高吸收光譜高分子防滅火材料的研究

高吸收光譜高分子防滅火材料的研究

水是最常用的滅火劑。它便宜且易于控制，對環(huán)境沒有影響。因此，它被廣泛用于撲滅a類物質(zhì)的火災(zāi)。但是由于水流動性好,噴射到火場后大部分水會流失,造成浪費,或因火場溫度很高,水還沒有達到燃燒區(qū)就已經(jīng)汽化,使水的冷卻作用無法充分發(fā)揮,而且,對于著火面積大、火勢發(fā)展迅猛、易復燃、撲救難度大的大型火災(zāi),用水撲救往往只能控制火災(zāi)蔓延,難以及時有效的將大火撲滅。近年來,在水中添加試劑或改變水的物化特性的研究較多,通過增加水的粘度、潤濕力和附著力,延長水在燃燒區(qū)域的停留時間,提高水的有效隔氧降溫能力,降低用水量,以充分發(fā)揮水的滅火性能,提高滅火效率。淀粉與丙烯酸接枝共聚形成的高吸水性樹脂是一種新型功能高分子材料,這種材料是以淀粉的親水鋼性鏈為骨架,以柔性聚丙烯酸支鏈為網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成,具有超強的吸水能力和良好的保水能力。由于其在土壤中可降解,而廣泛應(yīng)用于農(nóng)林、醫(yī)藥、衛(wèi)生、石油、化工、環(huán)保、食品等行業(yè)。本文選用玉米淀粉和丙烯酸為原料,采用水溶液聚合法制備出高吸水性樹脂,并制成高分子水系滅火劑。通過對木垛火和柴油火的滅火實驗對該水系滅火劑進行滅火性能研究。1實驗部分1.1工業(yè)電路設(shè)計、設(shè)備玉米淀粉,食品級;丙烯酸(AR);過硫酸銨(AR);氫氧化鈉(AR);0號柴油;4cm×2.5cm×40cm木條。強力電動攪拌機,DZF-200型真空干燥箱,HH-4數(shù)顯電熱恒溫水浴鍋,粉碎機,電動噴霧器(流量0.0831m3/h),WRNK-191-K型工業(yè)熱電偶;CENTER306測溫儀。1.2玉米淀粉的合成在攪拌條件下,將40%的NaOH溶液加入到一定量的丙烯酸中進行中和,中和度為70%。當此混合溶液溫度降至35℃左右時,緩慢加入2g玉米淀粉并用磁力攪拌器勻速攪拌至完全溶解。把該混合溶液倒入三口瓶中,加入過硫酸銨引發(fā)劑溶液恒溫55℃進行反應(yīng)。反應(yīng)過程中用氮氣進行保護,并用電動攪拌器持續(xù)攪拌。反應(yīng)1.5h后,溶液變粘稠,此時停止加熱和攪拌,經(jīng)洗滌、過濾,分離出產(chǎn)物。將產(chǎn)物放入真空干燥箱中,65℃下干燥24h,取出后粉碎,再用75目篩網(wǎng)過濾,即得高吸水性樹脂。工藝流程圖見圖1。1.3樹脂的吸水性能吸水倍率是指吸水劑所吸收液體的量。本實驗采用的吸水倍率公式為Q=(m2-m1)/m1,其中Q為吸水倍率;m1、m2分別為吸水前、后樹脂的質(zhì)量(g)?？紤]到消防用水為自來水,因此用自來水測定產(chǎn)品的吸水倍率,測得其吸水倍率為300g/g。1.4紅外光譜法利用付立葉紅外光譜儀對產(chǎn)物進行了紅外光譜檢測。1.5滅火實驗1.5.1滅火實驗將高吸水性樹脂溶于水中,并分別配制成0.2%,0.3%,0.4%,0.5%的滅火劑,進行滅火實驗測定,用水做空白對比實驗。滅火實驗在室內(nèi)進行,環(huán)境溫度為20～30℃,實驗室內(nèi)的通風條件良好。實驗?zāi)径鈪⒄誈B17835-1999的標準木垛堆放形式,每層5根,共12層,同層木條之間的間隙為4cm。1.5.2實驗步驟(1)預(yù)燃階段u3000d在油盤內(nèi)加入250mL柴油,引燃柴油,將油盤推入木垛的正下方。引燃木垛2min后將油盤從木垛下抽出,當木垛中心溫度接近700℃,火焰高度約2m時,預(yù)燃結(jié)束。滅火:預(yù)燃結(jié)束后,在距木垛不小于1.8m處開始噴射滅火劑,向木垛的正面、側(cè)面、頂部、底部噴射,直到火焰熄滅為止,停止滅火。觀察木垛是否還有復燃現(xiàn)象。