CN114984504B - 一种配电柜用气溶胶灭火剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种配电柜用气溶胶灭火剂及其制备方法，涉及灭火材料的领域。配电柜用气溶胶灭火剂包括以下重量份的原材料：硝酸铵10~15份，硝酸锶15~25份，硝酸钾5~10份，淀粉10~18份，环氧树脂5~15份，氧化镍1~5份，碳酸镁1~3份，硅酸酯3~8份，甲基丙烯酸甲酯0.1~1份。本申请将硝酸铵和硝酸锶作为主氧化剂，缩减硝酸钾的含量，可以有效降低硝酸钾的反应后产生的灭火产物吸湿对配电柜设备造成的影响；同时，选用产气量更高的硝酸铵，可以进一步提升气溶胶灭火剂的灭火效能，并且通过调节剂改善硝酸铵的吸湿特性。

Description

一种配电柜用气溶胶灭火剂及其制备方法

技术领域

本申请涉及灭火剂的领域，尤其是涉及一种配电柜用气溶胶灭火剂及其制备方法。

背景技术

气溶胶灭火剂是把产气气溶胶和灭火粒子发生剂相结合，利用气溶胶药剂产生灭火气体的热力和动力使灭火粒子发生剂分解释放出高效灭火粒子，在便携性、安全性和灭火能力上比传统灭火器更胜一筹。目前，气溶胶灭火剂主要有冷气溶胶灭火剂和热气溶胶灭火剂，其中热气溶胶灭火剂是目前商业化产品的主流和研究热点。

热气溶胶灭火剂是由氧化剂、还原剂、粘合剂，燃速调节剂等物质混合而成的固体烟火药，在启动电流或热的引发下，经过药剂自身的氧化还原燃烧反应后而生成灭火的气溶胶。热气溶胶灭火剂不是直接的灭火剂，当火灾发生时，灭火装置中的气溶胶灭火剂被引燃，进行快速的燃烧反应，燃烧产生的气固物质被冷却后喷出灭火装置，起到灭火作用。热气溶胶灭火剂是以化学机理灭火为主，物理机理灭火为辅，通过燃烧产生的气溶胶微粒来达到灭火的效果。热气溶胶药剂燃烧产生的灭火颗粒主要在1um左右，这种细小的粒子有很大的表面积，可以通过无规则的布朗运动迅速弥漫整个空间以全淹没的方式进行灭火，所以灭火效率很高。

现有的热气溶胶灭火剂的多以硝酸钾作为主要的氧化剂，其灭火效能高，但是灭火产物中氧化钾具有很高的吸湿性，极易吸收空气中的水分发生潮解，应用在配电柜中时，会在一定程度上腐蚀灭火区域的设备，严重时甚至会导致设备报废，造成比较大的经济损失；另外，现有的以硝酸钾为主要氧化剂的气溶胶还存在燃烧温度过高的问题，在灭火时易引起二次燃烧，对灭火效能产生很大影响。

发明内容

针对上述技术中的相关问题，本申请提供一种配电柜用气溶胶灭火剂及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种配电柜用气溶胶灭火剂，采用如下的技术方案：

一种配电柜用气溶胶灭火剂，包括以下重量份的原材料：硝酸铵10～15份，硝酸锶15～25份，硝酸钾5～10份，淀粉10～18份，环氧树脂5～15份，氧化镍1～5份，碳酸镁1～3份，硅酸酯3～8份，甲基丙烯酸甲酯0.1～1份。

通过采用上述技术方案，以硝酸铵和硝酸锶的混合物作为主氧化剂，硝酸钾作为副氧化剂，淀粉作为可燃剂即还原剂，环氧树脂作为粘合剂，氧化镍和碳酸镁做调节剂。硝酸铵产气量大，在发生氧化还原燃烧反应后会产生大量的气体，将产生的灭火颗粒快速送达发生火灾物体的表面，起到快速灭火的作用。由于硝酸铵的相对吸湿性能较高，容易吸湿结块而影响硝酸铵的使用，而甲基丙烯酸甲酯和氧化镍的加入可以有效抑制硝酸铵的吸湿性能，采用甲基丙烯酸甲酯将硝酸铵包覆后，在硝酸铵的表面形成一层憎水膜，可以有效降低硝酸铵的吸湿特性；氧化镍的加入可以进一步提升憎水膜的拒水性能，使得硝酸铵的吸湿特性进一步减弱。使用淀粉作为可燃剂，其来源广泛并且比较经济，同时，由于甲基丙烯酸甲酯和氧化镍的加入可以有效阻止淀粉发生霉变，延长淀粉加入后的保存时间。硅酸酯是硅的含氧酸形成的脂类物质，其在受热分解后会生成二氧化碳、二氧化硅等物质，可以起到良好的灭火效果；同时硅酸酯作为酯类化合物，具有明显的疏水性，与硝酸铵混合后可以减少外界水分与硝酸铵的基础，降低硝酸铵吸湿的可能。

