酯单体的甲醇溶液。2-(二甲氨基)乙基丙烯酸酯与1，3-丙磺酸内酯质量比为（0.5~1）：（0.42~0.85），优选为1：0.85。s2、将丙烯酰胺、分子量调节剂和引发剂加入两性离子型丙烯酸酯单体的甲醇溶液中，惰性气体保护条件下，65℃反应5~8小时，减压蒸馏除去甲醇，得到米黄色丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物。分子量调节剂为巯基丙酸、2-巯基丁酸、3-巯基己醇丁酸酯中的一种或任选两种及其以上。其用量为单体总质量的0.1%~0.5%，优选为0.25%~0.40%。引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化苯甲酰、过氧化新戊酸叔丁酯中的一种或任选两种及其以上。其用量为单体总质量的0.1%~0.6%，优选为0.20%~0.35%。s3、将丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物干燥并粉碎过筛，得到丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物粉末。具体的，丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物在80~150℃下干燥。丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物粉末粒径为100~150目。s4、将丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物粉末、聚磷酸铵、黄原胶、乙二醇和水充分搅拌、溶解，制得低凝固点凝胶型森林灭火剂。外观呈无色透明凝胶状，粘度为1800~6200mpa•s（25℃），ph值为6.5~7.5，凝固点-5℃~-12℃。实施例1将0.96g2-(二甲氨基)乙基丙烯酸酯和0.82g1，3-丙磺酸内酯溶解于15g甲醇中，并将溶液转移至单口烧瓶中，升温至60℃，反应4小时，反应结束后冷却至室温，得到两性离子型丙烯酸酯单体的甲醇溶液。分别将8.22g丙烯酰胺、0.02g巯基丙酸、0.04g偶氮二异丁腈加入两性离子型丙烯酸酯单体的甲醇溶液中，向反应器充入惰性气体（重复三次），例如氮气，以排除空气，再将体系升温至65℃，反应5小时。减压蒸馏除去甲醇，例如采用旋转蒸发仪去除体系中的甲醇，得到米黄色丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物。将丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物置于120℃烘箱中干燥3小时，粉碎过筛，制得粒径为100~150目的丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物粉末。最后，将0.05g聚磷酸铵、0.20g黄原胶、1g丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物粉末依次加入100g水中，充分搅拌，制得低凝固点凝胶型森林灭火剂。本实施例所制备低凝固点凝胶型森林灭火剂外观呈无色透明凝胶状，粘度为5825mpa•s（25℃），ph值为6.7，凝固点-5℃。实施例2将0.53g2-(二甲氨基)乙基丙烯酸酯和0.45g1，3-丙磺酸内酯溶解于14g甲醇中，并将溶液转移至单口烧瓶中，升温至60℃，反应4小时，反应结束后冷却至室温，得到两性离子型丙烯酸酯单体的甲醇溶液。分别将9.02g丙烯酰胺、0.02g2-巯基丁酸、0.04g过氧化苯甲酰加入两性离子型丙烯酸酯单体的甲醇溶液中，向反应器充入惰性气体（重复三次），例如氮气，以排除空气，再将体系升温至65℃，反应7小时。减压蒸馏除去甲醇，例如采用旋转蒸发仪去除体系中的甲醇，得到米黄色丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物。将丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物置于120℃烘箱中干燥3小时，粉碎过筛，制得粒径为100~150目的丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物粉末。最后，将0.08g聚磷酸铵、0.10g黄原胶、1g丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物粉末和5g乙二醇依次加入100g水中，充分搅拌，制得低凝固点凝胶型森林灭火剂。