CN108905038A - 一种基于激波二次抛洒的微囊灭火剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种灭火剂，更具体地说是微囊灭火剂，尤其涉及一种利用激波二次抛洒的微囊灭火剂及其制备方法。按重量份数主要由下述组分组成：空心微珠5‑15份、氮化碘5‑15份、水30‑50份、堵孔剂1‑5份、固体灭火粉体材料30‑50份、微囊材料5‑15份。该灭火剂具有双层微囊结构，最外层微囊可以保证灭火剂在覆盖燃烧区前其物理化学性能不被破坏；当该灭火剂覆盖在燃烧区以后，两层微囊之间的固体灭火粉体材料开始发挥阻燃作用；同时，空心微珠中的水蒸发吸热，降低燃烧区温度；当水分蒸发完全后，空心微珠中氮化碘受热爆炸产生大量的氮气，爆炸产生的激波对固体灭火粉体材料进行二次抛洒，使其均匀覆盖燃烧区，并且，产生的激波和氮气也能减弱燃烧反应和抑制火焰传播。

Description

一种基于激波二次抛洒的微囊灭火剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种灭火剂，更具体地说是微囊灭火剂，尤其涉及一种利用激波二次抛洒的微囊灭火剂及其制备方法。

背景技术

火灾是当今世界上严重威胁人类生存和发展的常发性灾害之一，具有发生频率高、时空跨度大、造成损失与危害严重等特点。据不完全统计，全球每年发生火灾600-700万起，火灾经济损失可以达到全球社会生产总值的0.2％，死亡人数高达10万人。近年来，随着社会经济以及城市化的高速发展，我国火灾安全形势依然严峻。火灾的定义是在时间和空间上，失去控制的燃烧所造成的灾害。燃烧系指可燃物与氧或氧化剂作用发生的放热反应，通常有火苗和(或)发烟的现象。燃烧的发生必有同时具备三个条件，即：可燃物、助燃剂和着火源。灭火剂是指能够有效地破坏燃烧条件，终止燃烧的物质。

干粉灭火剂由于其高灭火效率、易于储存、价格低廉、对人和环境无害等优势，被广泛地应用于固、液、气等多种类型的火灾。专利(CN102319498A)公开了一种复合型超细粉基灭火剂及其制备方法，该粉体灭火剂主要成分是双氢氧化物、2-溴-3,3,3-三氟丙烯液体和硬脂酸镁，同时具有疏水和疏油性，防潮性强、抗复燃性好、灭火效率高，既可作为灭火剂，又可作为干粉灭火剂的添加剂。专利(CN1049096335A)公开了一种ABC超细干粉抗复燃灭火剂，主要成分包括磷酸一铵、云母、二氧化硅、硫酸铵、含氢硅油、氟碳，该灭火剂灭火反应迅速，粉体弥漫性能好，易悬浮于着火空间，形成稳定的气溶胶，受热分解速度快，吸热反应快，捕获自由基能力特强，灭火效能大大提升。专利(CN106139496A)公开了一种磷酸铵盐干粉灭火剂的制备方法，其主要成分是磷酸一铵、碳酸钙、活性白土、硅化的白炭黑、云母、硅油，该磷酸铵盐干粉灭火剂具有生产成本低、吸湿率低、产品存储期长等优点。但是，由于干粉灭火剂没有冷却作用，不具备覆盖和防止燃烧复发的作用，在扑救火灾后，还是容易引起复燃，同时干粉灭火剂对人、畜具有强烈的窒息作用，所以干粉灭火剂的应用场所受到其自身性能的限制。

激波灭火技术研究始于20世纪90年代初，俄罗斯的Grishin等从实验、模拟、实际观察等方面对激波与林冠火的相互作用进行了研究，发现激波可以扑灭林冠火；2006年沈兆武等人提出了冷激波灭火的思想，该方法既具有激波灭火速度快的优点，又降低了激波的危害(弱激波、无复燃)。目前市场上常用的灭火弹，内部含有起爆装置，通过引爆起爆装置来抛洒灭火粉体，但是由于起爆装置威力较大，在灭火过程中对人的生命安全也存在安全隐患。