本申请中，将硝酸铵和硝酸锶作为主氧化剂，缩减硝酸钾的含量，可以有效降低硝酸钾的反应后产生的灭火产物吸湿对配电柜设备造成的影响；同时，选用产气量更高的硝酸铵，可以进一步提升气溶胶灭火剂的灭火效能，并且通过调节剂改善硝酸铵的吸湿特性，获得具有较高灭火效能和稳定性的气溶胶灭火剂。

可选的，以重量份计，还包括镁粉1～10份。

进一步优选，镁粉、淀粉以及硝酸铵的质量比为1：(4～6.5)：(3～5)。

通过采用上述技术方案，镁粉是一种常见的金属可燃物，具有较低的燃烧热，并且燃烧性质稳定。镁粉燃烧后生成氧化镁，可以有效吸收氧化剂的燃烧产物中的水和酸性物质，进而降低燃烧产物对配电柜中设备的腐蚀损坏。通过加入氧化镁可以有效降低灭火剂的残留物，提升灭火过程中对配电柜中设备的保护。

可选的，所述硅酸酯为硅酸四甲酯、硅酸四乙酯和正硅酸丙酯中的至少一种。

进一步优选，所述硅酸酯为硅酸四甲酯和正硅酸丙酯的混合物，二者质量比为(2～5)：1。

通过采用上述技术方案，硅酸四甲酯在充分燃烧后会分解生成二氧化碳、二氧化硅和水等产物，二氧化硅和二氧化碳均具有了良好的灭火性能；正硅酸丙酯在燃烧是同样会生成二氧化碳和二氧化硅等物质，同时，正硅酸丙酯是一种重要的有机硅偶联剂和交联剂，对硝酸铵具有良好的改性作用，使得硝酸铵等无机物成分与环氧树脂粘合剂之间具有更好的相容性；经过正硅酸丙酯改性后的硝酸铵，其表面性能发生改变，吸湿性能会明显降低，有利于硝酸铵的稳定保存。

可选的，以重量分数计，还包括甲苯二异氰酸酯，甲苯二异氰酸酯与甲基丙烯酸甲酯的质量比为1：(1～2)。

通过采用上述技术方案，甲苯二异氰酸酯与甲基丙烯酸甲酯混合物作为调节剂对硝酸铵进行改性，甲基丙烯酸甲酯和甲苯二异氰酸酯混合后对硝酸铵进行包覆后，可以在硝酸铵的外表层形成一层稳定的憎水膜，有效降低硝酸铵的吸湿性，使得硝酸铵可以长时间稳定储存，不宜结块，保持松散的形态。

第二方面，本申请提供一种配电柜用气溶胶灭火剂的制备方法，采用如下的技术方案：

一种配电柜用气溶胶灭火剂的制备方法，包括以下步骤：

S1.取硝酸铵，加热至80～120℃进行干燥，然后与氧化镍混合均匀；

S2.将甲基丙烯酸甲酯加热至60～80℃，加入混合均匀的硝酸铵和氧化镍，持续搅拌至混合均匀；

S3.冷却至室温，加入硝酸锶和硝酸钾混合均匀，然后依次加入碳酸镁和硅酸酯并混合均匀；

S4.在搅拌下缓慢加入淀粉，混合均匀后，加入环氧树脂继续搅拌混合均匀，得到配电柜用气溶胶灭火剂。

可选的，步骤S2中，加入硝酸铵和氧化镍混合均匀后，在60～80℃环境下保温2～5h。

通过采用上述技术方案，将硝酸铵干燥后与氧化镍混合，然后再使用甲基丙烯酸甲酯进行包覆，通过甲基丙烯酸甲酯将两者的混合物进行改性处理，在硝酸铵表面形成稳定的憎水介质，降低硝酸铵的吸湿性。硝酸铵在进行改性处理之前需要先干燥以除去其吸收的水分。实用甲基丙烯酸甲酯对硝酸铵进行改性时，将甲基丙烯酸甲酯加热，可以使得其与硝酸铵之间反应的活性更高，包覆改性效果更好。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.本申请技术方案提供的配电柜用气溶胶灭火剂，将硝酸铵和硝酸锶作为主氧化剂，缩减硝酸钾的含量，可以有效降低硝酸钾的反应后产生的灭火产物吸湿对配电柜设备造成的影响；同时，选用产气量更高的硝酸铵，可以进一步提升气溶胶灭火剂的灭火效能，并且通过调节剂改善硝酸铵的吸湿特性，获得具有良好灭火效能和稳定性的气溶胶灭火剂。

