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(duì)環(huán)境沒(méi)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(dòng)性好,噴射到火場(chǎng)后大部分水會(huì)流失,造成浪費(fèi),或因火場(chǎng)溫度很高,水還沒(méi)有達(dá)到燃燒區(qū)就已經(jīng)汽化,使水的冷卻作用無(wú)法充分發(fā)揮,而且,對(duì)于著火面積大、火勢(shì)發(fā)展迅猛、易復(fù)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(shí)有效的將大火撲滅。近年來(lái),在水中添加試劑或改變水的物化特性的研究較多,通過(guò)增加水的粘度、潤(rùn)濕力和附著力,延長(zhǎng)水在燃燒區(qū)域的停留時(shí)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(shù)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(qiáng)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(shù)脂,并制成高分子水系滅火劑。通過(guò)對(duì)木垛火和柴油火的滅火實(shí)驗(yàn)對(duì)該水系滅火劑進(jìn)行滅火性能研究。1實(shí)驗(yàn)部分1.1工業(yè)電路設(shè)計(jì)、設(shè)備玉米淀粉,食品級(jí);丙烯酸(AR);過(guò)硫酸銨(AR);氫氧化鈉(AR);0號(hào)柴油;4cm×2.5cm×40cm木條。強(qiáng)力電動(dòng)攪拌機(jī),DZF-200型真空干燥箱,HH-4數(shù)顯電熱恒溫水浴鍋,粉碎機(jī),電動(dòng)噴霧器(流量0.0831m3/h),WRNK-191-K型工業(yè)熱電偶;CENTER306測(cè)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(jìn)行中和,中和度為70%。當(dāng)此混合溶液溫度降至35℃左右時(shí),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(guò)硫酸銨引發(fā)劑溶液恒溫55℃進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)過(guò)程中用氮?dú)膺M(jìn)行保護(hù),并用電動(dòng)攪拌器持續(xù)攪拌。反應(yīng)1.5h后,溶液變粘稠,此時(shí)停止加熱和攪拌,經(jīng)洗滌、過(guò)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(guò)濾,即得高吸水性樹(shù)脂。工藝流程圖見(jiàn)圖1。1.3樹(shù)脂的吸水性能吸水倍率是指吸水劑所吸收液體的量。本實(shí)驗(yàn)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(shù)脂的質(zhì)量(g)?？紤]到消防用水為自來(lái)水,因此用自來(lái)水測(cè)定產(chǎn)品的吸水倍率,測(cè)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(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了紅外光譜檢測(cè)。1.5滅火實(shí)驗(yàn)1.5.1滅火實(shí)驗(yàn)將高吸水性樹(shù)脂溶于水中,并分別配制成0.2%,0.3%,0.4%,0.5%的滅火劑,進(jìn)行滅火實(shí)驗(yàn)測(cè)定,用水做空白對(duì)比實(shí)驗(yàn)。滅火實(shí)驗(yàn)在室內(nèi)進(jìn)行,環(huán)境溫度為20～30℃,實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的通風(fēng)條件良好。實(shí)驗(yàn)?zāi)径鈪⒄誈B17835-1999的標(biāo)準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)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(dāng)木垛中心溫度接近700℃,火焰高度約2m時(shí),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(kāi)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(fù)燃現(xiàn)象。(2)不同濃度0.5%的藥劑的滅火試驗(yàn)盡管油類火災(zāi)不適于用水撲救,但為了驗(yàn)證高分子水系滅火劑的作用而進(jìn)行了濃度為0.5%的滅火劑的滅火試驗(yàn)。試驗(yàn)步驟如下:在油盤內(nèi)加入700mL柴油,用棉紗引燃,當(dāng)油盤上方的火焰溫度達(dá)到700℃時(shí)開(kāi)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(duì)產(chǎn)物進(jìn)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(dòng)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(dòng)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(cè)溫儀所測(cè)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(guò)程中木垛中心溫度隨時(shí)間變化曲線,見(jiàn)圖3和圖4。由圖3中可見(jiàn),用水滅火時(shí),在溫度降至250℃后肉眼已經(jīng)無(wú)法看到明顯火焰,此時(shí)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(dāng)溫度達(dá)到200℃時(shí),木垛局部發(fā)生復(fù)燃。從滅火之初至木垛中心溫度降低到250℃共耗時(shí)192s,見(jiàn)表1。由圖4木垛中心溫度隨時(shí)間的變化曲線可見(jiàn),0.2%、0.3%、0.4%和0.5%四種濃度的滅火劑滅火時(shí),對(duì)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?gòu)?fù)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(dāng)溫度降至285℃、250℃和240℃時(shí)分別與濃度為0.4%、0.3%和0.2%的滅火曲線有一個(gè)交叉點(diǎn),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(shí)間見(jiàn)表1。由此可見(jiàn):(1)使用滅火劑比用自來(lái)水對(duì)木垛火的降溫快。這是由于水的流動(dòng)性好,在木條表面流失快,而水中添加了高吸水性樹(shù)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(lái)水滅火時(shí),火被撲滅后仍可能復(fù)燃;而使用滅火劑則不易復(fù)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(shí)膜內(nèi)的水分又能有效降低木條表面溫度,使木條不易復(fù)燃。(3)滅火初期,0.5%的滅火劑對(duì)木垛火的降溫效果最好,由圖4可見(jiàn),其溫度降低最快,但當(dāng)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(shí),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(dòng)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(huì)由于阻力的影響而導(dǎo)致滅火效率降低。2.3藥劑效果由圖5可見(jiàn),高分子水系滅火劑在撲滅柴油火時(shí)有一定的作用。在22s處兩者溫度有一個(gè)交叉點(diǎn),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(duì)火焰的冷卻作用上優(yōu)于0.5%的滅火劑,因?yàn)樘砑訙缁饎┖笠后w黏度變大,對(duì)于流量會(huì)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(duì)火焰的冷卻作用變差。但22s后滅火劑的作用顯現(xiàn)出來(lái),滅火劑的降溫作用則明顯好于水的降溫作用,因?yàn)橛盟畵渚炔裼突饡r(shí),是通過(guò)水的冷卻作用對(duì)火焰降溫,但大部分水還沒(méi)來(lái)得及蒸發(fā)就與油混合并很快沉到油面下,對(duì)油蒸汽的減少作用很小,而當(dāng)滅火劑噴射到柴油中時(shí)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(jiàn),0.5%的滅火劑將柴油火降至200℃所用時(shí)間比自來(lái)水要少14秒。因此,從整體來(lái)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(guò)