本发明公开了一种高分子水凝胶灭火剂，属于消防安全技术领域。
背景技术
一般地说，像泡沫灭火剂、干粉灭火剂等主要用于公用场合、实验室、工厂等简易的灭火器中，起到在着火初期就迅速扑灭火源，以防止火势的进一步扩大的作用。然而，在大面积的火灾中，大都采用清水为灭火剂；对于一些密闭的如船只、飞机等无法进行人员疏散的环境里面，一般采用水雾消防系统和哈龙(halons)消防系统进行灭火，而其它的灭火剂往往存在一些毒性，甚至是高毒性而受到了极大的限制。
水灭火是一种古老而又使用范围广泛的天然灭火剂，易于获取和储存，在消防领域的一直扮演着重要角色。然而从水灭火的机理上，我们不难看到，与其它的灭火剂相比，水灭火存在着明显的缺陷，例如：水对于易燃的有机液体和气体，不能起到迅速灭火的效果；灭火时需要大量的水，经常对一些物品造成损害。
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，广泛用于扑灭建筑、森林、草原和井下火灾，但因水的流动性很强，大部分水常常未发挥作用就流失了，导致利用率很低，而且流失水在流动过程不仅失去灭火作用，还会造成二次损失，甚至因水流冲刷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，减少流失，人们尝试通过化学方法改变水的粘附、流动性能，来提高灭火效果，如水凝胶灭火剂是一类具有抗烧性和强粘附性能的高分子水系灭火剂，能够有效控制火灾的蔓延，具有优异的灭火效果。
因此，如何解决传统高分子水凝胶灭火剂灭火性能无法进一步提高的缺点，以获取更高综合性能的高分子水凝胶灭火剂，是其推广与应用，满足工业生产需求亟待解决的问题。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题是：针对传统高分子水凝胶灭火剂灭火性能无法进一步提高的缺点，提供了一种高分子水凝胶灭火剂。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种高分子水凝胶灭火剂，是由以下重量份数的原料组成：
改性壳聚糖液20～30份
淀粉10～20份
细菌纤维素10～20份
碳酸氢钠8～10份
卡波姆8～10份
水10～20份
魔芋甘露糖8～10份
预处理氮化铝晶须8～10份
磷脂8～10份
蛋白粉8～10份
改性明胶粉8～10份
所述高分子水凝胶灭火剂的制备过程为：按原料组成称量各原料，将改性壳聚糖液，淀粉，细菌纤维素，碳酸氢钠，卡波姆，水，魔芋甘露糖，预处理氮化铝晶须，磷脂，蛋白粉和改性明胶粉搅拌混合，即得高分子水凝胶灭火剂。
所述改性壳聚糖液的制备过程为：将壳聚糖与水按质量比1：50～1：100混合，静置溶胀，接着加入壳聚糖质量0.06～0.08倍的壳聚糖酶，加热搅拌酶解，保温灭酶，冷却，得改性壳聚糖液。
所述淀粉为糯米淀粉，玉米淀粉，红薯淀粉，马铃薯淀粉或小麦淀粉中的任意一种。
所述卡波姆为卡波姆934p，卡波姆940p或卡波姆941p中的任意一种。
所述预处理氮化铝晶须的制备过程为：将氮化铝晶须球磨，过100目的筛，得细化氮化铝晶须，将氮化铝晶须与石蜡按质量比1：5～1：10混合球磨，过80目的筛，即得预处理氮化铝晶须。
所述磷脂为蛋黄磷脂，牛奶磷脂或大豆磷脂中的任意一种。
所述蛋白粉为大豆蛋白，乳清蛋白或酪蛋白中的任意一种。
所述改性明胶粉：按重量份数计，依次取60～80份活化壳聚糖液，40～50份明胶液，10～20份戊二醛溶液和10～20份盐酸，将活化壳聚糖液与明胶液搅拌混合，并依次加入盐酸和戊二醛溶液，搅拌混合后，过滤，切块，洗涤，真空干燥，粉碎，过筛，改性明胶粉。
本发明的有益效果是：
（1）本发明通过添加碳酸氢钠和改性明胶粉，在高温火灾条件下，首先，碳酸氢钠受热分解，生成的二氧化碳和碳酸钠，生成的二氧化碳在体系表面形成气体阻燃层，使得产品的灭火性能得到提升，生成的碳酸钠溶于水中，使得体系的ph逐渐上升，其次，体系中含有对ph敏感的溶胶结构，加入产品中后，在明胶等电点附近时，其溶胶呈收缩状态，在偏离等电点时，可随环境的ph的改变而发生膨胀或收缩，随着体系的ph逐渐升高，溶胶周围ph上升，溶胶中的羧基离子化，同种电荷相互排斥，使得溶胶体系膨胀，产生膨胀应力，在灭火剂的流动过程中，膨胀应力对火焰起到压制作用，从而进一步提升体系的灭火性能；