干水灭火材料是近年来发展较快的一种新型灭火材料。干水是一种由疏水性粉末涂层包裹着水滴的细干粉末，这种疏水性粉末的作用是阻止包裹在其中的水与外界物质发生反应，而其内部60％以上都是液态水。专利(CN102772878A)公开了一种二氧化碳水合物灭火剂及其应用，该灭火剂是由二氧化碳气体与干水反应生成二氧化碳水合物，并在-10℃以下研磨、筛分成粒径小于1.0mm的二氧化碳水合物粉末，所述水合物灭火剂在灭火时，水合物粉末覆盖在可燃物表面，可减少可燃物与空气的接触，分解吸热可降低燃烧区温度，释放的二氧化碳稀释可燃物周围空气，释放的水也可以冷却并覆盖可燃物，从而达到灭火的目的。专利(CN102058951A)公开了一种灭火剂，该灭火剂由强疏水性固体粒子与水溶液经高速搅拌混合而成，该灭火剂无毒、环境污染小，在发挥水作为灭火剂的优点、减少用量的同时，克服由于水流动性较强而带来的次生损失。

本发明借采用传统的干粉灭火剂材料，结合微囊包覆技术，并将激波抛洒技术应用于微观尺度，不仅使该灭火剂具有优异的灭火性能，而且可以避免传统灭火弹因引爆装置而造成的安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，目的之一在于提供一种基于激波二次抛洒的微囊灭火剂。

本发明另外一个目的在于提供一种基于激波二次抛洒的微囊灭火剂制备方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于激波二次抛洒的微囊灭火剂，按重量份数主要由下述组分组成：空心微珠5-15份、氮化碘5-15份、水30-50份、堵孔剂1-5份、固体灭火粉体材料30-50份、微囊材料5-15份。

优选地，按重量份数主要由下述组分组成：空心微珠5-10份、氮化碘10-15份、水35-45份、堵孔剂2-5份、固体灭火粉体材料35-45份、微囊材料5-10份。

优选地，按重量份数主要由下述组分组成：空心微珠8份、氮化碘12份、水35份、堵孔剂3份、固体灭火粉体材料35份、灭火剂外壳微囊材料7份。

优选地，所述的空心微珠为漂珠、空心玻璃微球、空心树脂微球中的一种。

优选地，所述堵孔剂为明胶、石蜡、硬脂酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、甲基纤维素、羟甲基纤维素钠、壳聚糖、硅酸铝镁、田箐胶中的一种。

优选地，所述固体灭火粉体材料为碳酸氢钠、磷酸二氢铵、氯化钠、聚磷酸铵、三聚氰胺磷酸盐、磷酸脲中的一种。

优选地，所述灭火剂外壳微囊材料为疏水性纳米二氧化硅、醋酸乙烯树脂、甲基纤维素、聚乙烯、聚甲基丙烯酸酯、聚十二内酰胺、聚乙烯醇中的一种。

优选地，所述基于激波二次抛洒的微囊灭火剂制备方法，包括如下步骤：

St1：空心微珠的穿孔处理：首先配置好穿孔剂溶液，然后将空心微珠浸泡在穿孔剂溶液中并密封，采用磁力搅拌器以200-500rpm转速搅拌10-20min后，将空心微珠过滤、洗涤并干燥，制备出外壳含有微/纳米级孔的多孔空心微珠；

St2：氮化碘水溶液填充多孔空心微珠：将多孔空心微珠、氮化碘和水加入高压反应釜中，反应压力控制在0.3-0.8MPa，转速控制在1500-2000rpm搅拌20-40min后，过滤、洗涤、过滤、晾干，使空心微珠的内腔被氮化碘水溶液填充；

St3：多孔空心微珠壳体的密封：将堵孔剂制成胶状溶液，然后加入含有氮化碘水溶液的多孔空心微珠，快速搅拌5-10min后，过滤、干燥，从而将空心微珠壳体上的微孔堵住；

St4：固体灭火粉体材料包覆空心微珠：将固体灭火粉体材料溶于水后制成溶液，然后将St3制备的密封后空心微珠加入到该溶液中，加热并搅拌，直到水分完全蒸发，从而制备出固体灭火粉体材料包覆的空心微珠；