2.本申请技术方案中选择的硅酸酯为硅酸四甲酯和正硅酸丙酯的混合物，硅酸四甲酯在充分燃烧后会分解生成二氧化碳、二氧化硅和水等产物，二氧化硅和二氧化碳均具有了良好的灭火性能；正硅酸丙酯在燃烧是同样会生成二氧化碳和二氧化硅等物质，同时，正硅酸丙酯是一种重要的有机硅偶联剂和交联剂，对硝酸铵具有良好的改性作用，使得硝酸铵等无机物成分与环氧树脂粘合剂之间具有更好的相容性；经过正硅酸丙酯改性后的硝酸铵，其表面性能发生改变，吸湿性能会明显降低，有利于硝酸铵的稳定保存。

3.本申请技术方案中进一步添加镁粉，镁粉是一种常见的金属可燃物，具有较低的燃烧热，并且燃烧性质稳定。镁粉燃烧后生成氧化镁，可以有效吸收氧化剂的燃烧产物中的水和酸性物质，进而降低燃烧产物对配电柜中设备的腐蚀损坏。通过加入氧化镁可以有效降低灭火剂的残留物，提升灭火过程中对配电柜中设备的保护。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本申请作进一步详细说明。需要说明的是，以下实施例中未注明具体者，均按照常规条件或制造商建议的条件进行；以下实施例中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售。

实施例

实施例1-5

提供一种配电柜用气溶胶灭火剂，参照表1的配比，通过以下方法制得：

S1.按配比取硝酸铵置于烘箱，设置温度为100℃，干燥1h，然后取出，与氧化镍搅拌混合均匀；

S2.甲基丙烯酸甲酯加入搅拌桶中，先加热至80℃，然后启动搅拌，向搅拌桶中缓慢加入硝酸铵和氧化镍的混合物，添加结束后持续搅拌直至完全混合均匀；

S3.停止加热，将搅拌桶中的混合物冷却至室温，然后依次加入硝酸锶和硝酸钾，搅拌混合均匀后，继续依次加入碳酸镁和硅酸四甲酯，搅拌混合均匀；

S4.在常温搅拌下，缓慢加入淀粉，搅拌至淀粉完全混合均匀后加入环氧树脂，继续搅拌直至完全混合均匀，得到配电柜用气溶胶灭火剂。

表1：实施例1～5原材料配比(单位：㎏)

实施例6

一种配电柜用气溶胶灭火剂，与实施例1的区别在于：选用淀粉和镁粉的混合物代替淀粉，镁粉和淀粉的质量比为1:1，其余均与实施例1保持一致。

实施例7

一种配电柜用气溶胶灭火剂，与实施例6的区别在于，镁粉和淀粉的质量比为1:4，其余均与实施例6保持一致。

实施例8

一种配电柜用气溶胶灭火剂，与实施例1的区别在于，选用硅酸四甲酯和正硅酸丙酯的混合物代替硅酸四甲酯，二者质量比为1:1，其余均与实施例1保持一致。

实施例9

一种配电柜用气溶胶灭火剂，与实施例8的区别在于，选用硅酸四甲酯和正硅酸丙酯的混合物代替硅酸四甲酯，硅酸四甲酯和正硅酸丙酯的质量比为3:1，其余均与实施例1保持一致。

实施例10

一种配电柜用气溶胶灭火剂，与实施例1的区别在于，选用甲苯二异氰酸酯和甲基丙烯酸甲酯的混合物代替甲基丙烯酸甲酯，二者的质量比为1:1，其余均与实施例1保持一致。

实施例11

提供一种配电柜用气溶胶灭火剂，与实施例1的区别在于，步骤S2包括：甲基丙烯酸甲酯加入搅拌桶中，先加热至70℃，然后启动搅拌，向搅拌桶中缓慢加入硝酸铵和氧化镍的混合物，添加结束后持续搅拌直至完全混合均匀，然后在70℃下保温3h。

对比例

对比例1

本对比例与实施例1的区别在于：硝酸铵的添加量为0，其余均与实施例1保持一致。

对比例2

本对比例与实施例1的区别在于：硅酸酯的添加量为0，其余均与实施例1保持一致。

对比例3

本对比例与实施例1的区别在于：甲基丙烯酸甲酯的添加量为0，其余均与实施例1保持一致。

性能检测试验

对实施例1-11及对比例1-3中制得的灭火剂样品进行灭火性能检测；

将实施例1-11及对比例1-3中气溶胶灭火剂反应后的产物沉积于铜片上，放入相对湿度为70％的密闭环境中24小时，观察气溶胶沉积物对铜片表面的腐蚀状况，最后去除表面锈蚀物，计算铜片的腐蚀失重率。

