热响应气凝胶增强凝胶泡沫灭火剂及其制备方法和应用与流程

本发属于消防材料与新能源电池安全，尤其涉及一种热响应气凝胶增强凝胶泡沫灭火剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着新能源汽车、储能电站及移动电子设备的快速发展，锂离子电池因能量密度高、循环寿命长而被广泛应用。然而，锂离子电池在过充、短路、机械损伤或外部高温作用下可能发生热失控。热失控过程中电池内部会持续放热并释放可燃气体，此类火灾具有温度高、蔓延快、易复燃和难以彻底冷却等特点。

2、传统水基灭火剂具有冷却作用，但在倾斜或高温电池表面容易流失或快速蒸发，难以形成持久覆盖层；普通泡沫灭火剂能够覆盖隔氧，但在高温和强热辐射条件下易破裂、排液和塌陷；干粉灭火剂虽然能够快速抑制明火，但降温能力不足，难以抑制电池内部热失控反应及复燃。

3、温敏凝胶或温度敏感型泡沫灭火剂可在温度升高时提高体系黏度，改善保水和抗烧能力。然而，仅依靠温敏聚合物水膜凝胶化形成的泡沫体系，其隔热结构主要来自聚合物凝胶网络，缺乏固相纳米多孔隔热骨架；仅采用纤维素凝胶等增黏体系时，也主要依赖高分子网络提高稳定性，难以同时兼顾泡沫液膜力学增强、低导热隔热和锂离子电池热失控场景下的长期附着。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种性能良好的热响应气凝胶增强凝胶泡沫灭火剂及其制备方法和应用。

2、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

3、热响应气凝胶增强凝胶泡沫灭火剂，主要包括表面活性剂、热响应聚合物、纳米气凝胶。

4、上述灭火剂，还包括阻燃剂、分散剂、螯合剂、防腐剂和水。

5、上述灭火剂，由各组分按以下重量份制成，表面活性剂0.5～2份、热响应聚合物0.1～1份、纳米气凝胶0.1～1份、阻燃剂1～5份、分散剂0.5～3份、螯合剂0.1～1份、防腐剂0.05～0.2份，余量为水，各组分总量为100份。

6、表面活性剂为非离子表面活性剂和或两性表面活性剂；非离子表面活性剂为硬脂醇聚氧丙烯醚、十二烷基糖苷、油酸酰胺聚氧乙烯醚、烷基糖醇醚中的一种或几种；两性表面活性剂为椰油酰胺丙基磺基甜菜碱、月桂酰谷氨酸钾、月桂酰谷氨酸钠、烷基羟基甜菜碱中的一种或几种；

7、热响应聚合物为聚n-异丙基丙烯酰胺、聚乙烯醇、壳聚糖、甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺、海藻酸盐中的一种或几种；

8、纳米气凝胶为二氧化硅气凝胶、氧化铝气凝胶、硅铝复合气凝胶中的一种或几种；

9、阻燃剂为膨胀石墨、磷酸氢二铵、氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或几种；

10、分散剂为丙二醇、乙二醇、乙二醇丁醚、甘油中的一种或几种；

11、螯合剂为乙二胺四乙酸及其钠盐、二乙烯三胺五乙酸及其盐类、氨基三甲叉膦酸、羟基乙叉二膦酸、葡萄糖酸钠、柠檬酸钠中的一种或几种；

12、防腐剂为异噻唑啉酮、苯氧乙醇、苯甲酸及其盐类、山梨酸及其盐类、对羟基苯甲酸酯类中的一种或几种。

13、热响应聚合物为聚n-异丙基丙烯酰胺与聚乙烯醇、壳聚糖与聚乙烯醇、或聚n-异丙基丙烯酰胺与羟丙基甲基纤维素的复配物；纳米气凝胶为亲水型二氧化硅气凝胶和疏水型二氧化硅气凝胶的复配物；阻燃剂为膨胀石墨与磷酸氢二铵或磷酸氢二铵与氢氧化镁的复配物。

14、亲水型二氧化硅气凝胶与疏水型二氧化硅气凝胶的质量比为1:0.3～1:2.0。

15、上述灭火剂的制备方法，包括以下步骤：

16、s1，将水加入反应容器中，加入分散剂和螯合剂，并搅拌均匀，使其充分溶解形成均一水相；

17、s2，依次加入两性表面活性剂和非离子表面活性剂，低速搅拌至完全溶解，形成稳定的泡沫基础液；

18、s3，将热响应聚合物缓慢加入泡沫基础液中，确保聚合物充分分散而不提前凝胶化；

19、s4，缓慢加入纳米气凝胶，并通过低速搅拌避免颗粒团聚，使纳米气凝胶均匀分散于泡沫基础液中；

20、s5，加入阻燃剂和防腐剂并搅拌均匀使各组分均匀分布，即得热响应气凝胶增强凝胶泡沫灭火剂。制备完成后，将灭火剂装入密闭容器中储存即可，保持良好的流动性和喷射性。

