CN104941105A - 适用于舰船和航母的三嗪含氮杂环聚合物灭火剂 - Google Patents

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Abstract

适用于舰船和航母的三嗪含氮杂环聚合物灭火剂，能在作战条件下，当舰船中弹起火时瞬时扑灭大火。本发明三嗪含氮杂环聚合物灭火剂是一种白色粉末状混合物，其化学组分分别是蜜弄(C6H3N9)n、蜜龙胺C9H9N15、蜜勒胺C6H6N10、蜜白胺C6H9N11。该物质富含元素N，在常温常压条件下物理、化学性能稳定，在高温燃烧区能迅速升华裂解产生大量活性氮原子〔N〕。靠活性氮原子〔N〕中止链式燃烧，能高效快捷扑灭大火，对环境无污染。

Description

适用于舰船和航母的三嗪含氮杂环聚合物灭火剂
一种化学成分为三嗪含氮杂环聚合物的粉末灭火剂适于作战条件下，当舰船中弹起火时瞬时扑灭大火，减少人员伤亡，避免舰载弹药、燃油被燃爆，避免扑而不灭的燃烧持续蔓延。本案提出的三嗪含氮杂环聚合物在用于灭火时产生大量活性氮原子〔N〕，能迅速中止燃烧，高效快捷。毒性小，安全。
试设想，“911”事件发生在航母上，数十吨燃油在甲板上熊熊燃烧，一片火海。若灭火剂是海水，靠冷却降低燃烧区温度，必然扑而不灭，燃油漂浮流窜，燃烧难于中止。若施用干粉或泡沫灭火剂，靠二氧化碳、氮气在燃烧区的稀释作用或者泡沫的覆盖隔离作用灭火，在空旷的海面上靠“稀释”与“覆盖”会皆难奏效，或扑救时间过长，或大火不能扑灭。若采用含卤灭火剂，定会产生大量的有毒气体，对人员的伤害大。若穿戴全套防火、防毒服装和面具，必然会增加体力消耗，平添诸多不便，影响战斗力的充分发挥。
舰船和航母灭火，要求快捷、安全，不减战斗力。
本发明技术方案的灭火剂是一组三嗪含氮杂环聚合物的混合物，其化学组分分别是蜜白胺C6H9N11、蜜勒胺C6H6N10、蜜龙胺C9H9N15、蜜弄(C6H3N9)n等。在常温常压条件下，上述物质为白色团块或粉末，化学性能非常稳定，不溶于水，不含有毒或危险成分。同传统灭火剂相比，本发明提出的灭火剂具有如下特点：
1.含氮量高。含氮成分按重量百分比高达60％以上。
2.在燃烧区三嗪含氮杂环聚合物能迅速升华、裂解，产生大量活性氮原子〔N〕，中止燃烧的链式反应，实现瞬时灭火。
3.成分为三嗪含氮杂环聚合物的粉末颗粒，当受热升华裂解瞬间，体积迅速扩大千倍，形成“微型爆炸”，冲击散布，能更充分发挥活性氮原子〔N〕的灭火作用。
4.在常温、常压条件下，三嗪含氮杂环聚合物粉末灭火剂的物理、化学性能非常稳定，特别是不溶于水，不易吸潮结块，便于长期储存。
5..三嗪含氮杂环聚合物粉末灭火剂的生产工艺简单，原料充足，成本低廉。并易于通过改造、提升尿素或三聚氰胺的生产设备或工艺来实现批量生产，绿色环保。
三嗪含氮杂环聚合物作为钢铁材料表面液体碳氮共渗热处理的再生剂(参见中国专利ZL88103739,7)和快速渗氮的熏渗剂(参见中国专利ZL01111528.5)已有发明专利。本发明的意图在于进一步开发三嗪含氮杂环聚合物的灭火性能。利用该物质的两个突出特点：在常温常压下是一个物理、化学性能非常稳定的含氮量高的聚合物；在高温条件下又能够迅速释放大量初生态的活性氮原子〔N〕，利用原子氮〔N〕的高度活性迅速中止链式燃烧。预期将三嗪含氮杂环聚合物用作灭火剂，应具有应对特大火灾的超凡能力。诸如能有效扑灭油田、油库大火；911大火；化工易燃、易爆品仓库大火；飞机、船舶、机场大火等。目前有关特重大火灾的灭火问题仍是世界难题之一。许多特重大火灾，虽尽倾国倾城之力，集中一切可调动的灭火资源，千方百计扑救，但大火持续多日，直到燃烧物质烧尽为止的事件仍时有发生。
本发明灭火剂的目的在于扑救特重大火灾，迅速中止燃烧。本发明灭火剂的局限性是不能扑灭无焰之火，对熄火后的余烬无降温能力。
三聚含氮杂环聚合物灭火剂的制备方法是，以尿素为原料，三氧化二铝为催化剂，尿素加热融化后在高于354℃温度条件下，先缩合成固态白色三聚氰胺，随后三聚氰胺再进一步脱氨缩聚成三嗪含氮杂环聚合物。这两阶段的化学反应如下：
6CO(NH2)2→(C3N3)(NH2)3+6NH3↑+3CO2↑
