CN114652992A - 一种降温型超细干粉灭火剂、制备方法及其灭火设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种降温型超细干粉灭火剂、制备方法及其灭火设备，疏水型聚磷酸铵粉末：70份～90份及复合材料：10份～30份，且所述灭火剂由分散于所述疏水型聚磷酸铵粉末中的复合材料颗粒共同构成；所述复合材料颗粒包括内核层及包覆层，所述包覆层覆盖所述内核层的至少一部分表面，其中，所述包覆层包括疏水型纳米二氧化硅，所述内核层包括水。本发明中，降温型超细干粉灭火剂的整体成分、配比和其结构的设计合理，灭火效能高，降温性能好，本身无毒无害，无二次污染，绝缘，灭火后易于清理，制备工艺简单，操作简便，生产成本低，适合大批量生产并推广使用。
Description
技术领域
本发明属于灭火剂材料领域，具体涉及一种降温型超细干粉灭火剂、制备方法及其灭火设备。
背景技术
GA 578-2005《超细干粉灭火剂》中定义超细干粉灭火剂是指90％粒径小于或等于20um的固体粉末。超细干粉灭火剂主要分为ABC类和BC类。ABC类超细干粉灭火剂主要成分为磷酸铵盐，可以扑救A、B、C、E类火灾。BC类超细干粉灭火剂主要成分为碳酸氢钠，可以扑救B、C、E类火灾。超细干粉灭火剂灭火机理：主要是化学抑制，其次是窒息。燃烧是一种链式反应过程。可燃物分子在高温下产生维持燃烧链式反应的关键自由基OH·、H·和O·，并依靠这些高活性自由基传播反应，维持燃烧的持续进行。
超细干粉灭火剂粉体粒径小，表面能高，可以消耗燃烧中高活性自由基OH·、H·和O·，高活性自由基被消耗，使燃烧的链式反应终止，产生瞬时灭火。除此之外，高温下熔化的粉粒形成玻璃状覆盖层，隔绝空气和燃烧物，具有窒息作用。目前超细干粉灭火剂是市场各类灭火剂中灭火效能最高、灭火速度最快、灭火浓度最低的洁净环保灭火剂，是最佳的哈龙替代产品之一，其已应用于森林、物资仓库、汽车发动机舱、图书馆、档案馆、加油站、液化气站、输气站、配电室、地下管廊、电缆隧道等各种场所火灾灭火。但由于其降温性能差，对于固体A类和电气E类火灾，扑灭后易复燃，导致大规模推广应用受限。
水灭火机理主要依靠冷却作用，其次是窒息作用。水蒸发吸收大量的热，每千克水吸收2260kJ的热量，降低燃烧物火焰和表面温度使火焰熄灭，抑制火灾复燃。此外，水气化后每千克体积将膨胀1700倍左右，大量稀释燃烧区内的氧气，使燃烧物质因缺氧而停止燃烧，从而达到窒息灭火的目的。水廉价易得，来源广泛，对环境无污染，水成为扑救火灾最常使用的灭火剂。但由于水流动性高，在可燃物表面难于停留，实际起到降温作用的水少于20％，同时，持续大量喷水扑灭E类或锂电池火灾，会造成二次短路等灾害；此外，因火场温度高水未达到燃烧区已汽化，不能充分发挥使水的冷却性能，阻碍了其在E类或锂电池火灾的应用。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种降温型超细干粉灭火剂、制备方法及其灭火设备，旨在提供一种灭火降温效果好、水利用率高且更加安全的灭火剂。
为达到上述目的，本发明提供了一种灭火剂，所述灭火剂的原料包括以下重量份数的原料：
疏水型聚磷酸铵粉末：70份～90份及复合材料：10份～30份，且所述复合材料由分散于所述疏水型聚磷酸铵粉末中的多个复合材料颗粒共同构成；
