一种新型高分子凝胶灭火阻燃剂及其制备方法与流程

本发明涉及消防，具体涉及一种新型高分子凝胶灭火阻燃剂及其制备方法。

背景技术：

1、灭火剂主要有水、泡沫、干粉、卤代烷、二氧化碳、氮气以及一些具有特殊用途的灭火剂，其中水是最常用的灭火剂，广泛用于扑灭火灾。但由于水的流动性很强，导致利用率很低，并且流动过程不仅失去了灭火作用，还会造成二次损失，甚至因为水流冲刷所造成的贯通可能会引起灭火后的再次自燃。为提高水的灭火性能，可以通过化学方法改变水的粘附和流动性能，提高灭火效果。

2、高吸水性树脂是具有亲水基团并轻度交联的三维网络聚合物，能吸收大量水分而溶胀且保持住水分不外流，具有吸水倍率高、吸水速率快和保水性能强等优点。由高吸水性树脂吸水制备的高分子水凝胶灭火剂是一类具有抗烧性和强粘附性能的水系灭火剂，能够有效控制火灾的蔓延，具有优异的灭火效果。

3、目前高分子水凝胶灭火剂已经被广泛应用于灭火领域，由于在高温条件下高吸水性树脂具有相当大的热容，由其制成的高分子水凝胶灭火剂在火中失水时可消耗大量的热，且能隔绝火源与空气，防止暗火复燃，从而达到瞬时灭火的效果。

4、但是，目前基于高吸水性树脂的高分子水凝胶灭火剂也存在着一些不足，现有技术如中国专利申请cn109806535a公开了一种高分子水凝胶灭火剂及其制备方法，通过添加可得然胶，增加了凝胶的附着力和灭火效率，但由于其制备的高分子水凝胶本身不具备阻燃性，且抑烟效果不佳，限制了其在消防领域的应用。

5、现有技术如中国专利申请cn108992828a公开了一种高分子水凝胶灭火剂，通过添加碳酸氢钠、改性明胶粉和氮化铝晶须，且具有ph敏感的溶胶结构，使得制得的高分子水凝胶灭火剂具有阻燃性，灭火效果优异。但在使用这种灭火剂抑烟效果不佳，限制了其在消防领域的应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型高分子凝胶灭火阻燃剂及其制备方法，该新型高分子凝胶灭火阻燃剂具有优异的灭火效果和抑烟性。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种新型高分子凝胶灭火阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤(1)、将季戊四醇、三氯氧磷、氯苯、氯化铝混合，反应，反应结束后，冷却、过滤，洗涤，干燥，得到季戊四醇双磷酸酯二膦酰氯；

5、步骤(2)、将β-环糊精与二甲基亚砜混合溶解，分别加入季戊四醇双磷酸酯二膦酰氯和三乙胺，反应，反应结束后，旋蒸除去溶剂二甲基亚砜，洗涤，干燥，得到改性β-环糊精；

6、将纳米电气石、硬脂酸、乙醚混合，搅拌反应，反应结束后，过滤，洗涤，干燥，得到改性纳米电气石；

7、将改性β-环糊精与改性纳米电气石混合，得到阻燃添加剂；

8、步骤(3)、将阳离子淀粉与水混合，进行活化反应，反应结束后，加入引发剂，进行引发反应，反应结束后，加入丙烯酸中和液、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、阻燃添加剂，反应，反应结束后，加入交联剂，继续反应，反应结束后，洗涤，干燥，粉碎过筛，得到改性高分子树脂；

9、步骤(4)、将氢氧化锂/尿素水溶液与纤维素混合溶解，滴加环氧氯丙烷，滴加完毕后，反应，反应结束后，脱泡，静置，洗涤至中性，得到改性纤维素水凝胶；将改性高分子树脂、改性纤维素水凝胶、水混合搅拌，静置，得到新型高分子凝胶灭火阻燃剂。

10、优选地，所述步骤(1)中：季戊四醇、三氯氧磷、氯苯、氯化铝的质量比为(14-16):(40-45):(90-110):(0.3-0.4)；反应的条件为：先在氮气氛围中，50-60℃温度下反应1-2h，再在氮气氛围中，80-85℃温度下继续反应2-3h，最后在氮气氛围中，100-110℃温度下持续反应8-12h。