3CO(NH2)2→(C3N3)(NH2)3+3H2O↑
按上述制备工艺，尿素经加热后融化成液态，在350～370℃温度下沸腾反应，先分解生成氰酸，并进一步缩合成白色固态三聚氰胺。三聚氰胺在高于354℃温度条件下进行脱氨聚合反应，顺序生成蜜白胺、蜜勒胺、蜜龙胺和蜜弄。该工艺制备的三嗪含氮杂环聚合物产品是上述成分的混合物，随着时间延续和脱氨的不断进行，产物的聚合度不断增加，产品中所含蜜弄的比例也会逐渐增加。一般来说待三聚氰胺全部完成脱氨转变之时，即可结束制备工艺。因三聚氰胺微溶于水且灭火时产生的氨气较多，灭火剂产品中最好不含三聚氰胺成分。
作为灭火剂，三聚含氮杂环聚合物在灭火过程中，当环境温度升高后会升华气化，温度越高，升华越快。经实测，温度在400℃时升华数量约占投送灭火剂重量的70％，在500℃时约有92.3％升华，600℃时为95.3％，700℃时为99.9％。测试结果说明，投送到高温燃烧区的三嗪含氮杂环聚合物粉末灭火剂会百分之百升华，迅速升华为单分子的“气相灭火剂”。
升华后的三嗪含氮杂环聚合物分子在高温条件下，会迅速裂解产生大量的活性氮原子〔N〕。以蜜弄为例，在高温有氧条件下的化学反应如下：
4(C6H3N9)n+27n O2→36n[N]↑+24n CO2↑+6n H2O↑
上述反应所产生的大量活性氮原子〔N〕，会立即阻断燃烧链，中止燃烧。
三嗪含氮杂环聚合物灭火剂在实施灭火过程中不会产生大量有毒、有害气体，对现场人员比较安全。所喷洒的灭火剂粉末也不会对现场的设备、物资造成损毁和污染。
为了解三嗪含氮杂环聚合物灭火剂在灭火时的热分解产物，借用冶金仪器和设备模拟火灾高温环境并实测有关气体成分。实验方案是：开启WZK-1型高温炉(炉膛尺寸210×130×320mm)并升温至某一预设温度并保持恒温，由瓷舟承载适量三嗪含氮杂环聚合物灭火剂放入炉中，在关闭炉门后，随即定时用942-XP型燃烧效率仪测试炉中因灭火剂热分解而形成的气氛。实验实测数据列于表1、2、3。
表1三嗪含氮杂环聚合物灭火剂在700℃恒温条件下的炉中气相成分
表2三嗪含氮杂环聚合物灭火剂在850℃恒温条件下的炉中气相成分
表3三嗪含氮杂环聚合物灭火剂在950℃恒温条件下的炉中气相成分
由测试数据可知，在高温有氧条件下，使用三嗪含氮杂环聚合物灭火剂时，封闭试验空间的气氛主要是氧和氮以及少量的二氧化碳、碳氢化合物和微量一氧化碳。总之，三嗪含氮杂环聚合物作为灭火剂是较理想的安全灭火剂。
为检验本发明技术方案所提出的三嗪含氮杂环聚合物灭火剂的灭火能力，在实验室进行了简单的模拟实验，实验如下：
实验例1
用不锈钢洗像盘(盘底尺寸150×200mm)盛放汽油，点燃，用纸托少许三嗪含氮杂环灭火剂粉末，用嘴将粉末吹向火焰，随即熄灭。
实验例2
在RG-45-9型倾斜旋转的滚筒式金属热处理电阻炉(炉膛尺寸：Φ310×720mm)中进行，炉温升温至950℃，将80公斤浸过机油的10号钢小圆片(Φ25×8mm)倾入炉膛，火焰立即从炉门缝隙和窥视孔中喷出，用纸包好500克三嗪含氮杂环聚合物灭火剂投入炉中，可立即观察到，原窥视孔处长达60厘米火焰在投放灭火剂后迅速缩回炉膛，取而代之的是急速喷射出来的由灭火剂材料所升华的白色雾状气体，这种白色烟气的喷射时间长达45秒，然后又持续15分钟未见在窥视孔处有火苗冒出。原炉中小钢片经过3小时950℃处理后，表面会产生2～3毫米的氧化皮，但加入灭火剂后钢件表面已无氧化皮。这一现象说明，该灭火剂不但可以扑灭炉膛中的燃烧火焰，还可控制炉膛气氛，使炉中氧气丧失氧化能力。
这原本是一次探讨金属热处理超高温渗氮实验的尝试，在投放三嗪含氮杂环聚合物后，立即观看到了高温炉膛中炽烈燃烧被瞬间中止的现象。由此判断三嗪含氮杂环聚合物有极强的灭火能力。

Claims (2)

1.一种白色粉末灭火剂，其化学组分是四种三嗪含氮杂环聚合物的混合物，其中各物质的化学成分分别是蜜弄(C6H3N9)n、蜜勒胺C6H6N10、蜜龙胺C9H9N15、蜜白胺C6H9N11。
2.根据权利1的要求，在混合物的上述化学组分之外还可能含有三聚氰胺C3H6N6。
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