CN114129948A - 气溶胶组合物及其制备方法和灭火剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气溶胶组合物及其制备方法和灭火剂，气溶胶组合物的原料组成包括：40～75份的氧化剂、0.1～20份的还原剂、5～60份的粘合剂、0.01～10份的催化剂以及0.1～10份的稳定剂；其中，粘合剂选自木糖、葡萄糖、果糖、山梨糖醇、甘露醇、乳糖、麦芽糖、蔗糖、淀粉以及纤维素中的至少一种；还原剂为含氮有机还原剂；氧化剂选自硝酸钾、硝酸锶、硝酸镁、硝酸钠、硝酸银、硝酸铝、硝酸铵高氯酸钾、氯酸钾以及高氯酸铵中的至少一种。通过以糖类作为粘合剂，含氮有机物作为还原剂，硝酸盐或氯酸盐作为氧化剂，并通过催化剂调节燃速，以适量稳定剂配合使用防止粘合剂解离氧化，可使气溶胶组合物具有良好的灭火能力。
Description
技术领域
本发明涉及消防安全领域，特别是涉及一种气溶胶组合物及其制备方法和灭火剂。
背景技术
气溶胶指的是液体或固体微粒分散并悬浮于气体介质中形成的一种稳定或准稳定物系。气溶胶灭火剂又被称为烟雾灭火剂，其为通过燃烧或其他方式产生具有灭火效能气溶胶的灭火剂。气溶胶灭火剂按照其气溶胶形成的方式，可分为热气溶胶灭火剂和冷气溶胶灭火剂。气溶胶灭火剂具有环保、灭火性能好、成本低、可常压贮存、占地面积小、灭火范围广等优点，尤其是臭氧消耗潜在值和温室效应潜能值很低，其作为绿色环保的可替代哈龙产品的新型灭火剂重新获得了人们的重视。
传统热气溶胶灭火剂制备工艺主要采用机械研磨混合或添加有机溶剂分散再通过造粒混合的方式，不仅制作工艺复杂、生产环境相对恶劣，而且灭火剂各组分混合的均匀度较差，从而导致灭火剂燃烧不稳定和灭火性能较低。此外，再将固体粉料通过冷压压制的方式压制成灭火药柱，操作过程具有很大的安全隐患，不利于大规模生产制备。
发明内容
基于此，有必要提供一种能提高灭火性能且适用于多种规格生产的气溶胶组合物及其制备方法和灭火剂。
本发明提供一种气溶胶组合物，以重量份数计，原料组成包括：
其中，所述氧化剂选自硝酸钾、硝酸锶、硝酸镁、硝酸钠、硝酸银、硝酸铝、硝酸铵高氯酸钾、氯酸钾以及高氯酸铵中的至少一种；
所述还原剂为含氮有机还原剂；
所述粘合剂选自木糖、葡萄糖、果糖、山梨糖醇、甘露醇、乳糖、麦芽糖、蔗糖、淀粉以及纤维素中的至少一种。
在其中一个实施例中，以重量份数计，原料组成包括：
在其中一个实施例中，所述溶剂选自水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、乙酸乙酯、甲酸乙酯、丙酸乙酯和乙酸丁酯中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述催化剂选自氧化铁、硼、二氧化锰、氧化锌、铝、镁、银以及铜中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述稳定剂选自石蜡、硬脂酸钠、硬脂酸镁、硬脂酸钾以及硬脂酸铜中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述还原剂选自尿素、双氰胺、硝基胍、三聚氰胺、乙酰胺以及5-氨基四唑中的至少一种。
本发明还进一步提供一种气溶胶组合物的制备方法，包括以下步骤：
S10：按照上述的气溶胶组合物的原料备料，混合制备混合料；
S20：加热所述混合料。
在其中一个实施例中，在步骤S20中，加热的温度为80℃～300℃。
在其中一个实施例中，在步骤S20后将制得的产品加工成型以及固化的步骤。
本发明还提供上述的气溶胶组合物在制备灭火剂的应用。
上述气溶胶组合物通过以糖类作为粘合剂，含氮有机物作为还原剂，硝酸盐或氯酸盐作为氧化剂，并通过催化剂调节燃速，以适量稳定剂配合使用防止粘合剂解离氧化，可使气溶胶组合物具有良好的灭火能力。
