一种胶原蛋白基泡沫灭火剂的制备方法

本发明涉及一种胶原蛋白基泡沫灭火剂的制备方法，属于精细化工领域。

背景技术：

1、我国是一个制革生产大国，近年来平均每年轻革产量约为6亿平方米。而在制革过程中平均每加工1 t原料皮，就会产生700 kg以上的制革固体废弃物，造成了严重的资源浪费和环境污染。这些制革固体废弃物经一定的降解处理后可获得具有广泛应用潜力的天然资源—胶原蛋白。胶原蛋白分子结构中不仅含有丰富的—nh2、—cooh和—oh等活性亲水基团，还有链状烷烃和芳香烃类等亲油基团，表现出双亲性特征，使其成为了一种典型的发泡剂的理想原材料。然而，经制革废弃物降解所得的胶原蛋白虽具有天然胶原的结构特征，但是存在亲水性强、表面活性低等性能缺陷，常需要对其进行疏水改性以实现其在表面活性剂领域的广泛应用价值。

2、每年全球范围内都有数不清的火灾造成了巨大财产和生命损失。火灾的频发性和高危性越来越引起各国的关注，同时也促使新的消防措施的显现和新型灭火技术的应用。过去的几十年间，消防行业一直在寻找一种能够快速解决火灾，并且不会对环境造成任何负面影响的灭火技术。20世纪40年代，哈龙作为当时最有效的灭火剂横空出世，并获得了全世界的关注。哈龙灭火剂是含有一种卤代烷的化学试剂，在使用后容易受到太阳光辐射，分解出氯、溴的自由基，进而容易同大气中的臭氧结合引发一个破坏性链式反应，最终使破坏臭氧层遭到破坏，并且其破坏作用能够持续长达数十年。由于其严重的环境影响逐步被消防行业淘汰。随后，又迸发出来各种替代品，出现了novec 1230、泡沫、氢氟碳化合物（hfcs）、干粉、二氧化碳、水雾、气溶胶等。novec 1230等卤代烃灭火剂通过物理和化学机理灭火，容易在高温下分解产生具有剧毒和腐蚀性的氟化氢气体。二氧化碳被广泛用于灭火，但这些气体被储存在高压下（约5～6 mpa），会带来储存和维护的问题。细水雾灭火技术是一种利用高压水通过喷嘴泵入，形成超细水珠的灭火技术，但它也存在着对高压气瓶要求高、灭火时间长、设备损坏的可能性大和维护成本高等缺点。气溶胶灭火剂含有约40%的金属固体颗粒，灭火时对人体和电子产品具有较大的危害。目前被消防行业广泛使用的afff灭火剂的核心成分以全氟辛烷磺酸盐（pfos）为代表，然而，近年来的研究发现pfos在自然条件下难以降解，对生态环境具有持久性的破坏力。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明提供一种胶原蛋白基泡沫灭火剂的制备方法，实现以下发明目的：具有优异的灭火性能，具有良好的降解性能和低生物毒性。

2、为解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：

3、一种胶原蛋白基泡沫灭火剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：制备预处理后的胶原蛋白、制备预改性胶原蛋白、疏水接枝改性、复配。

4、所述制备预改性胶原蛋白的方法为加入预处理后的胶原蛋白，调节ph至6.0-6.5，升温至44-46℃，加入马来酸酐进行预改性反应0.8-1.2h，得到预改性胶原蛋白。

5、所述预处理后的胶原蛋白的质量浓度为39-41%；所述预处理后的胶原蛋白与马来酸酐的质量比为35-135:1。

6、所述疏水接枝改性的方法为将丙烯酸树脂混合单体加热至82-84℃，在28-32min内缓慢滴加1/5质量的过硫酸铵引发剂，保温0.8-1.2h，得到油性丙烯酸树脂预聚体乳液，冷却至68-72℃，加入预改性胶原蛋白，并加热至82-84℃，在85-95min内匀速滴加完剩余4/5的引发剂，继续保温85-95min，降温后加入防霉剂，得到胶原蛋白发泡剂。

7、所述过硫酸铵引发剂的用量为丙烯酸树脂混合单体质量的0.8-3%；所述丙烯酸树脂混合单体与马来酸酐的质量比为3.8-4.2:1。

8、所述丙烯酸树脂混合单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸中的任意三种的组合。

9、所述复配的方法为将胶原蛋白发泡剂与0.5-1wt%的表面活性剂混合搅拌均匀得到胶原蛋白基泡沫灭火剂。

10、所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠或全氟壬烯氧基苯磺酸钠。

11、所述制备预处理后的胶原蛋白的方法为将制革废弃物中提取的液态胶原蛋白，质量浓度为28-32%，使用3000da透析袋透析46-50h，除去其中大部分因制革过程和水解过程中添加或产生的无机盐，减压浓缩至质量浓度为39-41%，得到预处理后的胶原蛋白。