本实施例所制备低凝固点凝胶型森林灭火剂外观呈无色透明凝胶状，粘度为4650mpa•s（25℃），ph值为7.1，凝固点-12℃。实施例3将0.65g2-(二甲氨基)乙基丙烯酸酯和0.55g1，3-丙磺酸内酯溶解于15g甲醇中，并将溶液转移至单口烧瓶中，升温至60℃，反应4小时，反应结束后冷却至室温，得到两性离子型丙烯酸酯单体的甲醇溶液。分别将8.80g丙烯酰胺、0.03g3-巯基己醇丁酸酯、0.03g过氧化新戊酸叔丁酯加入两性离子型丙烯酸酯单体的甲醇溶液中，向反应器充入惰性气体（重复三次），例如氮气，以排除空气，再将体系升温至65℃，反应8小时。减压蒸馏除去甲醇，例如采用旋转蒸发仪去除体系中的甲醇，得到米黄色丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物。将丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物置于120℃烘箱中干燥3小时，粉碎过筛，制得粒径为100~150目的丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物粉末。最后，将0.15g聚磷酸铵、0.20g黄原胶、0.8g丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物粉末、3g乙二醇依次加入100g水中，充分搅拌，制得低凝固点凝胶型森林灭火剂。本实施例所制备低凝固点凝胶型森林灭火剂外观呈无色透明凝胶状，粘度为2030mpa•s（25℃），ph值为6.9，凝固点-10℃。应用例1在本应用例中取实施例3制备的低凝固点凝胶型森林灭火剂5g，均匀涂覆在40×40×150mm木块的一侧，涂覆后木块45°倾斜放置，20分钟后再次称量木块的重量，记录木块上残留灭火剂的比例为95%，说明本实施例低凝固点凝胶灭火剂在木块表面有很好的附着力。应用例2在本应用例中将一定厚度的实施例3所制备低凝固点凝胶型森林灭火剂均匀涂覆在800×150×5mm木质三层胶合板表面，按照gb/t28752-2012《火焰在垂直表面的横向蔓延试验方法》，测试木质胶合板引燃时间、火焰传播速度及其最终熄灭的情况，并与干胶合板、湿胶合板的结果对比，试验数据见表1。涂覆有凝胶灭火剂的胶合板引燃时间更长、火焰传播距离更短、火焰传播速度更慢，且涂覆厚度越厚，对火焰的阻隔能力越强。表1试验数据检验项目干木板湿木板木板-涂覆凝胶厚度0.5mm木板-涂覆凝胶厚度1.0mm木板-涂覆凝胶厚度1.5mm点燃时间，s1112333655熄灭时间，s421419353382304火焰到达50mm处的时间，s1517364460火焰到达100mm处的时间，s1720385363火焰到达150mm处的时间，s1822448070火焰到达200mm处的时间，s20276084121火焰到达250mm处的时间，s273710992148火焰到达300mm处的时间，s3945115106153火焰到达350mm处的时间，s6859122130170火焰到达400mm处的时间，s9693152199-火焰到达450mm处的时间，s177142191270-火焰到达500mm处的时间，s348340---火焰传播最远距离，mm523520470460360由于采用上述技术方案，通过在共聚物分子结构中引入两性离子基团以及在灭火剂配方中添加乙二醇，制得低凝固点凝胶型森林灭火剂粘度为1800~6200mpa•s（25℃），ph值为6.5~7.5，凝固点-5℃~-12℃。避免了凝胶在使用过程中极易发生凝固，附着力降低，丧失在装备中的喷洒流动性的问题。凝胶型灭火剂使易流动的水固定起来，延长了水在燃烧体系的附着和停留时间，有效的发挥了水的冷却作用，可延长灭火剂的时效，起阻燃、隔火作用。水凝胶灭火剂具有较大的比重和黏度，能够克服高空喷洒时的飘散损失，大大提高了航空灭火的效率。因此，水凝胶灭火剂在森林火灾中既可直接喷射在着火区域高效灭火，也能够喷设隔离带形成防火作用，既可以用于航空喷洒，也能用于地面扑救，符合森林火灾“空地一体”扑救战略需求。还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。当前第1页1 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技术特征：1.一种低凝固点凝胶型森林灭火剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