进一步地，在制备过程为通过直接加热或在溶剂的协助下联合加热将糖类熔化及不断搅拌使氧化剂及还原剂混合均匀，使各种物料高度分散，同时有效减小物料间的空间距离，达到分子尺度，显著提高气溶胶组合物的灭火能力。
具体实施方式
本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本发明的描述中，“若干”的含义是至少一个，例如一个，两个等，除非另有明确具体的限定。
本发明中的词语“优选地”、“更优选地”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。此外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。
当本文中公开一个数值范围时，上述范围视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明提供一种气溶胶组合物，以重量份数计，原料组成包括：
可以理解地，粘合剂为木糖、葡萄糖、果糖、山梨糖醇、甘露醇、乳糖、麦芽糖、蔗糖、淀粉以及纤维素中的至少一种。
进一步地，还原剂为含氮有机还原剂。
在一个具体示例中，还原剂为尿素、双氰胺、硝基胍、三聚氰胺、乙酰胺和5-氨基四唑中的至少一种。
在一个具体示例中，氧化剂为硝酸钾、硝酸锶、硝酸镁、硝酸钠、硝酸银、硝酸铝、硝酸铵高氯酸钾、氯酸钾以及高氯酸铵中的至少一种。
在一个具体示例中，溶剂为水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、乙酸乙酯、甲酸乙酯、丙酸乙酯和乙酸丁酯中的至少一种。
在一个具体示例中，催化剂为氧化铁、硼、二氧化锰、氧化锌、铝、镁、银以及铜中的至少一种。
在一个具体示例中，稳定剂为石蜡、硬脂酸钠、硬脂酸镁、硬脂酸钾以及硬脂酸铜中的至少一种。
优选地，气溶胶组合物，以重量份数计，原料组成包括：
上述气溶胶组合物通过以糖类作为粘合剂，含氮有机物作为还原剂，硝酸盐或氯酸盐作为氧化剂，并通过催化剂调节燃速，以适量稳定剂配合使用防止粘合剂解离氧化，可使气溶胶组合物具有良好的灭火能力。
本发明还进一步提供一种气溶胶组合物的制备方法，包括以下步骤S10和步骤S20。
步骤S10：如上述的气溶胶组合物的原料备料，混合，制备混合料。
可以理解地，为了获得粒径更小的原料，可以使用包括但不限于是粉碎。
在一个具体示例中，在步骤S10中，在混合之前还包括过筛的步骤过70～140目筛。
优选地，过80～120目筛；具体地，过筛的目数可以但不限于是70、80、90、100、110、120、130或140。
上述对原料进行过筛，可有效缩短制备时间且有利于原料间的均匀混合。
优选地，将氧化剂、还原剂以及粘合剂初混后再与催化剂以及稳定剂进行混合。
步骤S20：加热混合料。
在一个具体示例中，在步骤S20中，加热的温度为80℃～300℃。
进一步地，在步骤S20中，加热的温度为90℃～150℃。
具体地，加热的温度可以但不限于是90℃、100℃、120℃、130℃、140℃或150℃。
可以理解地，上述加热的目的是使所有原料熔化。
为了使原料混合均匀可以加热过程中对混合料进行搅拌。
上述原料熔化形成粘稠浆体混合物，加热可加剧分子的布朗运动，同时在搅拌的作用下，使氧化剂、还原剂、催化剂、稳定剂均匀分散在粘合剂分子表面，使得各物料间隙达到分子尺度。
在一个具体示例中，在步骤S20后将制得的产品加工成型以及冷却固化的步骤。
在一个具体示例中，上述加工成型的方式可以但不限于是浇筑法结合机械振动成型、流平成型、压平成型或采用挤出成型。
可以理解地，冷却固化后的条件为温度低于40℃，湿度低于50％的恒温恒湿条件下保存。