St5：灭火剂的微囊包覆：利用微胶囊包覆技术，利用灭火剂外壳微囊材料制成的微囊，将St4中固体灭火粉体材料包覆的空心微珠再包覆起来，从而制备出最终的基于激波二次抛洒的微囊灭火剂。

优选地，所述St1中的穿孔剂为氢氟酸溶液、浓硫酸溶液和氢氧化钠溶液中的一种。

本发明采用上述技术方案具有的有益技术效果：

1.本发明基于激波二次抛洒的微囊灭火剂具有双重微囊结构，外层微囊起到缓释作用，使灭火剂能够顺利到达火源中心；内层微囊起到隔离固体和液体灭火材料的作用，发挥该微囊灭火剂的多重灭火功能。

2.本发明利用激波二次抛洒技术，不仅使灭火剂到达火源中心后分布更加均匀，同时可以增加灭火剂与火源的接触面积，并且激波可以显著减弱火焰的强度，因而其灭火效果较传统灭火剂更佳。

3.本发明基于激波二次抛洒的微囊灭火剂，结合了固体灭火剂、水雾、氮气、激波灭火的四重特性，四种灭火功能协同合作，适用的火灾类型更广泛。

4.本发明微囊灭火剂的灭火性能忧异，只需调整两层微囊中的灭火材料就可以应用于固、液、气等多种类型的火灾，而且原材料来源广泛，成本低廉，生产工艺简单，具有很好的市场前景。

本发明基于激波二次抛洒的微囊灭火剂的作用机理：

微囊技术是近年来发展起来的一项新技术，通过这种包覆和释放过程，一方面可以在未释放前保护物料，还可以通过释放方式、时间、速度和量的控制使物料充分发挥功能。本发明基于激波二次抛洒的微囊灭火剂具有双重微囊结构，最外层微囊可以保证灭火剂在覆盖燃烧区前其物理化学性能不被破坏；当该灭火剂覆盖在燃烧区以后，两层微囊之间的固体灭火粉体材料开始发挥阻燃性能；同时，空心微珠中的水蒸发吸热，降低燃烧区温度；当水分蒸发完全后，空心微珠中氮化碘受热爆炸产生大量的氮气，爆炸产生的激波对固体灭火粉体材料进行二次抛洒，使其均匀覆盖燃烧区，并且，产生的激波和氮气也能减弱燃烧反应和抑制火焰传播。

附图说明

图1是对空心微珠进行穿孔处理，是基于激波二次抛洒的微囊灭火剂制备的第一步，图1中1是具有多孔结构的空心微珠外壳。

图2是将氮化碘水溶液填充多孔空心微珠，是基于激波二次抛洒的微囊灭火剂制备的第二步，图2中1是具有多孔结构的空心微珠外壳，2是氮化碘，3是水。

图3是在含有氮化碘水溶液的空心微珠外表面包覆一层堵孔剂，是基于激波二次抛洒的微囊灭火剂制备的第三步，图3中1是氮化碘，2是具有多孔结构的空心微珠外壳，3是堵孔剂，4是水。

图4是微囊对固体灭火粉体材料包覆的空心微珠进行再包覆，是基于激波二次抛洒的微囊灭火剂制备的最后一步，图4中1微囊外壳，2是氮化碘，3是具有多孔结构的空心微珠外壳，4是堵孔剂，5是水，6是固体灭火粉体材料。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明任何限制。

实施例1

基于激波二次抛洒的微囊灭火剂：该微囊灭火剂按重量份数含漂珠8份、氮化碘10份、水35份、石蜡4份、碳酸氢钠35份、醋酸乙烯树脂8份。

所述基于激波二次抛洒的微囊灭火剂制备方法，包括如下步骤：

St1：漂珠的穿孔处理：首先配置好浓度为0.6mol/L的氢氟酸溶液，然后将漂珠浸泡在氢氟酸溶液中并密封，采用磁力搅拌器以400rpm转速搅拌18min后，将漂珠过滤、洗涤并干燥，制备出外壳含有微/纳米级孔的多孔漂珠；

