新型高分子凝胶水系灭火剂（PAM-SA）的制备及灭火性能研究

王 建, 张 丹,2, 宋 佳,2

（1. 辽宁石油化工大学 化学化工与环境学部， 辽宁 抚顺 113001； 2. 中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院，辽宁 抚顺 113001）

新型高分子凝胶水系灭火剂（PAM-SA）的制备及灭火性能研究

王 建1, 张 丹1,2, 宋 佳1,2

（1. 辽宁石油化工大学 化学化工与环境学部， 辽宁 抚顺 113001； 2. 中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院，辽宁 抚顺 113001）

以聚丙烯酰胺( PAM)和高分子吸水树脂(SA)为原料，合成出了新型的高分子凝胶水系灭火剂，通过实验测定结果表明，质量比m(SA)∶m(PAM)为1∶1.2时，吸水倍率为368.3，运动粘度为2 178.0 mm2•s-1, pH值为5.0～9.0时，制备的灭火剂实验样品效果最佳。通过灭火试验研究发现：这种新型的PAM-SA凝胶水系灭火剂与水相比，能够节约用水41.30%，而且大大缩短了灭火时间，灭火后没有发生复燃。

水系灭火剂; 粘结剂; 高分子吸水树脂

本文以高分子吸水树脂(SA)为基料，聚丙烯酰胺( PAM)为辅助试剂，采用混配法制备了新型高分子凝胶水系灭火剂（PAM-SA）。实验对灭火剂的吸水倍率、运动粘度、保水率以及pH值的适用范围等进行了考察，对灭火剂的灭火性能进行测定分析。

1 实验部分

1.1 实验试剂

高分子吸水性树脂(SA)(新加坡三友住工有限公司)；聚丙烯酰胺（PAM）(济南鲁信捷科技有限公司)；乙醇（沈阳市新西试剂厂）；二次蒸馏水(自制)。

1.2 水系灭火剂的合成以及性能测试

制备水系灭火剂的具体步骤如下：用J235-X型分析天平分别以质量比1∶0.8，1∶1.0，1∶1.2，1∶1.4,1∶1.6来称取高分子吸水性树脂（SA）和聚丙烯酰胺（PAM），实验样品的总质量均为1 g，利用磁力搅拌器将其搅拌均匀。

灭火剂自身性能测试：（1）吸水倍率：取一定量的实验小样，然后将二次蒸馏水加入样品中，通过自然过滤法测定其吸水倍率。（2）运动粘度：制备相同的实验小样，按其吸水倍率的测定结果加入二次蒸馏水后，用XYD一265D型运动运动粘度测定器分别测定其运动粘度。

保水率测试：分别用电子天平称量相同质量的泡沫、海绵、棉花、PAM-SA，向其中加入质量为M1的二次蒸馏水，然后在0、1、5、10、15 min时用漏斗进行过滤，称取滤出的水质量为M2。然后通过保水率公式进行计算：

灭火剂灭火性能测试：（1）将两个大小一样的白钢盘水平放在地面，测定环境温度和风速。（2）用量筒量取2份60 mL的乙醇分别倒入两个白钢盘并且点燃，点火的时候开始计时。（3）燃烧30 s后，火势稳定后进行灭火。（4）在第一个燃烧的白钢盘直接倒入二次蒸馏水V1直至灭火后，用秒表计时2 min内观察是否发生复燃。若发生复燃，再继续倒入二次蒸馏水V2至灭火后。最后对灭火所用水量和时间进行记录。（5）在第二个燃烧的白钢盘中先加入制备好0.5 g的PAM-SA新型水系灭火剂喷洒在白钢盘中，再倒入二次蒸馏水V1直至灭火，用秒表计时2 min内观察是否发生复燃。若发生复燃，再继续倒入二次蒸馏水V2进行灭火。最后对灭火所用水量和时间进行记录。

例如：在进行电解饱和食盐水的化学实验教学时，教师采用实物投影的技术可以放大传统实验中阴阳两极产生的气泡现象以及阳极产生的黄绿色气体.让学生可以清晰牢固的记清阳极和阴极分别出现了什么样的生成物.教师还可以在教学钠的性质时，把切割钠的实验现象放大并投影到课堂上，学生可以观察到切割出的钠从银白色迅速变为暗灰色的实验现象.这样的教学过程让学生能够更加直观的了解电解饱和食盐水实验的本质，提高学生将教师讲授知识转换自身知识的转换率.