各所述复合材料颗粒包括内核层及包覆层，所述包覆层覆盖所述内核层的至少一部分表面，其中，所述包覆层包括疏水型二氧化硅，所述内核层包括水。
可选地，所述水为凝胶态。
可选地，所述聚磷酸铵粉末由多颗微米级的聚磷酸铵颗粒共同组成；和/或，
所述复合材料颗粒的粒径为微米级，且所述包覆层由多颗纳米级的疏水型二氧化硅共同构成。
此外，本发明还提供一种上述灭火剂的制备方法，所述灭火剂的制备方法包括：
将所述疏水型二氧化硅、水和粘结剂混合后，组装成所述复合材料颗粒；
将多颗所述复合材料颗粒与所述疏水型聚磷酸铵粉末混合，使多颗所述复合材料颗粒均匀分散于所述疏水型聚磷酸铵粉中形成所述复合材料，得到所述灭火剂。
可选地，所述将所述疏水型二氧化硅、水和粘结剂混合后，组装成所述内核层的步骤包括：
将水与粘结剂混合，分散后，形成分散体系；
将所述分散体系与纳米级的所述疏水型二氧化硅混合，得到微米级的所述复合材料颗粒。
可选地，所述粘结剂包括结冷胶、明胶、卡拉胶、阿拉伯胶、海藻酸钠、壳聚糖、果胶、β-环状糊精和聚乙烯醇中的至少一种；和/或，
所述复合材料中，所述粘结剂的含量为0.1～0.3wt％，所述疏水型二氧化硅的含量为5～13wt％，其余为水；和/或，
所述分散体系为凝胶态水；
所述水与粘结剂混合的温度为80℃～100℃。
可选地，所述将多颗所述复合材料颗粒与所述疏水型聚磷酸铵粉末混合，使多颗所述复合材料颗粒均匀分散于所述疏水型聚磷酸铵粉中形成所述复合材料，得到所述灭火剂的步骤之前，还包括：
将聚磷酸铵粉末与疏水改性剂混合，进行聚合固化反应，得到所述疏水型聚磷酸铵粉末。
可选地，所述将聚磷酸铵粉末与疏水改性剂混合，进行聚合固化反应，得到所述疏水型聚磷酸铵粉末的步骤中，所述疏水改性剂包括甲基含氢硅油；和/或，
所述将聚磷酸铵粉末与疏水改性剂混合包括：将所述疏水改性剂雾化后喷洒于所述聚磷酸铵粉末的表面；和/或，
所述聚磷酸铵粉末中，90％聚磷酸铵的粒径为微米级，且不大于10微米；和/或，
所述聚磷酸铵粉末中，聚磷酸铵的晶型为II型；和/或，
所述聚磷酸铵粉末中，聚磷酸铵的聚合度大于1500。
可选地，所述聚合固化的温度为80℃～100℃；和/或，
所述聚合固化的时间为1.5h～2.5h。
此外，本发明还提供一种灭火设备，所述灭火设备包括：
容器，所述容器中，填充有包括惰性气体及上述灭火剂；其中，所述惰性气体在所述容器中的压强大于大气压。
本发明的灭火剂相较于现有技术，具体以下有益效果：聚磷酸铵受热分解捕捉自由基快速熄灭火焰，复合材料在高温条件下覆盖物体时，复合材料覆盖在可燃物表面，内核层中的水有效吸收热量，并且能进行较长时间的停留，提高水的利用率，灭火剂的安全性进一步提高，其包覆层为二氧化硅惰性材料，能够进行有效隔热和窒息灭火，同时也能增加灭火剂流动性、空间弥散性和抗结块性能，有利于喷射、储存和运输；而聚磷酸铵粉末和包覆层均为疏水型，方便储存和运输，并能在使用时避免团聚，确保能够顺利从设备喷出；本发明制备的灭火剂整体成分、配比设计合理，充分发挥了水和超细干粉灭火剂的各自优点，兼具冷却降温、化学抑制、窒息和隔离作用，提高了水的利用率，使超细干粉灭火剂具有降温性能，有助于快速灭火的同时防止火灾复燃；极大拓展灭火剂的应用范围，本身无毒无害，无二次污染，有绝缘性，灭火后易于清理，有利于环保灭火。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅为本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明灭火剂的制备流程图；
