CN101318063A - 复合材料冷气溶胶灭火剂及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合材料冷气溶胶灭火剂，包括：聚磷酸铵100份、多元组分剂5～15份、表面改性剂2～10份、分散剂2～10份、催化剂0.2～2份。本发明还公开了一种复合材料冷气溶胶灭火剂的制备方法，包括如下步骤：a)按照上述配比称取各组分；b)将称取的聚磷酸铵、多元组分剂、60～80％的表面改性剂、分散剂，在≥0.5MPa压力的气流中混合均匀，所述百分比为重量百分比；c)经80℃～120℃干燥至水分≤0.15％；d)把混合物料粉碎至平均粒径≤5μm；e)加入催化剂和余量的疏水二氧化硅混合均匀，经60℃～80℃加温处理，检验合格后包装。本发明具有很好的灭火效率和广泛的灭火种类。

Description

复合材料冷气溶胶灭火剂及制备方法

技术领域

本发明属灭火剂技术领域，尤其涉及一种以聚磷酸铵为基料复合材料的冷气溶胶灭火剂及制备方法。

背景技术

哈龙灭火剂及系列产品自面世以来，以其高性能的灭火效率在世界各国消防行业中被普遍应用。哈龙灭火剂的大量使用，造成地球臭氧层耗减，使地球气候变暖，已危及人类的生态环境。联合国环境规划署(UNEP)于1987年9月通过了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》，规定要限期淘汰哈龙灭火剂等破坏臭氧层物质。我国政府规定2010年完全停止哈龙的使用。为使哈龙灭火剂退出后不影响消防能力，各国都在抓紧研究开发替代哈龙的新产品。

在哈龙的替代研究中，俄罗斯率先研究开发了热气溶胶灭火剂，以期替代哈龙灭火剂应用到各种场所灭火。由于此类灭火剂需和氧化物组合在一起，靠自身燃烧产生气溶胶灭火，虽不破坏大气臭氧层，但实际应用中存在诸多固有缺陷：如有低毒，对环境及人体均可造成损伤；出口温度高达80℃，有系列热连带反应，对保护物有损伤；灭火剂中盐粒子经高温后附着于保护物表面，难于清理，对保护物有腐蚀；只能用于封闭空间全淹没应用灭火，不能用于开放的空间灭火，且灭火速度慢(约为21s)；因本身是火源，不宜用于易燃易爆场所及有人的场所，应用场所受到限制。

根据热气溶胶的特点和固有缺陷，科学家又研究了以普通磷酸铵盐灭火剂为主要成分的冷气溶胶。该类气溶胶可用惰性气体驱动喷射产生，虽避免了热气溶胶的“热连带反应”问题，但投入实际应用仍有很多问题尚待解决，具体如下：

1)难以加工到气溶胶所要求的粒径。磷酸铵盐(磷酸二氢铵)为自然吸潮结块的物质，在生产制备过程中必须进行硅化处理，把磷酸铵盐粉粒子用硅油包裹起来进行“固体防潮”。因而目前国内外的生产工艺还未能做到把磷酸铵盐的粒径完全加工到气溶胶所要求的粒径。

2)难解决防潮结块问题。受硅化生产工艺的制约，目前国内外尚未解决磷酸铵盐干粉粒径做小后防潮及防结块问题。超细粒径的磷酸铵干粉粒子，目前硅化生产工艺还不能做到使硅油对它完全包裹，内部的盐分子从未包裹的缝隙中通过空气吸收水分，并从缝隙中渗出相互结成盐桥，形成结块现象，不能使用灭火。

3)难灭A类(固体)火灾。磷酸铵盐干粉灭火机理说明，对固体火灾的有焰燃烧，磷酸铵盐ABC干粉灭火剂采用阻断燃烧链，使火熄灭。对固体火灾的无焰燃烧(阴燃)，磷酸铵盐ABC干粉灭火剂主要依靠粉粒在固体表面形成大量覆盖层使火熄灭。而气溶胶是空中与空气混合的气相物质，粉粒不可能在固体表面形成大量覆盖层，因而难以熄灭固体的阴燃，这种阴燃不熄灭，很快又形成有焰燃烧。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种复合材料冷气溶胶灭火剂及其制备方法，所制备的灭火剂具有很好的灭火效率和广泛的灭火种类。