2 结果与讨论

2.1 PAM-SA灭火剂的制备条件

本实验以聚丙烯酰胺( PAM)和高分子吸水树脂(SA)为原料利用混配法合成灭火剂。在室温条件下，进行高分子凝胶水系灭火剂的性能测试。实验样品的吸水倍率及运动粘度的结果见表1。

表1 灭火剂的性能测试Table 1 Performance test of fire extinguishing

从表l中可以推断出，实验样品中的PAM的质量所占比例越大，实验样品的运动粘度越粘，但1∶1.2之后粘度变化不大。而随着实验样品中的SA的质量比例减小，样品的吸水倍率变小，但从1∶1.2之后吸水倍率降低很多。因此，3号样品性能最佳。

2.2 PAM-SA灭火剂抗酸碱性能的测试

2.2.1 pH值对灭火剂的吸水倍率影响分析

为了检测pH值对实验样品（质量比为1∶1.2）的吸水倍率的影响，将吸水之后的灭火剂（按其吸水倍率添加水量）通过盐酸、氢氧化钠调节其pH值，再测量吸水倍率。测量结果如图1所示。从图1中可以看出，pH值从1～14时样品的吸水倍率不断变化，先是逐渐升高然后又逐渐降低。pH=7时，吸水倍率最高达到368.3;但pH值在5～9的范围内，样品的吸水倍率，在323.8 ～368.3范围内变化;吸水倍率变化不大能够满足灭火剂的要求。而pH＜5.0或pH＞9.0吸水倍率变化明显，这可能是由于酸碱性过大导致高分子吸水树脂的内部结构坍塌而导致实验样品的吸水能力降低。

2.2.2 pH值对灭火剂运动粘度的影响分析

为了检测pH值对实验样品（质量比为1∶1.2）的运动粘度的影响，将吸水之后的灭火剂（按其吸水倍率添加水量）通过盐酸、氢氧化钠调节其pH值，再测量其运动粘度。测量结果如图2所示。从图2中可以看出，pH值从1～14时样品的运动粘度不断变化，先是逐渐升高然后又逐渐降低。pH=7时，运动粘度最高达到2 178.0 mm2/s。但pH值在5～9的范围内，样品的运动粘度，在1 693.1～2 178.0 mm2/s范围内变化; 运动粘度变化不大能够满足灭火剂的要求。而pH＜5.0或pH＞9.0运动粘度变化明显，这可能是由于酸碱性过大导致高分子吸水树脂的内部结构坍塌而导致实验样品的运动粘度降低。

通过图1和图2综合对比，显著地看出当pH在5～9时，吸水倍率和运动粘度的变化都不大。表明新型PAM-SA高分子凝胶水系灭火剂有一定抗酸碱能力，在pH为5～9的范围内有良好的灭火性能。

图1 pH值对实验样品吸水倍率的影响Fig.1 Effect of pH value on water absorbency of the experiment samples

图 2 pH值对实验样品粘度的影响Fig.2 Effect of pH value on the viscosity of the experiment samples

2.3 PAM-SA灭火剂保水率的测试

PAM-SA灭火剂的保水率与水在燃烧物中停留的时间、应用的面积、冷却效果有关，所以对灭火剂保水率的测定很重要。选取泡沫、海绵、棉花与PAM-SA灭火剂作对比，如表2所示，一分钟之后泡沫、海绵、棉花的保水率显著下降，而高分子吸水树脂强大的吸水锁水能力使得灭火剂的保水率达到100%。