图2为实施例7的灭火设备的降温效果图；
图3为实施例1的灭火剂的图片。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
需要说明的是，实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。此外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
鉴于现有的灭火剂降温效果差，水灭火利用率不高，且使用不安全的技术缺陷，本发明提供一种灭火剂，所述灭火剂的原料包括以下重量份数的原料：
疏水型聚磷酸铵粉末：70份～90份及复合材料：10份～30份，且所述复合材料由分散于所述疏水型聚磷酸铵粉末中的多个复合材料颗粒共同构成；
各所述复合材料颗粒包括内核层及包覆层，所述包覆层覆盖至少所述内核层的至少一部分表面，其中，所述包覆层包括疏水型二氧化硅，所述内核层包括水。
本发明中，聚磷酸铵受热分解捕捉自由基快速熄灭火焰，复合材料在高温条件下覆盖物体时，复合材料覆盖在可燃物表面，内核层中的水有效吸收热量，并且能进行较长时间的停留，提高水的利用率，灭火剂的安全性进一步提高，其包覆层为二氧化硅惰性材料，能够进行有效隔热和窒息灭火，同时也能增加灭火剂流动性、空间弥散性和抗结块性能，有利于喷射、储存和运输；而聚磷酸铵粉末和包覆层均为疏水型，方便储藏和运输，并能在使用时避免团聚，确保能够顺利从设备喷出；本发明制备的灭火剂整体成分、配比设计合理，充分发挥了水和超细干粉灭火剂的各自优点，兼具冷却降温、化学抑制、窒息和隔离作用，提高了水的利用率，增加了超细干粉灭火剂的降温性能，有助于快速灭火的同时防止火灾复燃；极大拓展灭火剂的应用范围，本身无毒无害，无二次污染，有绝缘性，灭火后易于清理，有利于环保灭火。
在一些实施例中，所述水为凝胶态。水以凝胶态的形态存在时，可进一步降低水的流动性，提高滞留时间，进而提高灭火效果。与此同时，凝胶态的水可以进一步提高灭火剂的整体强度，确保灭火剂可存在较高压强的设备中。
在一些实施例中，所述疏水型聚磷酸铵粉末由多颗微米级的疏水型聚磷酸铵颗粒共同组成；当选取疏水型聚磷酸铵粉末为微米级时，可以在合理成本下保证灭火剂具有良好的比表面积，确保灭火效果，不仅如此，疏水改性后的微米级聚磷酸铵也进一步保证了灭火剂的流动性，确保灭火剂能够顺利喷出，也提高了空间弥散性，进而加强了灭火效果。
在一些实施例中，所述复合材料颗粒的粒径为微米级，且所述包覆层由纳米级的疏水型二氧化硅共同构成。微米级的复合材料与微米级的疏水型聚磷酸铵粉末复配后，灭火剂流动性更加，降温效果提高，而由纳米级二氧化硅组成包覆层，则会进一步提高其流动性。
此外本发明还提供一种上述灭火剂的制备方法，如图1所示，所述灭火剂的制备方法包括：
步骤S10：将所述疏水型二氧化硅、水和粘结剂混合后，组装成所述复合材料颗粒；
步骤S20：将多颗所述复合材料颗粒与所述疏水型聚磷酸铵粉末混合，使多颗所述复合材料颗粒均匀分散于所述疏水型聚磷酸铵粉中形成所述复合材料，得到所述灭火剂。采用上述步骤，可以制备出灭火效果良好的灭火剂，且操作简便，生产成本低，适合大批量生产并推广使用。