（2）本发明预处理氮化铝晶须，在高温火灾条件下，预处理氮化铝晶须表面的石蜡受热融化，使得内部的氮化铝得以暴露，氮化铝与水接触，并反应生成的氢氧化铝，随着温度升高，氢氧化铝失水，生成的氧化铝，氧化铝具有良好的阻燃性能，分散在体系中的使得体系的阻燃性能得到提升。
具体实施方式
将海藻酸钠与水按质量比1：50～1：100置于1号烧杯中，用玻璃棒搅拌20～30min，静置溶胀4～5h后，将1号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为80～85℃，转速为300～500r/min条件下，加热搅拌溶解40～60min，即得海藻酸钠液；将壳聚糖与水按质量比为1：50～1：100置于2号烧杯中，用玻璃棒搅拌混合10～20min后，静置溶胀2～4h，再加入壳聚糖质量0.06～0.08倍的壳聚糖酶，并将2号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为30～40℃，转速为300～500r/min条件下，恒温搅拌酶解3～5h后，升温至90～95℃，保温灭酶10～15min，待自然冷却至室温，得改性壳聚糖液；将氮化铝晶须置于球磨机中球磨，过100目的筛，得细化氮化铝晶须，将氮化铝晶须与石蜡按质量比1：5～1：10置于球磨机中混合球磨，过80目的筛，即得预处理氮化铝晶须；按重量份数计，依次取60～80份海藻酸钠液，40～50份明胶液，10～20份质量分数为20～30%的戊二醛溶液和10～20份质量分数为20～30%的盐酸，将海藻酸钠液与明胶液置于三口烧瓶中，并将三口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为50～60℃，转速为300～500r/min条件下，恒温搅拌混合30～50min，并依次向三口烧瓶中加入质量分数为20～30%的盐酸和质量分数为20～30%的戊二醛溶液，于温度为28～38℃，转速为250～300r/min的条件下搅拌混合10～12h，得混合浆液，再将混合浆液过滤，得凝胶，将凝胶切块，并用去离子水洗涤5～6天，每隔10～12h换一次去离子水，将洗涤后的凝胶块于室温条件下真空干燥3～5h，得改性凝胶，接着将改性凝胶置于粉碎机中粉碎，过80目的筛，得改性明胶粉；按重量份数计，将改20～30份性壳聚糖液，10～20份淀粉，10～20份细菌纤维素，8～10份碳酸氢钠，8～10份卡波姆，10～20份水，8～10份魔芋甘露糖，8～10份预处理氮化铝晶须，8～10份磷脂，8～10份蛋白粉和8～10份改性明胶粉置于混料机中，于转速为600～800r/min条件下，搅拌混合30～50min，即得高分子水凝胶灭火剂。所述淀粉为糯米淀粉，玉米淀粉，红薯淀粉，马铃薯淀粉或小麦淀粉中的任意一种。所述卡波姆为卡波姆934p，卡波姆940p或卡波姆941p中的任意一种。所述磷脂为蛋黄磷脂，牛奶磷脂或大豆磷脂中的任意一种。所述蛋白粉为大豆蛋白，乳清蛋白或酪蛋白中的任意一种。
实例1
将海藻酸钠与水按质量比1：95置于1号烧杯中，用玻璃棒搅拌30min，静置溶胀5h后，将1号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为85℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌溶解60min，即得海藻酸钠液；将壳聚糖与水按质量比为1：100置于2号烧杯中，用玻璃棒搅拌混合20min后，静置溶胀4h，再加入壳聚糖质量0.08倍的壳聚糖酶，并将2号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为40℃，转速为500r/min条件下，恒温搅拌酶解5h后，升温至95℃，保温灭酶15min，待自然冷却至室温，得改性壳聚糖液；将氮化铝晶须置于球磨机中球磨，过100目的筛，得细化氮化铝晶须，将氮化铝晶须与石蜡按质量比1：10置于球磨机中混合球磨，过80目的筛，即得预处理氮化铝晶须；按重量份数计，依次取80份海藻酸钠液，50份明胶液，20份质量分数为20～30%的戊二醛溶液和20份质量分数为30%的盐酸，将海藻酸钠液与明胶液置于三口烧瓶中，并将三口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为60℃，转速为500r/min条件下，恒温搅拌混合50min，并依次向三口烧瓶中加入质量分数为30%的盐酸和质量分数为30%的戊二醛溶液，于温度为38℃，转速为300r/min的条件下搅拌混合12h，得混合浆液，再将混合浆液过滤，得凝胶，将凝胶切块，并用去离子水洗涤6天，每隔12h换一次去离子水，将洗涤后的凝胶块于室温条件下真空干燥5h，得改性凝胶，接着将改性凝胶置于粉碎机中粉碎，过80目的筛，得改性明胶粉；按重量份数计，将30份改性壳聚糖液，20份淀粉，20份细菌纤维素，10份碳酸氢钠，10份卡波姆，20份水，10份魔芋甘露糖，10份预处理氮化铝晶须，10份磷脂，10份蛋白粉和10份改性明胶粉置于混料机中，于转速800r/min条件下，搅拌混合50min，即得高分子水凝胶灭火剂。