性能检测结果见下表2。

表2：实施例1-11及对比例1-3性能检测结果

通过表2中的数据可以看出，本申请技术方案提供的以硝酸铵和硝酸锶为主氧化剂的配电柜用气溶胶灭火剂具有较高的灭火效，并且沉积物的腐蚀性很低，可以很好地应用于配电柜等场所灭火。结合实施例1、实施例2和对比例1可以看出，硝酸钾在氧化剂中的占比越高时，燃烧后沉积物的腐蚀性也会有明显增加，通过硝酸铵代替部分硝酸钾做氧化剂，不仅可以有效地降低灭火剂沉积物的腐蚀性，还可以提升灭火剂的灭火效能。

结合表2中的数据，实施例6和实施例7相较于实施例1，以淀粉和镁粉混合物作为还原剂/燃烧剂可以进一步提升灭火剂的灭火效能，同时，镁粉的加入还可以抑制灭火剂沉积物的腐蚀性，对配电柜中的设备起到进一步的保护作用。

结合表2中的数据，实施例8和实施例9通过硅酸四甲酯和正硅酸丙酯的混合物代替硅酸四甲酯，其燃烧产生二氧化碳和二氧化硅等灭火物质，可以进一步提升灭火性能，同时，正硅酸丙酯是一种重要的有机硅偶联剂和交联剂，对硝酸铵具有良好的改性作用，使得硝酸铵等无机物成分与环氧树脂粘合剂之间具有更好的相容性；经过正硅酸丙酯改性后的硝酸铵，其表面性能发生改变，吸湿性能会明显降低，有利于硝酸铵的稳定保存，使得灭火剂的灭火性能有进一步的提升。

结合表2中的数据，实施例9使用甲苯二异氰酸酯和甲基丙烯酸甲酯的混合物对硝酸铵进行改性，使得硝酸铵的稳定性进一步提升，进一步表现在灭火剂的灭火性能明显增强。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种配电柜用气溶胶灭火剂，其特征在于，包括以下重量份的原材料：硝酸铵10~15份，硝酸锶15~25份，硝酸钾5~10份，淀粉10~18份，环氧树脂5~15份，氧化镍1~5份，碳酸镁1~3份，硅酸酯3~8份，甲基丙烯酸甲酯0.1~1份，以及甲基丙烯酸甲酯的质量比为1：(1~2)的甲苯二异氰酸酯；

原料混合时，先取硝酸铵加热至80~120℃进行干燥，然后与氧化镍混合均匀；将甲基丙烯酸甲酯和间苯二异氰酸酯加热至60~80℃，加入混合均匀的硝酸铵和氧化镍，持续搅拌至混合均匀。

2.根据权利要求1所述的一种配电柜用气溶胶灭火剂，其特征在于：以重量份计，还包括镁粉1~10份。

3.根据权利要求2所述的一种配电柜用气溶胶灭火剂，其特征在于：镁粉、淀粉以及硝酸铵的质量比为1：(4~6.5)：(3~5)。

4.根据权利要求1所述的一种配电柜用气溶胶灭火剂，其特征在于：所述硅酸酯为硅酸四甲酯、硅酸四乙酯和正硅酸丙酯中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的一种配电柜用气溶胶灭火剂，其特征在于：所述硅酸酯为硅酸四甲酯和正硅酸丙酯的混合物，二者质量比为(2~5)：1。

6.权利要求1-5任一项所述的一种配电柜用气溶胶灭火剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.取硝酸铵，加热至80~120℃进行干燥，然后与氧化镍混合均匀；

S2.将甲基丙烯酸甲酯加热至60~80℃，加入混合均匀的硝酸铵和氧化镍，持续搅拌至混合均匀；

S3.冷却至室温，加入硝酸锶和硝酸钾混合均匀，然后依次加入碳酸镁和硅酸酯并混合均匀；

S4.在搅拌下缓慢加入淀粉，混合均匀后，加入环氧树脂继续搅拌混合均匀，得到配电柜用气溶胶灭火剂。

7.根据权利要求6所述的一种配电柜用气溶胶灭火剂的制备方法，其特征在于，步骤S2中，加入硝酸铵和氧化镍混合均匀后，在60~80℃环境下保温2~5h。