St2：氮化碘水溶液填充多孔漂珠：将多孔漂珠、氮化碘和水加入高压反应釜中，反应压力控制在0.7MPa，转速控制在1800rpm搅拌30min后，过滤、洗涤、过滤、晾干，使漂珠的内腔被氮化碘水溶液填充；

St3：多孔漂珠壳体的密封：将石蜡制成胶状溶液，然后加入含有氮化碘水溶液的多孔漂珠，快速搅拌7min后，过滤、干燥，从而将漂珠壳体上的微孔堵住；

St4：固体碳酸氢钠包覆漂珠：将固体碳酸氢钠溶于水后制成溶液，然后将St3制备的密封后漂珠加入到该溶液中，加热并搅拌，直到水分完全蒸发，从而制备出固体碳酸氢钠包覆的漂珠；

St5：灭火剂的微囊包覆：利用微胶囊包覆技术，利用醋酸乙烯树脂制成的微囊，将St4中固体碳酸氢钠包覆的漂珠再包覆起来，从而制备出最终的基于激波二次抛洒的微囊灭火剂。

本实施例灭火剂的灭火效率为GB15308-2006标准水或膜泡沫灭火剂的4倍。

实施例2

基于激波二次抛洒的微囊灭火剂：该微囊灭火剂按重量份数含空心玻璃微球10份、氮化碘8份、水40份、聚丙烯酰胺2份、磷酸二氢铵30份、聚乙烯醇10份。

优选地，所述基于激波二次抛洒的微囊灭火剂制备方法，包括如下步骤：

St1：空心玻璃微球的穿孔处理：首先配置好热的浓硫酸溶液，然后将空心玻璃微球浸泡在热的浓硫酸溶液中并密封，采用磁力搅拌器以300rpm转速搅拌20min后，将空心玻璃微球过滤、洗涤并干燥，制备出外壳含有微/纳米级孔的多孔空心玻璃微球；

St2：氮化碘水溶液填充多孔空心玻璃微球：将多孔空心玻璃微球、氮化碘和水加入高压反应釜中，反应压力控制在0.8MPa，转速控制在2000rpm搅拌35min后，过滤、洗涤、过滤、晾干，使空心玻璃微球的内腔被氮化碘水溶液填充；

St3：多孔空心玻璃微球壳体的密封：将聚丙烯酰胺制成胶状溶液，然后加入含有氮化碘水溶液的多孔空心玻璃微球，快速搅拌6min后，过滤、干燥，从而将空心玻璃微球壳体上的微孔堵住；

St4：固体磷酸二氢铵包覆空心玻璃微球：将固体磷酸二氢铵溶于水后制成溶液，然后将St3制备的密封后空心玻璃微球加入到该溶液中，加热并搅拌，直到水分完全蒸发，从而制备出固体磷酸二氢铵包覆的空心玻璃微球；

St5：灭火剂的微囊包覆：利用微胶囊包覆技术，利用聚乙烯醇制成的微囊，将St4中固体磷酸二氢铵包覆的空心玻璃微球再包覆起来，从而制备出最终的基于激波二次抛洒的微囊灭火剂。

本实施例灭火剂的灭火效率为GB15308-2006标准水或膜泡沫灭火剂的3.5倍。

实施例3

基于激波二次抛洒的微囊灭火剂：该微囊灭火剂按重量份数含空心树脂微球7份、氮化碘10份、水30份、聚丙烯酸钠4份、聚磷酸铵42份、聚甲基丙烯酸酯7份。

优选地，所述基于激波二次抛洒的微囊灭火剂制备方法，包括如下步骤：

St1：空心树脂微球的穿孔处理：首先配置好6mol/L的氢氧化钠溶液，然后将空心树脂微球浸泡在氢氧化钠溶液中并密封，采用磁力搅拌器以450rpm转速搅拌18min后，将空心树脂微球过滤、洗涤并干燥，制备出外壳含有微/纳米级孔的多孔空心树脂微球；

St2：氮化碘水溶液填充多孔空心树脂微球：将多孔空心树脂微球、氮化碘和水加入高压反应釜中，反应压力控制在0.5MPa，转速控制在1500rpm搅拌40min后，过滤、洗涤、过滤、晾干，使空心树脂微球的内腔被氮化碘水溶液填充；