步骤S10包括：
步骤S101：将水与粘结剂混合，分散后，形成分散体系；
步骤S102：将所述分散体系与纳米级的所述疏水型二氧化硅混合，得到所述复合材料颗粒。
采用上述步骤，可以制备成含水的内核材料，不仅便于疏水型二氧化硅的附着，也有利于提高整体灭火剂的强度，使其可以在高压强的环境下保持结构的稳定性。
在一些实施例中，所述粘结剂包括结冷胶、明胶、卡拉胶、阿拉伯胶、海藻酸钠、壳聚糖、果胶、β-环状糊精和聚乙烯醇中的至少一种；使用上述粘结剂可以形成凝胶态水，使水稳定存在，与此同时，可以进一步降低水的流动性，进而提高的水的利用率。
在一些实施例中，所述复合材料中，所述粘结剂的含量为0.1～0.3wt％，所述疏水型二氧化硅的含量为5～13wt％，余量为水；在上述比例范围，使水既可以储存，又可以提高包覆率，确保顺利喷出和高效降温。
在一些实施例中，所述水与粘结剂混合的温度为80℃～100℃。在上述范围的温度反应，可以使水与粘结剂充分混合，形成凝胶体系。
在一些实施例中，步骤S20之前，还包括：
步骤S30：将聚磷酸铵粉末与疏水改性剂混合，进行聚合固化反应，得到所述疏水型聚磷酸铵粉末。通过将聚磷酸铵粉末进行疏水改性，得到疏水型聚磷酸铵粉末，更加易于储存。
步骤S30中，所述疏水改性剂包括甲基含氢硅油；通过选用甲基含氢硅油可与将聚磷酸铵聚合固化，得到疏水型聚磷酸铵粉末。进一步，所述聚磷酸铵粉末与所述疏水改性剂的质量比为(99～99.5):(0.5～1)。在该范围，聚磷酸铵粉末的改性效果更好。
在一些实施例中，所述将聚磷酸铵粉末与疏水改性剂混合包括：将所述疏水改性剂雾化后喷洒于所述聚磷酸铵粉末的表面；通过在疏水改性剂进行雾化，确保聚磷酸铵粉末均匀的接枝疏水基团，提高疏水性。
在一些实施例中，所述聚磷酸铵粉末中，90％聚磷酸铵的粒径为微米级，且不大于10微米。聚磷酸铵粉末的粒径不大于10微米时，比表面积较大，进一步提高产品的灭火性质。
在一些实施例中，所述聚磷酸铵粉末中，聚磷酸铵的晶型为II型；
II型聚磷酸铵是聚合度高(聚合度＞1000)，吸湿性小，利于灭火剂喷射、储存和运输。在灭火过程中聚磷酸铵受热分解捕捉自由基快速熄灭火焰的同时膨胀碳层隔热、窒息灭火。在一些实施例中，所述聚磷酸铵粉末中，聚磷酸铵的聚合度大于1500。该聚合度的聚磷酸铵吸湿率更小，利于灭火剂喷射和长期储存。在一些实施例中，所述聚合固化的温度为80℃～100℃。聚合固化温度在此范围时，可以确保固化效果。
在一些实施例中，所述聚合固化的时间为1.5h～2.5h。聚合固化时间在此范围时，可以确保固化效果。
此外，本发明提供一种灭火设备，所述灭火设备包括：
容器，所述容器中，填充有包括惰性气体及上述灭火剂；其中，所述惰性气体在所述容器中的压强大于大气压。
采用本发明所述的灭火剂压缩于高于大气压的惰性气体环境中，可以确保使用时，将灭火剂顺利喷出。
需要说明的是，本发明说明的是，为常用的灭火设备容器，所述容器形成可连通所述灭火容器内部的喷口；所述灭火设备还包括密封件，所述密封件与所述喷口可拆卸连接，将所述喷口喷出或封闭。
以下结合具体实施例和附图对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1～6