所述淀粉为糯米淀粉。所述卡波姆为卡波姆934p。所述磷脂为蛋黄磷脂。所述蛋白粉为大豆蛋白。
实例2
将海藻酸钠与水按质量比1：95置于1号烧杯中，用玻璃棒搅拌30min，静置溶胀5h后，将1号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为85℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌溶解60min，即得海藻酸钠液；将壳聚糖与水按质量比为1：100置于2号烧杯中，用玻璃棒搅拌混合20min后，静置溶胀4h，再加入壳聚糖质量0.08倍的壳聚糖酶，并将2号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为40℃，转速为500r/min条件下，恒温搅拌酶解5h后，升温至95℃，保温灭酶15min，待自然冷却至室温，得改性壳聚糖液；将氮化铝晶须置于球磨机中球磨，过100目的筛，得细化氮化铝晶须，将氮化铝晶须与石蜡按质量比1：10置于球磨机中混合球磨，过80目的筛，即得预处理氮化铝晶须；按重量份数计，依次取80份海藻酸钠液，50份明胶液，20份质量分数为20～30%的戊二醛溶液和20份质量分数为30%的盐酸，将海藻酸钠液与明胶液置于三口烧瓶中，并将三口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为60℃，转速为500r/min条件下，恒温搅拌混合50min，并依次向三口烧瓶中加入质量分数为30%的盐酸和质量分数为30%的戊二醛溶液，于温度为38℃，转速为300r/min的条件下搅拌混合12h，得混合浆液，再将混合浆液过滤，得凝胶，将凝胶切块，并用去离子水洗涤6天，每隔12h换一次去离子水，将洗涤后的凝胶块于室温条件下真空干燥5h，得改性凝胶，接着将改性凝胶置于粉碎机中粉碎，过80目的筛，得改性明胶粉；按重量份数计，将30份改性壳聚糖液，20份淀粉，10份碳酸氢钠，10份卡波姆，20份水，10份魔芋甘露糖，10份预处理氮化铝晶须，10份磷脂，10份蛋白粉和10份改性明胶粉置于混料机中，于转速800r/min条件下，搅拌混合50min，即得高分子水凝胶灭火剂。所述淀粉为糯米淀粉。所述卡波姆为卡波姆934p。所述磷脂为蛋黄磷脂。所述蛋白粉为大豆蛋白。
实例3
将海藻酸钠与水按质量比1：95置于1号烧杯中，用玻璃棒搅拌30min，静置溶胀5h后，将1号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为85℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌溶解60min，即得海藻酸钠液；将壳聚糖与水按质量比为1：100置于2号烧杯中，用玻璃棒搅拌混合20min后，静置溶胀4h，再加入壳聚糖质量0.08倍的壳聚糖酶，并将2号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为40℃，转速为500r/min条件下，恒温搅拌酶解5h后，升温至95℃，保温灭酶15min，待自然冷却至室温，得改性壳聚糖液；将氮化铝晶须置于球磨机中球磨，过100目的筛，得细化氮化铝晶须，将氮化铝晶须与石蜡按质量比1：10置于球磨机中混合球磨，过80目的筛，即得预处理氮化铝晶须；按重量份数计，依次取80份海藻酸钠液，50份明胶液，20份质量分数为20～30%的戊二醛溶液和20份质量分数为30%的盐酸，将海藻酸钠液与明胶液置于三口烧瓶中，并将三口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为60℃，转速为500r/min条件下，恒温搅拌混合50min，并依次向三口烧瓶中加入质量分