12、本发明以绿色、廉价、可再生的胶原蛋白为原料，将胶原蛋白使用透析袋透析，除去大部分因制革过程和水解过程中添加或产生的无机盐，减压浓缩制得预处理后的胶原蛋白。再通过马来酸酐进行预改性，通过丙烯酸树脂从分子层面对其进行疏水接枝改性，再加入表面活性剂，制得胶原蛋白基泡沫灭火剂。

13、与现有技术相比，本发明取得以下有益效果：

14、1）本发明采用制革废弃物中提取的胶原蛋白为原料，成本低廉，具有良好的产业化应用前景。

15、2）本发明制备的泡沫灭火剂具有优异的灭火性能。本发明制备的泡沫灭火剂，泡沫铺展速度快、铺展方向均匀、油面上的全铺展时间为25-30s，泡沫稳定性性能好，对油面具有优秀的密封性能，总灭火时间为28-35s，能够有效地压制b类火灾。

16、3）本发明制备的泡沫灭火剂具有良好的降解性能，且在降解过程中会释放出植物生长所需营养元素，有利于植物的生长增殖，本发明制备的泡沫灭火剂在第14d的降解率为91.1-96.2%。

17、4）本发明制备的泡沫灭火剂具有低生物毒性，和hela细胞共孵育24h和48h，细胞相对存活率分别为83.3-88%、103.2-115.2%。

18、5）本发明制得的胶原蛋白基泡沫灭火剂，不仅对常用金属的腐蚀性弱，而且状态稳定，能够长期处于备用状态。此外，该泡沫灭火剂满足国标gb15308-2006的要求，符合当今社会、经济绿色发展的需求。

技术特征：

1.一种胶原蛋白基泡沫灭火剂的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：制备预处理后的胶原蛋白、制备预改性胶原蛋白、疏水接枝改性、复配。

2.根据权利要求1所述的一种胶原蛋白基泡沫灭火剂的制备方法，其特征在于：所述制备预改性胶原蛋白的方法为加入预处理后的胶原蛋白，调节ph至6.0-6.5，升温至44-46℃，加入马来酸酐进行预改性反应0.8-1.2h，得到预改性胶原蛋白。

3.根据权利要求2所述的一种胶原蛋白基泡沫灭火剂的制备方法，其特征在于：所述预处理后的胶原蛋白的质量浓度为39-41%；所述预处理后的胶原蛋白与马来酸酐的质量比为35-135:1。

4.根据权利要求2所述的一种胶原蛋白基泡沫灭火剂的制备方法，其特征在于：所述疏水接枝改性的方法为将丙烯酸树脂混合单体加热至82-84℃，在28-32min内缓慢滴加1/5质量的过硫酸铵引发剂，保温0.8-1.2h，得到油性丙烯酸树脂预聚体乳液，冷却至68-72℃，加入预改性胶原蛋白，并加热至82-84℃，在85-95min内匀速滴加完剩余4/5的引发剂，继续保温85-95min，降温后加入防霉剂，得到胶原蛋白发泡剂。

5.根据权利要求4所述的一种胶原蛋白基泡沫灭火剂的制备方法，其特征在于：所述过硫酸铵引发剂的用量为丙烯酸树脂混合单体质量的0.8-3%；所述丙烯酸树脂混合单体与马来酸酐的质量比为3.8-4.2:1。

6.根据权利要求4或5所述的一种胶原蛋白基泡沫灭火剂的制备方法，其特征在于：所述丙烯酸树脂混合单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸中的任意三种的组合。

7.根据权利要求4所述的一种胶原蛋白基泡沫灭火剂的制备方法，其特征在于：所述复配的方法为将胶原蛋白发泡剂与0.5-1wt%的表面活性剂混合搅拌均匀得到胶原蛋白基泡沫灭火剂。

8.根据权利要求7所述的一种胶原蛋白基泡沫灭火剂的制备方法，其特征在于：所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠或全氟壬烯氧基苯磺酸钠。

技术总结本发明提供一种胶原蛋白基泡沫灭火剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：制备预处理后的胶原蛋白、制备预改性胶原蛋白、疏水接枝改性、复配。本发明采用制革废弃物中提取的胶原蛋白为原料，成本低廉，具有良好的产业化应用前景。本发明制备的泡沫灭火剂具有优异的灭火性能。本发明制备的泡沫灭火剂，泡沫铺展速度快、铺展方向均匀、油面上的全铺展时间为25‑30s，泡沫稳定性性能好，对油面具有优秀的密封性能，总灭火时间为28‑35s，能够有效地压制B类火灾。技术研发人员：杨茂,顾昊旻,芮浪,党旭岗受保护的技术使用者：齐鲁工业大学（山东省科学院）技术研发日：技术公布日：2024/4/22