St3：多孔空心树脂微球壳体的密封：将聚丙烯酸钠制成胶状溶液，然后加入含有氮化碘水溶液的多孔空心树脂微球，快速搅拌5min后，过滤、干燥，从而将空心树脂微球壳体上的微孔堵住；

St4：聚磷酸铵包覆空心树脂微球：将固体聚磷酸铵溶于水后制成溶液，然后将St3制备的密封后空心树脂微球加入到该溶液中，加热并搅拌，直到水分完全蒸发，从而制备出固体聚磷酸铵包覆的空心树脂微球；

St5：灭火剂的微囊包覆：利用微胶囊包覆技术，利用聚甲基丙烯酸酯制成的微囊，将St4中固体聚磷酸铵包覆的空心树脂微球再包覆起来，从而制备出最终的基于激波二次抛洒的微囊灭火剂。

本实施例灭火剂的灭火效率为GB15308-2006标准水或膜泡沫灭火剂的4.5倍。

Claims (8)

1.一种基于激波二次抛洒的微囊灭火剂，其特征在于，按重量份数主要由下述组分组成：空心微珠5-15份、氮化碘5-15份、水30-50份、堵孔剂1-5份、固体灭火粉体材料30-50份、微囊材料5-15份。

2.根据权利要求1所述的一种基于激波二次抛洒的微囊灭火剂，其特征在于，按重量份数主要由下述组分组成：空心微珠5-10份、氮化碘10-15份、水35-45份、堵孔剂2-5份、固体灭火粉体材料35-45份、微囊材料5-10份。

3.根据权利要求1或2所述的空心微珠为漂珠、空心玻璃微球、空心树脂微球中的一种。

4.根据权利要求1或2所述的堵孔剂为明胶、石蜡、硬脂酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、甲基纤维素、羟甲基纤维素钠、壳聚糖、硅酸铝镁、田箐胶中的一种。

5.根据权利要求1或2所述的固体灭火粉体材料为碳酸氢钠、磷酸二氢铵、氯化钠、聚磷酸铵、三聚氰胺磷酸盐、磷酸脲中的一种。

6.根据权利要求1或2所述的灭火剂外壳微囊材料为疏水性纳米二氧化硅、醋酸乙烯树脂、甲基纤维素、聚乙烯、聚甲基丙烯酸酯、聚十二内酰胺、聚乙烯醇中的一种。

7.根据权利要求1或2所述基于激波二次抛洒的微囊灭火剂，其制备方法如下：

St1：空心微珠的穿孔处理：首先配置好穿孔剂溶液，然后将空心微珠浸泡在穿孔剂溶液中并密封，采用磁力搅拌器以200-500rpm转速搅拌10-20min后，将空心微珠过滤、洗涤并干燥，制备出外壳含有微/纳米级孔的多孔空心微珠；

St2：氮化碘水溶液填充多孔空心微珠：将多孔空心微珠、氮化碘和水加入高压反应釜中，反应压力控制在0.3-0.8MPa，转速控制在1500-2000rpm搅拌20-40min后，过滤、洗涤、过滤、晾干，使空心微珠的内腔被氮化碘水溶液填充；

St3：多孔空心微珠壳体的密封：将堵孔剂制成胶状溶液，然后加入含有氮化碘水溶液的空心微珠，搅拌5-10min后，过滤、干燥，从而将空心微珠壳体上的微孔堵住；

St4：固体灭火粉体材料包覆空心微珠：将固体灭火粉体材料溶于水后制成溶液，然后将St3制备的密封后空心微珠加入到该溶液中，加热并搅拌，直到水分完全蒸发，从而制备出固体灭火粉体材料包覆的空心微珠；

St5：灭火剂的微囊包覆：利用微胶囊包覆技术，利用灭火剂外壳微囊材料制成的微囊，将St4中固体灭火粉体材料包覆的空心微珠再包覆起来，从而制备出最终的基于激波二次抛洒的微囊灭火剂。

8.根据权利要求7所述的St1中的穿孔剂为氢氟酸溶液、浓硫酸溶液和氢氧化钠溶液中的一种。