新型无毒保水凝胶 双重阻燃对抗野火损害

近年来，世界各地森林野火或山火频发，给生命财产带来巨大损失。野火对那些荒地与城市交界处（WUI）的人们的生命安全极具威胁性，同时对社会的经济、关键基础设施造成严重破坏。美国科学家最近开发出一种喷雾凝胶，有望更有效地保护和减少野火对建筑物的损害。

目前，美国农业部林务局常用的阻燃剂有长期阻燃剂、泡沫抑制剂、保水凝胶。长效阻燃剂通常会加水稀释后由飞机投放到目标上，其阻燃效果是藉由磷酸铵等阻燃化学物质，降低植被燃烧的强度，以阻止火势继续增强。而化学泡沫和保水凝胶都只能起到短期灭火剂的作用，且化学泡沫中的全氟化界面活性剂容易对环境造成伤害，而保水凝胶中的水分则容易在高温和强风的环境中，迅速干燥并失去防火的作用。

为此人们急需开发新型、对环境友善的野火阻燃剂，以改善野火管理工作。这次美国史丹佛大学和加州理工州立大学的研究人员开发了一种对环境友善、且防火能力佳的新型保水（增水）凝胶，比市场上现有的凝胶持续时间更长且防火效果更有效。这项研究成果于8月21日发表在《先进材料》杂志上。

研究人员设计的这种保水凝胶，由美国林务局批准使用的无毒成分制成，其主要材料由MHEC（甲基2-羟乙基纤维素）和CSP（多糖与二氧化硅奈米胶体颗粒）混合而成。

这些材料容易被土壤微生物分解，还可以稳定储存、使用标准设备快速喷洒作业，让这些保水凝胶牢固地黏着在房屋和关键基础设施上，形成一层厚厚的潮湿屏蔽层，且凝胶即便老化也具有防火效果。

当野火燃烧时，会使周围的空气变得极其干燥且高温（可达100°C），这会将厚厚的潮湿屏蔽中的水汽逼出，以此形成第一道保护层，确保建筑不会快速燃烧起来。

等待水分蒸发、把纤维素燃烧完毕后，水凝胶中的二氧化硅颗粒会留下来形成一层泡沫层（气凝胶），它将变成第二道防护层阻燃火焰。这个原理是利用二氧化硅泡沫本身的良好隔热绝缘特性，以及二氧化硅的熔点在1700°C左右。

试验过程中，研究人员将三种水凝胶分别涂抹在胶合板上（合成木板），形成一层0.25英寸（0.6公分）的薄膜。这些凝胶分别是现有的商业用水凝胶，一款含有HEC（羟乙基纤维素）、MC（甲基纤维素）和CSP（多糖与二氧化硅奈米胶体颗粒）的凝胶，和他们新研制的含有MHEC和CSP的水凝胶。

他们使用燃气喷灯（火焰温度1700°C～2054°C）对它们进行燃烧，以模拟野火火焰（火焰温度797°C-1197°C），观看它们对合成木板的保护程度。