具体来说，溶剂重量份数为0，上述气溶胶组合物的制备方法包括：粉碎原料，将原料过100目筛进行混合，形成混合料；将上述混合料进行加热，将混合料在加热搅拌条件下熔化；熔化完成后，浇筑至模具中，加工成型，成型后进行冷却固化。
进一步地，溶剂重量份数不为0，上述气溶胶组合物的制备方法包括：粉碎氧化剂、还原剂、粘合剂、催化剂以及稳定剂，将上述原料过100目筛后进行混合，加入溶剂，形成混合料；将上述混合料进行加热，将混合料在加热搅拌条件下熔化；熔化完成后，干燥上述混合物至溶剂含量小于1％，干燥后浇筑至模具中，加工成型，成型后进行冷却固化。
可以理解地，上述干燥的方式可以但不限于是真空干燥、冷冻干燥、气流干燥、微波干燥、红外线干燥或高频率干燥。
本发明还提供上述的气溶胶组合物在制备灭火剂的应用。
本发明的气溶胶组合物通过加热直接熔化或在加热条件下加入溶剂助熔，可有效减小不同物料间的空间距离，实现在分子尺度上的均匀混合，同时大分子多羟基粘合剂的使用，可以为药剂燃烧提供所需的氧，保证气溶胶灭火剂稳定燃烧，从而有效提高灭火剂的灭火能力。
进一步地，上述制备工艺简单，使用常规设备便能满足生产需求，气溶胶组合物的原料在加热熔化后流动性良好，可以直接进行加工成型。该法对制备大规格和小规格均可适用，省去生产过程中较为危险的模具压制过程，有效降低了灭火剂的生产过程中的危险系数，有望实现工业化生产。
以下提供具体的实施例对本发明的气溶胶组合物及其制备方法作进一步详细地说明。以下具体实施方式所涉及到的原料，若无特殊说明，均可来源于市售。
实施例1
本实施例提供一种气溶胶组合物，以重量组份计，由63份的硝酸钾、12份的三聚氰胺、20份的葡萄糖、3份的氧化铁以及2份的硬脂酸镁。
上述气溶胶组合物的制备方法具体为将硝酸钾、三聚氰胺、葡萄糖分别粉碎，按重量份数称重，加入氧化铁和硬脂酸镁，过100目筛进行初混，形成混合料；将上述混合物转移至加热装置，将物料在加热搅拌条件下熔化；熔化完成后，将物料浇筑至模具中，在振动台上在机械振动的作用下使组合物流平成型或者采用压料的方式压平或采用挤出机挤出成型，成型后进行冷却固化；将冷却固化后的成品转移至温度低于40℃，湿度低于50％的恒温恒湿条件下保存。
实验结果：制备完成后组合物中粘合剂完全熔化，将其他组分均匀包裹，组合物呈现均匀浆状；将固化成型的组合物按照标准灭火模型进行灭火性能测试，测试结果显示其灭火能力为37g/m3。
实施例2
本实施例提供一种气溶胶组合物，以重量组份计，由40份的硝酸钾、15份的三聚氰胺、27份的蔗糖、2份的二氧化锰、1份的硬脂酸钾以及15份的水。
上述气溶胶组合物的制备方法具体为将硝酸钾、三聚氰胺、蔗糖分别粉碎，按重量份数称重，加入二氧化锰和硬脂酸钾，过100目筛进行初混，形成混合料；向混合料中加入水，得到混合物，将上述混合物转移至加热装置，将物料在加热搅拌条件下熔化；熔化完成后，将物料真空干燥或滚筒刮板干燥，将干燥后的物料浇筑至模具中成型或采用挤出机挤出成型，成型后进行冷却固化；将冷却固化后的成品转移至温度低于40℃，湿度低于50％的恒温恒湿条件下保存。
实验结果：制备完成后组合物中粘合剂完全熔化，将其他组分均匀包裹，组合物呈现均匀浆状；将固化成型的组合物按照标准灭火模型进行灭火性能测试，测试结果显示其灭火能力为34g/m3。
实施例3
本实施例提供一种气溶胶组合物，以重量组份计，由60份的氯化钾、7份的双氰胺、21份的淀粉、1份的铜、1份的硬脂酸铜以及10份的乙醇。
上述气溶胶组合物的制备方法具体为将氯化钾、双氰胺、淀粉分别粉碎，按重量份数称重，加入铜和硬脂酸铜，过100目筛进行初混，形成混合料；向混合料中加入乙醇，得到混合物，将上述混合物转移至加热装置，将物料在加热搅拌条件下熔化；熔化完成后，将物料真空干燥或滚筒刮板干燥，将干燥后的物料浇筑至模具中成型或采用挤出机挤出成型，成型后进行冷却固化；将冷却固化后的成品转移至温度低于40℃，湿度低于50％的恒温恒湿条件下保存。