21、步骤s3中，控制体系温度在25～30℃；

22、步骤s4中，先加入亲水型二氧化硅气凝胶再加入疏水型二氧化硅气凝胶，或将亲水型二氧化硅气凝胶与疏水型二氧化硅气凝胶预分散后加入，以使纳米气凝胶同时分布于水相凝胶网络和泡沫气液界面。

23、上述热响应气凝胶增强凝胶泡沫灭火剂在火灾防护中的应用。

24、火灾防护是锂离子电池火灾防护。

25、针对目前灭火剂存在的问题，发明人研制了一种热响应气凝胶增强凝胶泡沫灭火剂，主要包括表面活性剂、热响应聚合物、纳米气凝胶。通过表面活性剂体系的泡沫稳定作用、热响应聚合物的凝胶化作用以及纳米气凝胶的固相支撑作用的协同配合，本发明三相泡沫体系在高温条件下仍能够保持完整的泡沫凝胶覆盖层，显著延缓锂离子电池热失控传播、降低复燃风险，并通过持续吸热、隔绝氧气和阻断热传导实现高效灭火效果。在此基础上，发明人还建立了相应制备方法。

26、区别于单纯温敏泡沫或单纯纤维素凝胶泡沫的灭火剂，本发明并非单纯依靠温敏聚合物提高水膜黏度，也并非仅通过纤维素凝胶提高泡沫稳定性，而是通过泡沫覆盖、热响应凝胶化和纳米气凝胶固相隔热支撑的协同作用，形成兼具快速覆盖、保水滞留和低导热隔热能力的三相凝胶泡沫覆盖层。实际使用表明，本发明灭火性能良好，尤其适合锂离子电池火灾防护，可广泛应用于电动汽车电池包、储能电站电池组以及锂离子电池生产、运输和存储场景的热失控火灾防护。锂离子电池火灾发生时，将本发明灭火剂通过压缩空气泡沫发生装置喷射至锂离子电池表面或电池模组间隙，当电池表面温度升高时，热响应聚合物形成三维凝胶网络，纳米气凝胶提供固相隔热支撑，阻燃剂降低火焰温度，在锂离子电池表面形成稳定、保水、隔热和抗复燃的三相凝胶泡沫覆盖层，增强附着性、保水性和隔热能力，从而抑制锂离子电池热失控蔓延及复燃。

1.一种热响应气凝胶增强凝胶泡沫灭火剂，其特征在于主要包括表面活性剂、热响应聚合物、纳米气凝胶。

2.根据权利要求1所述的灭火剂，其特征在于还包括阻燃剂、分散剂、螯合剂、防腐剂和水。

3.根据权利要求2所述的灭火剂，其特征在于由各组分按以下重量份制成，表面活性剂0.5～2份、热响应聚合物0.1～1份、纳米气凝胶0.1～1份、阻燃剂1～5份、分散剂0.5～3份、螯合剂0.1～1份、防腐剂0.05～0.2份，余量为水，各组分总量为100份。

4.根据权利要求1所述的灭火剂，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的灭火剂，其特征在于：所述热响应聚合物为聚n-异丙基丙烯酰胺与聚乙烯醇、壳聚糖与聚乙烯醇、或聚n-异丙基丙烯酰胺与羟丙基甲基纤维素的复配物；所述纳米气凝胶为亲水型二氧化硅气凝胶和疏水型二氧化硅气凝胶的复配物；所述阻燃剂为膨胀石墨与磷酸氢二铵或磷酸氢二铵与氢氧化镁的复配物。

6.根据权利要求5所述的灭火剂，其特征在于：所述亲水型二氧化硅气凝胶与疏水型二氧化硅气凝胶的质量比为1:0.3～1:2.0。

7.权利要求1所述灭火剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述灭火剂的制备方法，其特征在于：

9.权利要求1至6任一所述灭火剂或权利要求7至8任一所述制备方法得到的热响应气凝胶增强凝胶泡沫灭火剂在火灾防护中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：所述火灾防护是锂离子电池火灾防护。