[发明专利]一种温敏性水凝胶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种温敏性水凝胶及其制备方法，属于水凝胶技术领域。所述水凝胶的制备方法包括以下步骤：(1)用甲基纤维素和去离子水配置成反应溶液；(2)用上述反应溶液作为溶剂，分别配置成NaHCO₃溶液和NaOH溶液，然后将NaHCO₃溶液和NaOH溶液混合后用其对一定量的丙烯酸进行酸碱滴定，得到PH值为7.0的丙烯酸钠单体调整液；(3)按一定比例向四口瓶中加入N‑异丙基丙烯酰胺，在氮气保护的条件下，向四口瓶中缓慢滴加一定量的丙烯酸钠单体调整液，得到溶解液；(4)在上述溶解液中加入交联剂、引发剂和催化剂，制得温敏性水凝胶。本发明的温敏性水凝胶，具有良好的灭火性能。

技术领域

本发明涉及水凝胶技术领域，具体涉及一种温敏性水凝胶及其制备方法。

背景技术

水是目前最常用的灭火剂。近年来，在如何提高水的灭火效率方面科研工作者做了大量的创新性工作，主要表现在在水中添加不同的化学试剂或者改变水的物化特性来增强水的粘度和附着力，在燃烧区域延长水停留时间，提高水的有效隔氧降温能力，节约用水量，以充分发挥水的灭火性能，提高灭火效率。当前研究最多的有细水雾、三相泡沫、水成膜泡沫和水凝胶等水系灭火剂。水凝胶灭火剂能够提高水在物体表面的粘度和附着力，增强水的固水、封堵、隔离和冷却作用，已成为国内外研究热点之一。

温敏性水凝胶的体积能随环境温度的变化而变化，其分子内具有一定比例的疏水和亲水基团，当环境温度在其低临界溶解温度(LCST，Lower Critical SolutionTemperature)附近发生微小变化时，影响了基团的疏水作用、大分子链之间的氢键作用以及亲水基团之间的氢键作用，温敏性水凝胶会发生非连续相转变或者溶胶/凝胶转变。温敏性水凝胶有热胀型和热缩型两种。热胀型水凝胶的溶胀度随着温度的升高而升高，在高温下大分子链由于水合作用而快速伸展；热缩型水凝胶在比较高的温度时大分子链因为聚集而收缩，溶胀度也随之急剧下降，但在比较低的温度时下则会发生溶胀。聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶是目前研究最多的，它属于典型的热缩型水凝胶，在32℃左右会发生体积突变。

近年来，温敏性水凝胶作为消防灭火剂的应用尚处于探究阶段。由于其制备分离工艺复杂，成本较高，因此当前很难广泛推广和应用。国内外目前还没有研制出特效的温敏性水凝胶灭火剂，研发成功后可将其广泛装备县级以上消防部门和应急救援单位。本申请对温敏性水凝胶灭火剂的生产工艺进行研究，从而有效降低灭火剂成本，使温敏性水凝胶灭火剂从理论研究向实际应用转化。高效温敏性水凝胶灭火剂的研制，能够有效填补国内外该领域的空白。

发明内容

针对上述问题，本发明将采用自由共聚的方法将N-异丙基丙烯酰胺与丙烯酸以一定比例在引发剂的作用下合成温敏性水凝胶并将其作为灭火剂使用，通过与普通凝胶的对比试验，该温敏性水凝胶具有高效的灭火作用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种温敏性水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)用甲基纤维素和75℃-85℃去离子水预先配置成浓度为39％-41％的反应溶液，充分搅拌后，放入冰箱中静置55h-65h待用；

(2)用上述反应溶液作为溶剂，分别配置成浓度均为2mol/L的NaHCO3溶液和NaOH溶液，然后将NaHCO3溶液和NaOH溶液混合后用其对一定量的丙烯酸进行酸碱滴定，得到PH值为7.0的丙烯酸钠单体调整液；

(3)按一定比例向1000ml的四口瓶中加入N-异丙基丙烯酰胺，在氮气保护的条件下，向四口瓶中缓慢滴加一定量的丙烯酸钠单体调整液，机械搅拌至充分溶解，得到溶解液；

(4)在上述溶解液中加入质量分数为10％的交联剂0.9ml-1.1ml，再加入质量分数为10％的引发剂0.9ml-1.1ml，以及加入质量分数为10％的催化剂1.9ml-2.1ml，在24℃-26℃的温度下反应22～26h，制得所需的温敏性水凝胶。