实验结果：制备完成后组合物中粘合剂完全熔化，将其他组分均匀包裹，组合物呈现均匀浆状；将固化成型的组合物按照标准灭火模型进行灭火性能测试，测试结果显示其灭火能力为30g/m3。
实施例4
本实施例提供一种气溶胶组合物，以重量组份计，由40份的硝酸钾、10份的双氰胺、23.8份的山梨糖醇、0.2份的氧化铁、1份的硬脂酸铜以及25份的乙醇。
上述气溶胶组合物的制备方法具体为将氯化钾、双氰胺、山梨糖醇分别粉碎，按重量份数称重，加入氧化铁和硬脂酸铜，过100目筛进行初混，形成混合料；向混合料中加入乙醇，得到混合物，将上述混合物转移至加热装置，将物料在加热搅拌条件下熔化；熔化完成后，将物料真空干燥或滚筒刮板干燥，将干燥后的物料浇筑至模具中成型或采用挤出机挤出成型，成型后进行冷却固化；将冷却固化后的成品转移至温度低于40℃，湿度低于50％的恒温恒湿条件下保存。
实验结果：制备完成后组合物中粘合剂完全熔化，将其他组分均匀包裹，组合物呈现均匀浆状；将固化成型的组合物按照标准灭火模型进行灭火性能测试，测试结果显示其灭火能力为25g/m3。
实施例5
本实施例提供一种气溶胶组合物，以重量组份计，由75份的硝酸钾、10份的双氰胺、13.5份的山梨糖醇、0.5份的氧化铁以及1份的硬脂酸铜。
上述气溶胶组合物的制备方法具体为将氯化钾、双氰胺、山梨糖醇分别粉碎，按重量份数称重，加入氧化铁和硬脂酸铜，过100目筛进行初混，形成混合料；将上述混合物转移至加热装置，将物料在加热搅拌条件下熔化；熔化完成后，将物料浇筑至模具中，在振动台上在机械振动的作用下使组合物流平成型或者采用压料的方式压平或采用挤出机挤出成型，成型后进行冷却固化；将冷却固化后的成品转移至温度低于40℃，湿度低于50％的恒温恒湿条件下保存。
实验结果：制备完成后组合物中粘合剂完全熔化，将其他组分均匀包裹，组合物呈现均匀浆状；将固化成型的组合物按照标准灭火模型进行灭火性能测试，测试结果显示其灭火能力为23g/m3。
实施例6
本实施例提供一种气溶胶组合物，以重量组份计，由50份的硝酸钾、20份的双氰胺、24份的山梨糖醇、1份的氧化铁以及5份的硬脂酸铜。
上述气溶胶组合物的制备方法具体为将氯化钾、双氰胺、山梨糖醇分别粉碎，按重量份数称重，加入氧化铁和硬脂酸铜，过100目筛进行初混，形成混合料；将上述混合物转移至加热装置，将物料在加热搅拌条件下熔化；熔化完成后，将物料浇筑至模具中，在振动台上在机械振动的作用下使组合物流平成型或者采用压料的方式压平或采用挤出机挤出成型，成型后进行冷却固化；将冷却固化后的成品转移至温度低于40℃，湿度低于50％的恒温恒湿条件下保存。
实验结果：制备完成后组合物中粘合剂完全熔化，将其他组分均匀包裹，组合物呈现均匀浆状；将固化成型的组合物按照标准灭火模型进行灭火性能测试，测试结果显示其灭火能力为24g/m3。
对比例1
本对比例提供一种气溶胶组合物，以重量组份计，由60份的硝酸钾、12份的三聚氰胺、25份的酚醛树脂、1份的氧化铁以及2份的硬脂酸铜。
上述气溶胶组合物的制备方法具体为将氯化钾、三聚氰胺、酚醛树脂分别粉碎，按重量份数称重，加入氧化铁和硬脂酸铜，过100目筛进行初混，形成混合料；加入乙醇作为溶剂，具体加入量由物料粘度确定，方便过筛；过筛造粒后将药剂置于温度为40℃±2℃，湿度50±5％的恒温恒湿房内干燥，随后进行冷压压制。
实验结果：进行灭火测试，结果显示其灭火能力为50g/m3。
对比例2
本对比例提供一种气溶胶组合物，以重量组份计，由69份的硝酸钾、11份的碳粉、20份的山梨糖醇。