实施例1～6分别提供一种降温型超细干粉灭火剂，具体组分为复合材料及由多个微米级的疏水型聚磷酸铵颗粒形成的疏水型聚磷酸铵粉末，复合材料由分散于疏水型聚磷酸铵粉末中的多个微米级的复合材料颗粒共同构成，各复合材料颗粒包括内核层及包覆层，包覆层覆盖至少内核层的至少一部分表面，其中，包覆层由多颗疏水型纳米二氧化硅(购于阿拉丁气相二氧化硅CAS:112945-52-5)共同构成，内核层包括凝胶态水。实施例1～6中，疏水型聚磷酸铵粉末及复合材料的重量份数如表1所示。
表1实施例1～6中降温型超细干粉灭火剂的组分和重量份数
实施例1～6还提供上述降温型超细干粉灭火剂的制备方法，其具体操作步骤包括：
(1)将聚磷酸铵采用超音速气流粉碎系统粉碎成90％粒径≤10μm的超细粉体并干燥，其中，聚磷酸铵的聚合度大于1500，晶型为II型。
(2)将超细粉体放入反应釜内，以1500r/min的搅拌速率搅拌均匀，将反应釜升温至聚合固化所需的温度，降低搅拌速率至500r/min，将甲基含氢硅油经喷嘴雾化喷晒在超细粉体表面，搅拌均匀后聚合固化，烘干水分，粉碎，筛分，获得微米级的疏水聚磷酸铵粉末；
(3)加热蒸馏水，将粘结剂加入蒸馏水中，搅拌至完全溶解后再加入疏水型纳米二氧化硅至溶液中，高速搅拌，获得复合材料；
(4)按表1所示将疏水聚磷酸铵粉末与复合材料混合均匀，得到降温型超细干粉灭火剂。其中，表1～6中的反应参数如表2所示。
表2实施例1～6中制备降温型超细干粉灭火剂的反应参数
实施例7～12
实施例7～12分别提供一种灭火设备，其具体的制造方法如下：
将实施例1～6制备的灭火剂降温型超细干粉灭火剂分别装填至通用手提式灭火钢瓶中，充填1.2MPa的氮气后密封钢瓶，得到灭火设备，其中，实施例7～12的灭火设备对应填充的灭火剂降温型超细干粉灭火剂如表3所示。
表3实施例7～12灭火设备对应的灭火剂降温型超细干粉灭火剂
| 灭火设备 | 灭火剂降温型超细干粉灭火剂 |
| 实施例7 | 实施例1 |
| 实施例8 | 实施例2 |
| 实施例9 | 实施例3 |
| 实施例10 | 实施例4 |
| 实施例11 | 实施例5 |
| 实施例12 | 实施例6 |
应用实施例
开展热板实验，将实施例7～12与ABC降温型超细干粉灭火剂的降温性能进行对比，热板温度恒定在200℃，关闭热板电源，喷射降温型超细干粉灭火剂，降温型超细干粉灭火剂喷射压力均为1.2MPa、喷射时间均为20s，其温度如表4所示，其中，实施例7的降温曲线如图2所示，且实施例1产品图如图3所示。由图2～3可知，本实施例得到的白色粉末产品降温效果明显优于普通超细干粉灭火剂。
表4实施例7～12热板温度降温实验结果
| 温度(℃) | |
| 实施例7 | 41 |
| 实施例8 | 50 |
| 实施例9 | 45 |
| 实施例10 | 67 |
| 实施例11 | 62 |
| 实施例12 | 73 |
| ABC超细干粉灭火剂(江西进贤有限公司产) | 165 |
从表4可以看出，相较于市售的普通ABC降温型超细干粉灭火剂，本发明的降温型超细干粉灭火剂降温效果明显较优；与此同时，发明人研究团队发现，采用结冷胶作为粘结剂与水复合生成凝胶态水，其降温效果明显进一步提升。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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，均应包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种灭火剂，其特征在于，所述灭火剂的原料包括以下重量份数的原料：