s1、将2-(二甲氨基)乙基丙烯酸酯和1，3-丙磺酸内酯溶解于甲醇中，反应得到两性离子型丙烯酸酯单体的甲醇溶液；
s2、将丙烯酰胺、分子量调节剂和引发剂加入两性离子型丙烯酸酯单体的甲醇溶液中，得到丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物；
s3、将所述丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物干燥并粉碎过筛，得到丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物粉末；
s4、将丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物粉末、聚磷酸铵、黄原胶、乙二醇和水搅拌、溶解，制得低凝固点凝胶型森林灭火剂。
2.根据权利要求1所述的低凝固点凝胶型森林灭火剂的制备方法，其特征在于，所述步骤s1反应条件为：升温至60℃，反应4小时，反应结束后冷却至室温。
3.根据权利要求1或2所述的低凝固点凝胶型森林灭火剂的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中得到丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物具体为在惰性气体保护条件下，65℃反应5~8小时，减压蒸馏除去甲醇得到丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物。
4.根据权利要求3所述的低凝固点凝胶型森林灭火剂的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物在80~150℃下干燥3小时。
5.根据权利要求1所述的低凝固点凝胶型森林灭火剂的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中2-(二甲氨基)乙基丙烯酸酯与1，3-丙磺酸内酯质量比为（0.5~1）：（0.42~0.85）。
6.根据权利要求1所述的低凝固点凝胶型森林灭火剂的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中分子量调节剂为巯基丙酸、2-巯基丁酸、3-巯基己醇丁酸酯中的一种或任选两种及其以上，用量为单体总质量的0.1%~0.5%。
7.根据权利要求1所述的低凝固点凝胶型森林灭火剂的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化苯甲酰、过氧化新戊酸叔丁酯中的一种或任选两种及其以上，用量为单体总质量的0.1%~0.6%。
8.根据权利要求1所述的低凝固点凝胶型森林灭火剂的制备方法，其特征在于，所述步骤s3得到的丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物粉末粒径为100~150目。
9.一种根据权利要求1~8任一所述方法制备的低凝固点凝胶型森林灭火剂，其特征在于，包括以下组分及其质量百分比组成：丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物粉末0.30%~1.00%、聚磷酸铵0.05%~0.20%、黄原胶0.05%~0.20%、乙二醇0%~5.00%，余量为水。
10.根据权利要求9所述的低凝固点凝胶型森林灭火剂，其特征在于，所述丙烯酰胺-两性离子型丙烯酸酯共聚物粉末包含丙烯酰胺和两性离子丙烯酸酯两种单体单元，丙烯酰胺和两性离子丙烯酸酯两种单体单元的质量百分比为（80~95）%：（5~20）%。
技术总结本申请提供一种低凝固点凝胶型森林灭火剂及其制备方法，制备方法包括：将2‑(二甲氨基)乙基丙烯酸酯和1，3‑丙磺酸内酯溶解于甲醇中，反应得到两性离子型丙烯酸酯单体的甲醇溶液；将丙烯酰胺、分子量调节剂和引发剂加入两性离子型丙烯酸酯单体的甲醇溶液中，反应后减压除去溶剂，得到丙烯酰胺‑两性离子型丙烯酸酯共聚物；将共聚物干燥并粉碎过筛，得到共聚物粉末；将丙烯酰胺‑两性离子型丙烯酸酯共聚物粉末、聚磷酸铵、黄原胶、乙二醇和水搅拌、溶解，制得低凝固点凝胶型森林灭火剂。在本申请实施例中，可将凝胶灭火剂的凝固点降低至‑10℃以下，避免了凝胶在使用过程中极易发生凝固，附着力降低，丧失在装备中的喷洒流动性的问题。
技术研发人员：陈培瑶;王滨
受保护的技术使用者：应急管理部天津消防研究所;天津城建大学
技术研发日：2020.12.08
技术公布日：2021.03.12