(2)不同濃度0.5%的藥劑的滅火試驗盡管油類火災(zāi)不適于用水撲救,但為了驗證高分子水系滅火劑的作用而進行了濃度為0.5%的滅火劑的滅火試驗。試驗步驟如下:在油盤內(nèi)加入700mL柴油,用棉紗引燃,當油盤上方的火焰溫度達到700℃時開始噴射滅火劑,至火焰熄滅。2結(jié)果與討論2.1o-h被壓縮法如圖2所示,對產(chǎn)物進行紅外光譜分析可知:在3454cm-1處有一明顯的羥基γC-O-H伸縮振動特征峰,是淀粉上—OH的紅外峰值;在2945cm-1處有飽和羧酸的γO-H伸縮振動峰;1568cm-1處羧酸鹽[-COO-]的γasC=O峰和1412cm-1處的γscC=O峰表明產(chǎn)物中含有羧酸鹽,這表明丙烯酸已經(jīng)被接枝到了淀粉上。2.2不同濃度藥劑的滅火效果將測溫儀所測數(shù)據(jù)整理作圖,可得到用水和濃度分別為0.2%、0.3%、0.4%和0.5%的滅火劑滅火過程中木垛中心溫度隨時間變化曲線,見圖3和圖4。由圖3中可見,用水滅火時,在溫度降至250℃后肉眼已經(jīng)無法看到明顯火焰,此時停止噴射,然而木垛中心溫度在緩慢下降至150℃附近后又上升,當溫度達到200℃時,木垛局部發(fā)生復燃。從滅火之初至木垛中心溫度降低到250℃共耗時192s,見表1。由圖4木垛中心溫度隨時間的變化曲線可見,0.2%、0.3%、0.4%和0.5%四種濃度的滅火劑滅火時,對于溫度的降低速率依次為:0.2%<0.3%<0.4%<0.5%,而且火焰熄滅后不再復燃。0.2%、0.3%、0.4%三種濃度的滅火劑的溫度曲線形狀大致相同,而0.5%的滅火曲線略有差異,滅火初期溫度降低最快,當溫度降至285℃、250℃和240℃時分別與濃度為0.4%、0.3%和0.2%的滅火曲線有一個交叉點,而后降溫效果不如0.4%、0.3%和0.2%的好。從滅火之初至木垛中心溫度降低到250℃所耗時間見表1。由此可見:(1)使用滅火劑比用自來水對木垛火的降溫快。這是由于水的流動性好,在木條表面流失快,而水中添加了高吸水性樹脂的滅火劑后,液體黏度變大,增加了在木垛燃燒表面的附著力,使水的流失減少,從而能夠帶走更多的熱量,滅火效果較好。(2)用自來水滅火時,火被撲滅后仍可能復燃;而使用滅火劑則不易復燃。這是由于剛熄滅的木條內(nèi)部溫度仍很高,滅火劑噴射到木條上面,形成一層具有保水性能的膜,能隔絕空氣,同時膜內(nèi)的水分又能有效降低木條表面溫度,使木條不易復燃。(3)滅火初期,0.5%的滅火劑對木垛火的降溫效果最好,由圖4可見,其溫度降低最快,但當溫度降至285℃后反而不如0.4%的滅火劑的降溫效果好了。同樣,在溫度降至250℃以下時,0.5%濃度的滅火劑降溫效果也比濃度為0.2%、0.3%的滅火劑的降溫效果差,這是由于隨著濃度增加,滅火劑的黏度也增加,流體流動的阻力增大使滅火器的流量有一定程度減小所致,因此,滅火劑的濃度不宜太高,否則會由于阻力的影響而導致滅火效率降低。2.3藥劑效果由圖5可見,高分子水系滅火劑在撲滅柴油火時有一定的作用。在22s處兩者溫度有一個交叉點,前22s用水滅火的降溫作用比用0.5%滅火劑效果好,這是由于水在對火焰的冷卻作用上優(yōu)于0.5%的滅火劑,因為添加滅火劑后液體黏度變大,對于流量會有一定的影響,而且噴出的霧滴變得粘稠,使霧滴遇熱后的蒸發(fā)減慢,因此對火焰的冷卻作用變差。但22s后滅火劑的作用顯現(xiàn)出來,滅火劑的降溫作用則明顯好于水的降溫作用,因為用水撲救柴油火時,是通過水的冷卻作用對火焰降溫,但大部分水還沒來得及蒸發(fā)就與油混合并很快沉到油面下,對油蒸汽的減少作用很小,而當滅火劑噴射到柴油中時由于沖力的作用與其混合,0.5%的滅火劑有增稠的作用,使柴油與滅火劑的分層減慢,從而減少了表面油蒸汽的量,因而滅火效果比用水好。由表2中可見,0.5%的滅火劑將柴油火降至200℃所用時間比自來水要少14秒。因此,從整體來看,添加了高分子吸水劑的滅火劑的降溫作用優(yōu)于水的降溫作用。3高分子水系藥劑的滅火效果以玉米淀粉、丙烯酸為原料,過