为了解决上述问题，本发明提供了一种复合材料冷气溶胶灭火剂包括：聚磷酸铵100份、多元组分剂5～15份、表面改性剂2～10份、分散剂2～10份、催化剂0.2～2份。

优选地，所述聚磷酸铵的聚合度n为200～1000。

优选地，所述多元组分剂是硫酸钾、氯化钾、硫酸铵其中的一种或一种以上。

优选地，所述表面改性剂是云母、疏水二氧化硅、滑石、硅酸其中的一种或一种以上。

优选地，所述分散剂是沸石、膨润土、蛭石或活性白土、环糊精其中的一种或一种以上。

优选地，所述催化剂是氨基酸无机酸盐、烷基卤化物黄磷异构体其中的一种或一种以上。

本发明的提供的一种复合材料冷气溶胶灭火剂的制备方法包括如下步骤：

a)按照如下配比称取各组分：聚磷酸铵100份、多元组分剂5～15份、表面改性剂2～10份、分散剂2～10份、催化剂0.2～2份；

b)将称取的聚磷酸铵、多元组分剂、60～80％的表面改性剂、分散剂，在≥0.5MPa压力的气流中混合均匀，所述百分比为重量百分比；

c)经80℃～120℃干燥至水分≤0.15％；

d)把混合物料粉碎至平均粒径≤5μm；

e)加入催化剂和余量的疏水二氧化硅混合均匀，经60℃～80℃加温处理，检验合格后包装。

本发明所提供的复合材料冷气溶胶灭火剂，具有如下优点：

1)安全环保，无毒无害。复合材料冷气溶胶对大气臭氧层耗减潜能值(ODP)为零，温室效应潜能值(GWP)为零，对保护物无腐蚀，对人体无刺激。

2)具有广泛的适用性。复合材料冷气溶胶可用于扑救下列类型火灾：

a)A类火灾：可燃固体火灾。如木、棉、麻、纸、橡胶、塑料等物质的火灾。

b)B类火灾：液体或可熔化固体火灾。如汽油、柴油、重油、润滑油、动物油、植物油、有机溶剂、石蜡等物质的火灾。

c)C类火灾：可燃气体火灾。如液化气、天然气、乙炔等气体的火灾。

d)E类火灾：带电物体火灾。如变配电站、发电房、电缆隧道、电缆沟、电缆井等带电设备火灾。

e)D类火灾：金属火灾。如烷基铝、镁、钠、锌等金属火灾。

3)灭火效率高。复合材料冷气溶胶扑灭A、B、C、E类火的灭火浓度为45g/m³，是目前国内外已发明的灭火剂中，灭火浓度最低、效能最高、速度最快的一种。灭火剂既可全淹没应用灭火，又可局部淹没应用灭火。

具体实施方式

实施例1

a)按照如下配比称取各个组分：聚合度n为1000的聚磷酸铵100公斤、多元组分剂5公斤、表面改性剂2公斤、分散剂2公斤、催化剂0.2公斤；其中，多元组分剂选用硫酸钾，表面改性剂选用云母，分散剂选用沸石，催化剂选用氨基酸无机酸盐；

b)将称取的聚磷酸铵、多元组分剂、分散剂和1.2公斤表面改性剂(即所称取的2公斤的60％)，在≥0.5MPa压力的气流中混合均匀；

c)经80℃～120℃干燥至水分≤0.15％；

d)把混合物料粉碎至平均粒径≤5μm；

e)加入所称取的催化剂和余量的表面改性剂(即0.8公斤)混合均匀，经60℃～80℃加温处理，检验合格后包装。

经过上述工艺所制备的复合材料冷气溶胶灭火剂具有如下特点：

平均粒径：≤5μm

粉体松密度≤0.4g/ml

含水率≤0.2％

吸湿率≤0.3％

抗结块性(针入)≥16mm(用针入度仪检测)