上述气溶胶组合物的制备方法具体为将硝酸钾、碳粉和山梨糖醇分别粉碎，按重量份数称重，过100目筛进行初混，形成混合料；将上述混合物转移至加热装置，将物料在加热搅拌条件下熔化；熔化完成后，将物料浇筑至模具中，在振动台上在机械振动的作用下使组合物流平成型或者采用压料的方式压平或采用挤出机挤出成型，成型后进行冷却固化；将冷却固化后的成品转移至温度低于40℃，湿度低于50％的恒温恒湿条件下保存。
实验结果：制备完成后组合物中粘合剂完全熔化，将其他组分均匀包裹，组合物呈现均匀浆状；将固化成型的组合物按照标准灭火模型进行灭火性能测试，测试结果显示其灭火能力为52g/m3。
对比例3
本对比例提供一种气溶胶组合物，以重量组份计，由72份的硝酸钡、13份的红磷、13份的环氧树脂、1份的氧化铁以及1份的碱式碳酸镁。
上述气溶胶组合物的制备方法具体为将硝酸钡、红磷、环氧树脂分别粉碎，按重量份数称重，加入氧化铁和碱式碳酸镁，过100目筛进行初混，形成混合料；加入乙醇作为溶剂，具体加入量由物料粘度确定，方便过筛；过筛造粒后将药剂置于温度为40℃±2℃，湿度50±5％的恒温恒湿房内干燥，随后进行冷压压制。
实验结果：进行灭火测试，结果显示其灭火能力为80g/m3。
本发明的气溶胶组合物通过以糖类作为粘合剂，含氮有机物作为还原剂，硝酸盐或氯酸盐作为氧化剂，并通过催化剂调节燃速，以适量稳定剂配合使用防止粘合剂解离氧化，可使气溶胶组合物具有良好的灭火能力。本发明的气溶胶组合物通过加热直接熔化或在加热条件下加入溶剂助熔，可有效减小不同物料间的空间距离，实现在分子尺度上的均匀混合，从而有效提高灭火剂的灭火能力。上述制备工艺简单，使用常规设备便能满足生产需求，气溶胶组合物的原料在加热熔化后流动性良好，可以直接进行加工成型。该法对制备大规格和小规格均可适用，省去生产过程中较为危险的模具压制过程，有效降低了灭火剂的生产过程中的危险系数，有望实现工业化生产。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种气溶胶组合物，其特征在于，以重量份数计，原料组成包括：
其中，所述氧化剂选自硝酸钾、硝酸锶、硝酸镁、硝酸钠、硝酸银、硝酸铝、硝酸铵高氯酸钾、氯酸钾以及高氯酸铵中的至少一种；
所述还原剂为含氮有机还原剂；
所述粘合剂选自木糖、葡萄糖、果糖、山梨糖醇、甘露醇、乳糖、麦芽糖、蔗糖、淀粉以及纤维素中的至少一种。
2.如权利要求1所述的气溶胶组合物，其特征在于，以重量份数计，原料组成包括：
3.如权利要求1所述的气溶胶组合物，其特征在于，所述溶剂选自水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、乙酸乙酯、甲酸乙酯、丙酸乙酯和乙酸丁酯中的至少一种。
4.如权利要求1所述的气溶胶组合物，其特征在于，所述催化剂选自氧化铁、硼、二氧化锰、氧化锌、铝、镁、银以及铜中的至少一种。
5.如权利要求1所述的气溶胶组合物，其特征在于，所述稳定剂选自石蜡、硬脂酸钠、硬脂酸镁、硬脂酸钾以及硬脂酸铜中的至少一种。
6.如权利要求1～5任一项所述的气溶胶组合物，其特征在于，所述还原剂选自尿素、双氰胺、硝基胍、三聚氰胺、乙酰胺以及5-氨基四唑中的至少一种。
7.一种气溶胶组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10：按照权利要求1～6任一项所述的气溶胶组合物的原料备料，混合制备混合料；
S20：加热所述混合料。
8.如权利要求7所述的气溶胶组合物的制备方法，其特征在于，在步骤S20中，加热的温度为80℃～300℃。
9.如权利要求7或8所述的气溶胶组合物的制备方法，其特征在于，在步骤S20后还包括将制得的产品加工成型以及固化的步骤。
10.如权利要求1～6任一项所述的气溶胶组合物在制备灭火剂的应用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20220304 |