数为30%的盐酸和质量分数为30%的戊二醛溶液，于温度为38℃，转速为300r/min的条件下搅拌混合12h，得混合浆液，再将混合浆液过滤，得凝胶，将凝胶切块，并用去离子水洗涤6天，每隔12h换一次去离子水，将洗涤后的凝胶块于室温条件下真空干燥5h，得改性凝胶，接着将改性凝胶置于粉碎机中粉碎，过80目的筛，得改性明胶粉；按重量份数计，将30份改性壳聚糖液，20份淀粉，20份细菌纤维素，10份卡波姆，20份水，10份魔芋甘露糖，10份预处理氮化铝晶须，10份磷脂，10份蛋白粉和10份改性明胶粉置于混料机中，于转速800r/min条件下，搅拌混合50min，即得高分子水凝胶灭火剂。所述淀粉为糯米淀粉。所述卡波姆为卡波姆934p。所述磷脂为蛋黄磷脂。所述蛋白粉为大豆蛋白。
实例4
将海藻酸钠与水按质量比1：95置于1号烧杯中，用玻璃棒搅拌30min，静置溶胀5h后，将1号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为85℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌溶解60min，即得海藻酸钠液；将壳聚糖与水按质量比为1：100置于2号烧杯中，用玻璃棒搅拌混合20min后，静置溶胀4h，再加入壳聚糖质量0.08倍的壳聚糖酶，并将2号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为40℃，转速为500r/min条件下，恒温搅拌酶解5h后，升温至95℃，保温灭酶15min，待自然冷却至室温，得改性壳聚糖液；将氮化铝晶须置于球磨机中球磨，过100目的筛，得细化氮化铝晶须，将氮化铝晶须与石蜡按质量比1：10置于球磨机中混合球磨，过80目的筛，即得预处理氮化铝晶须；按重量份数计，依次取80份海藻酸钠液，50份明胶液，20份质量分数为20～30%的戊二醛溶液和20份质量分数为30%的盐酸，将海藻酸钠液与明胶液置于三口烧瓶中，并将三口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为60℃，转速为500r/min条件下，恒温搅拌混合50min，并依次向三口烧瓶中加入质量分数为30%的盐酸和质量分数为30%的戊二醛溶液，于温度为38℃，转速为300r/min的条件下搅拌混合12h，得混合浆液，再将混合浆液过滤，得凝胶，将凝胶切块，并用去离子水洗涤6天，每隔12h换一次去离子水，将洗涤后的凝胶块于室温条件下真空干燥5h，得改性凝胶，接着将改性凝胶置于粉碎机中粉碎，过80目的筛，得改性明胶粉；按重量份数计，将30份改性壳聚糖液，20份淀粉，20份细菌纤维素，10份碳酸氢钠，20份水，10份魔芋甘露糖，10份预处理氮化铝晶须，10份磷脂，10份蛋白粉和10份改性明胶粉置于混料机中，于转速800r/min条件下，搅拌混合50min，即得高分子水凝胶灭火剂。所述淀粉为糯米淀粉。所述磷脂为蛋黄磷脂。所述蛋白粉为大豆蛋白。
实例5
将海藻酸钠与水按质量比1：95置于1号烧杯中，用玻璃棒搅拌30min，静置溶胀5h后，将1号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为85℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌溶解60min，即得海藻酸钠液；将壳聚糖与水按质量比为1：100置于2号烧杯中，用玻璃棒搅拌混合20min后，静置溶胀4h，再加入壳聚糖质量0.08倍的壳聚糖酶，并将2号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为40℃，转速为500r/min条件下，恒温搅拌酶解5h后，升温至95℃，保温灭酶15min，待自然冷却至室温，得改性壳聚糖液；将氮化铝晶须置于球磨机中球磨，过100目的筛，得细化氮化铝晶须，将氮化铝晶须与石蜡按质量比1：10置于球磨机中混合球磨，过80目的筛，即得预处理氮化铝晶须；按重量份数计，依次取80份海藻酸钠液，50份明胶液，20份质量分数为20～30%的戊二醛溶液和20份质量分数为30%的盐酸，将海藻酸钠液与明胶液置于三口烧瓶中，并将三口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为60℃，转速为500r/min条件下，恒温搅拌混合50min