流动性≤5s(以-20℃低温冷冻后流动时间表示)

电绝缘性≥7.5kv。

灭A类火效能≤45g/m³

灭B类火效能≤45g/m³

灭C类火效能≤45g/m³

灭E类火效能≤45g/m³

灭聚丙烯火效能≤45g/m³

灭烷基铝火效能≤2kg/m²

灭镁、钠火效能≤1.5kg/m²

灭火时间＜10s。

复合材料冷气溶胶灭火机理特征如下：

复合材料冷气溶胶灭火剂充装于手提式灭火器、推车式灭火器、悬挂式灭火装置、柜式灭火装置、管网灭火系统、森林灭火装置、消防车使用。用氮气(N₂)、二氧化碳(CO₂)、氩气(Ar)、燃气、空气驱动喷射形成灭火冷气溶胶。该冷气溶胶由于采用了不同于现有灭火剂的最新灭火组分，应用复合办法，把化学灭火和物理灭火的优势有机结合，解决了化学灭火对固体表面阴燃效能差及物理灭火速度慢、效率低的问题。其灭火基理：

a)对有焰燃烧的强抑制。有焰燃烧是一种链式反应。燃烧分子在燃烧的高温及其他能量作用下被活化产生能量很高的非常活泼的自由基·OH和·H，使燃烧过程得以延续且不断扩大。复合材料冷气溶胶释放到燃烧区与火焰相混合，很快发生一系列分解反应，迅速消耗燃烧自由基·OH和·H，使·OH和·H消耗的速度远大于产生的速度，燃烧反应链中断，火焰随即熄灭。

b)对表面燃烧的强窒息。复合材料冷气溶胶中的聚磷酸铵和其它多元组分及催化剂的加入，使复合材料冷气溶胶在阻断火焰燃烧链式反应的同时，其复合材料微粒在火的高温下，发生系列化学反应和物理作用，在燃烧的物表面迅速形成一层玻璃状的膜，把燃烧物与氧隔离。在扑灭固体火灾时，瞬间扑灭固体的有焰燃烧，同时瞬间扑灭固体的无焰燃烧(阴燃)，对防止固体燃烧物的复燃，具有类似于水的效能。在扑灭液体火灾时，瞬间熄灭燃烧的火焰，同时以大量的超细微粉悬浮和覆盖于可燃液体表面，对防止液体的复燃，有着类似于泡沫灭火剂的效能。用于扑救三乙基铝、镁等金属火灾时，在燃烧物的表面形成的膜，隔离氧气而使燃烧反应停止，起到了一般D类灭火剂大量覆盖层的作用。

c)吸热降温。复合材料冷气溶胶释放入火场，其复合材料受热后分解和相变，产生反应吸热和相变吸热作用，伴随着强烈吸热，使火焰温度降低，抑制和减缓燃烧反应的进行。

d)降低氧浓度。冷气溶胶释放于火场产生一系列的反应，这些反应产生二氧化碳、水蒸气，对燃烧区的氧浓度具有稀释作用，使火的燃烧反应减弱。

实施例2

按照如下配比称取各个组分：聚合度n为200的聚磷酸铵100公斤、多元组分剂15公斤、表面改性剂10公斤、分散剂10公斤、催化剂2公斤；其中，多元组分剂选用氯化钾，表面改性剂选用疏水二氧化硅，分散剂选用膨润土，催化剂选用烷基卤化物黄磷异构体。

其余的制备工艺同实施例1，只是在实施例步骤b)中加入的表面改性剂为70％，在步骤e)中加入的是余下的30％的表面改性剂，这里的百分比为重量百分比。

本实施例所制备的复合材料冷气溶胶灭火剂具有如下特点：

平均粒径：≤5μm

粉体松密度≤0.4g/ml

含水率≤0.2％

吸湿率≤0.3％

抗结块性(针入)≥16mm(用针入度仪检测)