11、优选地，洗涤所用洗涤液包括二氯甲烷。

12、优选地，所述步骤(2)中：β-环糊精、季戊四醇双磷酸酯二膦酰氯、三乙胺的质量比为(1140-1200):(2400-2500):(10-20)；反应的条件为：在氮气氛围中，0-2℃温度下反应2-4h。

13、优选地，所述步骤(2)中：纳米电气石、硬脂酸、乙醚的质量比为(100-200):(1.5-3):(1000-1500)；搅拌反应的条件为：在室温下搅拌反应0.5-1h。

14、优选地，所述步骤(2)中：改性β-环糊精与改性纳米电气石的质量比为1:(3-5)。

15、优选地，所述步骤(3)中：活化反应的条件为：在60-90℃温度下活化反应15-75min；引发反应的条件为：在惰性气体氛围中，室温下引发反应10-20min。

16、优选地，所述步骤(3)中：阳离子淀粉、丙烯酸中和液、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、阻燃添加剂、交联剂、引发剂的质量比为(1-1.5):(10-18):(3-7):(3-5):(0.02-0.04):(0.15-0.2)；反应的条件为：在惰性气体氛围中，室温下反应15-20min；继续反应的条件为：在室温下继续反应2-2.5h。

17、优选地，引发剂包括过硫酸钾；交联剂包括n,n＇-亚甲基双丙烯酰胺；丙烯酸中和液为丙烯酸与30wt％氢氧化钠水溶液以质量比1:0.5-1混合，在0-2℃温度下中和反应10-20min制得，丙烯酸中和液的中和度为80-90％。

18、优选地，过筛目数包括100-200目。

19、优选地，所述步骤(4)中：氢氧化锂/尿素水溶液与纤维素的质量比为99:1；纤维素与环氧氯丙烷的摩尔比为1:(14-21)。

20、优选地，所述步骤(4)中：滴加条件为：在-15℃温度下滴加5-10min；反应的条件为：在转速150-200r/min，-15-0℃温度下反应2h；脱泡条件为：在转速1800-2000r/min，3-5℃温度下离心脱泡8-10min。

21、优选地，氢氧化锂/尿素水溶液为氢氧化锂水溶液与尿素水溶液混合配制而成，氢氧化锂/尿素水溶液中氢氧化锂的质量百分数为4.6％，尿素的质量百分数为15％。

22、优选地，所述步骤(4)中：改性高分子树脂、改性纤维素水凝胶、水的质量比为(3-5):(5-7):(5000-8000)。

23、优选地，一种采用如上所述的新型高分子凝胶灭火阻燃剂的制备方法制备得到的新型高分子凝胶灭火阻燃剂。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

25、本发明中将三氯氧磷与季戊四醇反应，得到的反应产物与β-环糊精发生亲核取代反应，使β-环糊精接枝具有阻燃功能性的基团，得到的改性β-环糊精具有更好的阻燃性，增加了其与树脂之间的界面相容性。

26、本发明中将电气石与硬脂酸混合表面改性，通过硬脂酸与电气石表面官能团之间的相互作用，得到改性电气石，提高了电气石在树脂基体中的分散性，降低了电气石的团聚程度；将改性电气石与改性β-环糊精混合，得到阻燃添加剂。由于电气石具有多孔结构、高稳定性、高吸附性的特点，且可以在空气中释放负离子，能够有效吸附燃烧物燃烧时产生的烟气，达到净化空气的效果。

27、此外，电气石属于硅酸盐无机物，具有一定的阻燃效果；β-环糊精的空腔结构具有一定的吸附能力，将改性电气石与改性β-环糊精混合，可以有效提高阻燃添加剂的阻燃效果和吸附能力。

28、本发明中将阳离子淀粉预处理，增加其吸水性，并且破坏了阳离子淀粉的结晶结构，提高了接枝率；通过阳离子淀粉的活性基团与富含亲水基团的单体发生接枝共聚反应，同时添加阻燃添加剂作为物理交联点，通过阻燃添加剂与树脂的原位聚合，增大了树脂的热稳定性，使制得的改性高分子树脂具有优异的耐热性、吸水性和阻燃性。

29、本发明中以环氧氯丙烷作为交联剂，通过纤维素的化学交联制得改性纤维素水凝胶，将这种水凝胶作为增强材料与改性高分子树脂混合制得的新型高分子凝胶灭火阻燃剂具有优异的耐热性和阻燃性，并且灭火后烟气少，对环境无污染，具有优异的灭火效果和抑烟环保性。