表2 泡沫、海绵、棉花、PAM-SA材质的保水率Table 2 Water retention rate of oam,sponge,cotton,PAM-SA

2.4 新型PAM-SA水系灭火剂灭火性能测试

灭火实验是检验灭火剂最直接有效的方法。利用新型PAM-SA水系灭火剂和水进行灭火实验对比，通过灭火实验的对比，检验新型PAM-SA水系灭火剂的灭火效果。在室外选取一块空旷的地方，测定其温度为23 ℃，风速为为2 m/s，然后进行灭火实验，结果见表3，由表3可知第一个白钢盘中第一次加入水V1（150 mL）时火熄灭，但在20 s后火又复燃，又加入水V2（80 mL）后，火熄灭，再没有发生复燃。总共用水230 mL，用时32 s。第二个白钢盘中先加入0.5 g新型PAM-SA水系灭火剂,在加入水V1(135 mL)时火熄灭，在白钢盘中形成水凝胶，2 min内没有发生复燃的情况，灭火用时8 s。

表3 灭火实验对比Table 3 The results of fire extinguishing experiment

通过对比发现加入0.5 g的PAM-SA型高分子水凝胶灭火剂比直接用水灭火少用了95 mL的水和24 s时间。使用PAM-SA型高分子水凝胶灭火剂节约用水41.30%且节约时间，灭火效果明显，没有发生复燃情况。综上所诉，PAM-SA型高分子水凝胶灭火剂灭火效率高，应用范围广，而且灭火剂灭火后遗留残物对环境无污染。

3 结束语

本文以高分子吸水树脂(SA)为基料，聚丙烯酰胺( PAM)为辅助试剂，采用混配法制备了新型PAM-SA高分子凝胶水系灭火剂。通过性能测试证实了此灭火剂具有100%的保水率，具有一定的抗酸碱能力（pH：5～9）。灭火时能够节省用水量、灭火时间短、复燃率差的特点。国内关于利用高分子吸水树脂来制备灭火剂的研究较少[4,5]，未来会成为灭火剂研究热点之一。

［1］ 徐晓楠．灭火剂与应用[M]．北京：化学工业出版社,2006.

［2］ 周波.新型高分子水系灭火剂的制备及其灭火性能研究[J].上海应用技术学院学报，2008,8(3):179-181.

［3］ 邹新禧.超强吸水剂 [M].第二版.北京:化学工业出版社，2002.

［4］ 张丹. PAM—SA新型水系灭火剂的制备及性能研究[J].辽宁石油化工大学学报，2009,29（1）:15-17.

［5］ 冯晓琦.改性高分子吸水灭火剂的制备及在灭火方面的应用[D]. 太原:太原理工大学硕士论文,2012.

Study on Preparation and Fire Extinguishing Performance of a New Type of Polymer Gel Water Extinguishing Agent

WANG Jian1, ZHANG Da1,2, SONG Jia1,2
（1. College of Chemistry,Chemical Engineering and Enviromental Engineering，Liaoning Shihua University, Fushun Liaoning 113001，China； 2. Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals, Fushun Liaoning 1 13001，China）

A new polymer hydrogel fire extinguishing agent was prepared with polypropylene ether amines (PAM) and super absorbent polymers (SA) as raw materials. The result shows that when PAM/SA mass ratio is 1:1.2，water absorbency is 368.3, viscosity is 2 178.0 mm2/s and pH value is 5.0～9.0, the extinguisher prepared has best fire-extinguishing capability. Compared with water , PAM-SA type polymer hydrogel extinguishing agent can save water 41.30%, greatly shorten the time of fire extinguishing; and the reignition will not occur any longer after fire extinguishing with PAM-SA type polymer hydrogel extinguishing agent.

Water extinguishing agent ; Binder; Super absorbent resin

TQ 316

： A

： 1671-0460（2015）01-0018-03

中国石油化工股份有限公司资助，项目号：2012HB1101。

2014-06-14

王建（1991-），男，甘肃武威人，2014年毕业于辽宁石油化工大学应用化学专业，研究方向：从事分析检测技术工作。

张丹（1980-），女，讲师，博士在读，研究方向：从事灭火剂研究。E-mail：495553468@qq.com。