，并依次向三口烧瓶中加入质量分数为30%的盐酸和质量分数为30%的戊二醛溶液，于温度为38℃，转速为300r/min的条件下搅拌混合12h，得混合浆液，再将混合浆液过滤，得凝胶，将凝胶切块，并用去离子水洗涤6天，每隔12h换一次去离子水，将洗涤后的凝胶块于室温条件下真空干燥5h，得改性凝胶，接着将改性凝胶置于粉碎机中粉碎，过80目的筛，得改性明胶粉；按重量份数计，将30份改性壳聚糖液，20份淀粉，20份细菌纤维素，10份碳酸氢钠，10份卡波姆，20份水，10份预处理氮化铝晶须，10份磷脂，10份蛋白粉和10份改性明胶粉置于混料机中，于转速800r/min条件下，搅拌混合50min，即得高分子水凝胶灭火剂。所述淀粉为糯米淀粉。所述卡波姆为卡波姆934p。所述磷脂为蛋黄磷脂。所述蛋白粉为大豆蛋白。
实例6
将海藻酸钠与水按质量比1：95置于1号烧杯中，用玻璃棒搅拌30min，静置溶胀5h后，将1号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为85℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌溶解60min，即得海藻酸钠液；将壳聚糖与水按质量比为1：100置于2号烧杯中，用玻璃棒搅拌混合20min后，静置溶胀4h，再加入壳聚糖质量0.08倍的壳聚糖酶，并将2号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为40℃，转速为500r/min条件下，恒温搅拌酶解5h后，升温至95℃，保温灭酶15min，待自然冷却至室温，得改性壳聚糖液；按重量份数计，依次取80份海藻酸钠液，50份明胶液，20份质量分数为20～30%的戊二醛溶液和20份质量分数为30%的盐酸，将海藻酸钠液与明胶液置于三口烧瓶中，并将三口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为60℃，转速为500r/min条件下，恒温搅拌混合50min，并依次向三口烧瓶中加入质量分数为30%的盐酸和质量分数为30%的戊二醛溶液，于温度为38℃，转速为300r/min的条件下搅拌混合12h，得混合浆液，再将混合浆液过滤，得凝胶，将凝胶切块，并用去离子水洗涤6天，每隔12h换一次去离子水，将洗涤后的凝胶块于室温条件下真空干燥5h，得改性凝胶，接着将改性凝胶置于粉碎机中粉碎，过80目的筛，得改性明胶粉；按重量份数计，将30份改性壳聚糖液，20份淀粉，20份细菌纤维素，10份碳酸氢钠，10份卡波姆，20份水，10份魔芋甘露糖，10份磷脂，10份蛋白粉和10份改性明胶粉置于混料机中，于转速800r/min条件下，搅拌混合50min，即得高分子水凝胶灭火剂。所述淀粉为糯米淀粉。所述卡波姆为卡波姆934p。所述磷脂为蛋黄磷脂。所述蛋白粉为大豆蛋白。
实例7
将壳聚糖与水按质量比为1：100置于2号烧杯中，用玻璃棒搅拌混合20min后，静置溶胀4h，再加入壳聚糖质量0.08倍的壳聚糖酶，并将2号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为40℃，转速为500r/min条件下，恒温搅拌酶解5h后，升温至95℃，保温灭酶15min，待自然冷却至室温，得改性壳聚糖液；将氮化铝晶须置于球磨机中球磨，过100目的筛，得细化氮化铝晶须，将氮化铝晶须与石蜡按质量比1：10置于球磨机中混合球磨，过80目的筛，即得预处理氮化铝晶须；接着将改性凝胶置于粉碎机中粉碎，过80目的筛，得改性明胶粉；按重量份数计，将30份改性壳聚糖液，20份淀粉，20份细菌纤维素，10份碳酸氢钠，10份卡波姆，20份水，10份魔芋甘露糖，10份预处理氮化铝晶须，10份磷脂，10份蛋白粉置于混料机中，于转速800r/min条件下，搅拌混合50min，即得高分子水凝胶灭火剂。所述淀粉为糯米淀粉。所述卡波姆为卡波姆934p。所述磷脂为蛋黄磷脂。所述蛋白粉为大豆蛋白。
对比例：江苏某消防器材有限公司生产的高分子水凝胶灭火剂。
将实例1至7所得的高分子水凝胶灭火剂及对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下：
灭火性能：按照gb15308对试件灭火性能进行检测。
具体检测结果如表1所示：
表1
由表1检测结果可知，本发明技术方案制备的高分子水凝胶灭火剂具有优异的灭火性能。