流动性≤5s(以-20℃低温冷冻后流动时间表示)

电绝缘性≥7.5kv。

灭A类火效能≤45g/m³

灭B类火效能≤45g/m³

灭C类火效能≤45g/m³

灭E类火效能≤45g/m³

灭聚丙烯火效能≤45g/m³

灭烷基铝火效能≤2kg/m²

灭镁、钠火效能≤1.5kg/m²

灭火时间＜10s。

实施例3

按照如下配比称取各个组分：聚合度n为500的聚磷酸铵100公斤、多元组分剂7公斤、表面改性剂7公斤、分散剂7公斤、催化剂1公斤；其中，多元组分剂选用硫酸铵，表面改性剂选用滑石，分散剂选用蛭石，催化剂选用氨基酸无机酸盐构体。

其余的制备工艺同实施例1，只是在实施例步骤b)中加入的表面改性剂为80％，在步骤e)中加入的是余下的20％的表面改性剂，这里的百分比为重量百分比。

本实施例所制备的复合材料冷气溶胶灭火剂具有如下特点：

平均粒径：≤5μm

粉体松密度≤0.4g/ml

含水率≤0.2％

吸湿率≤0.3％

抗结块性(针入)≥16mm(用针入度仪检测)

流动性≤5s(以-20℃低温冷冻后流动时间表示)

电绝缘性≥7.5kv。

灭A类火效能≤45g/m³

灭B类火效能≤45g/m³

灭C类火效能≤45g/m³

灭E类火效能≤45g/m³

灭聚丙烯火效能≤45g/m³

灭烷基铝火效能≤2kg/m²

灭镁、钠火效能≤1.5kg/m²

灭火时间＜10s。

另外，本发明表面改性剂还可以是硅酸，分散剂也还可以采用活性白土、环糊精等，多元组分剂可以是硫酸钾、氯化钾、硫酸铵其中的两种以上的组合物，表面改性剂可以是云母、疏水二氧化硅、滑石、硅酸其中两种以上的组合物，分散剂可以是沸石、膨润土、蛭石或活性白土、环糊精两种以上的组合物，催化剂可以是氨基酸无机酸盐、烷基卤化物黄磷异构体的组合物。采用这些材料所制备的复合材料冷气溶胶灭火剂具有与实施例1相同或相当的效果。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1、一种复合材料冷气溶胶灭火剂，其特征在于，包括：聚磷酸铵100份、多元组分剂5～15份、表面改性剂2～10份、分散剂2～10份、催化剂0.2～2份。

2、如权利要求1所述的灭火剂，其特征在于，所述聚磷酸铵的聚合度n为200～1000。

3、如权利要求1所述的灭火剂，其特征在于，所述多元组分剂是硫酸钾、氯化钾、硫酸铵其中的一种或一种以上。

4、如权利要求1所述的灭火剂，其特征在于，所述表面改性剂是云母、疏水二氧化硅、滑石、硅酸其中的一种或一种以上。

5、如权利要求1所述的灭火剂，其特征在于，所述分散剂是沸石、膨润土、蛭石或活性白土、环糊精其中的一种或一种以上。

6、如权利要求1所述的灭火剂，其特征在于，所述催化剂是氨基酸无机酸盐、烷基卤化物黄磷异构体其中的一种或一种以上。

7、制备如权利要求1至6任一所述的复合材料冷气溶胶灭火剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：

a)按照如下配比称取各组分：聚磷酸铵100份、多元组分剂5～15份、表面改性剂2～10份、分散剂2～10份、催化剂0.2～2份；

b)将称取的聚磷酸铵、多元组分剂、60～80％的表面改性剂、分散剂，在≥0.5MPa压力的气流中混合均匀，所述百分比为重量百分比；

c)经80℃～120℃干燥至水分≤0.15％；

d)把混合物料粉碎至平均粒径≤5μm；

e)加入催化剂和余量的疏水二氧化硅混合均匀，经60℃～80℃加温处理，检验合格后包装。