疏水型聚磷酸铵粉末：70份～90份及复合材料：10份～30份，且所述灭火剂由分散于所述疏水型聚磷酸铵粉末中的多个复合材料颗粒共同构成；
各所述复合材料颗粒包括内核层及包覆层，所述包覆层覆盖所述内核层的至少一部分表面，其中，所述包覆层包括疏水型二氧化硅，所述内核层包括水。
2.如权利要求1所述的灭火剂，其特征在于，所述水为凝胶态。
3.如权利要求1所述的灭火剂，其特征在于，所述聚磷酸铵粉末由多颗微米级的聚磷酸铵颗粒共同组成；和/或，
所述复合材料颗粒的粒径为微米级，且所述包覆层由多颗纳米级的疏水型二氧化硅共同构成。
4.一种如权利要求1～3任一项所述的灭火剂的制备方法，其特征在于，所述灭火剂的制备方法包括：
将所述疏水型二氧化硅、水和粘结剂混合后，组装成所述复合材料颗粒；
将多颗所述复合材料颗粒与所述疏水型聚磷酸铵粉末混合，使多颗所述复合材料颗粒均匀分散于所述疏水型聚磷酸铵粉中形成所述复合材料，得到所述灭火剂。
5.如权利要求4所述的灭火剂的制备方法，其特征在于，所述将所述疏水型二氧化硅、水和粘结剂混合后，组装成所述复合材料颗粒的步骤包括：
将水与粘结剂混合，分散后，形成分散体系；
将所述分散体系与纳米级的所述疏水型二氧化硅混合，得到微米级的所述复合材料颗粒。
6.如权利要求5所述的灭火剂的制备方法，其特征在于，所述粘结剂包括结冷胶、明胶、卡拉胶、阿拉伯胶、海藻酸钠、壳聚糖、果胶、β-环状糊精和聚乙烯醇中的至少一种；和/或，
所述复合材料中，所述粘结剂的含量为0.1～0.3wt％，所述疏水型二氧化硅的含量为5～13wt％，其余为水；和/或，
所述分散体系为凝胶态水；
所述水与粘结剂混合的温度为80℃～100℃。
7.如权利要求6所述的灭火剂的制备方法，其特征在于，所述将多颗所述复合材料颗粒与所述疏水型聚磷酸铵粉末混合，使多颗所述复合材料颗粒均匀分散于所述疏水型聚磷酸铵粉中形成所述复合材料，得到所述灭火剂的步骤之前，还包括：
将聚磷酸铵粉末与疏水改性剂混合，进行聚合固化反应，得到所述疏水型聚磷酸铵粉末。
8.如权利要求7所述的灭火剂的制备方法，其特征在于，所述将聚磷酸铵粉末与疏水改性剂混合，进行聚合固化反应，得到所述疏水型聚磷酸铵粉末的步骤中，所述疏水改性剂为甲基含氢硅油；和/或，
所述将聚磷酸铵粉末与疏水改性剂混合包括：将所述疏水改性剂雾化后喷洒于所述聚磷酸铵粉末的表面；和/或，
所述聚磷酸铵粉末中，90％聚磷酸铵的粒径为微米级，且不大于10微米；和/或，
所述聚磷酸铵粉末中，聚磷酸铵的晶型为II型；和/或，
所述聚磷酸铵粉末中，聚磷酸铵的聚合度大于1500。
9.如权利要求7所述的灭火剂的制备方法，其特征在于，所述聚合固化的温度为80℃～100℃；和/或，
所述聚合固化的时间为1.5h～2.5h。
10.一种灭火设备，其特征在于，所述灭火设备包括：
容器，所述容器中，填充有包括惰性气体及如权利要求1～3任一项所述的灭火剂；其中，所述惰性气体在所述容器中的压强大于大气压。
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