CN115353859A - 一种消火栓系统用防冻剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种消火栓系统用防冻剂，其特征在于：包括A组分、B组分和C组分，所述A组分包含以下重量份的原料：氯化钙10‑20份和丙二醇或二甲基亚砜的任意一种或多种40‑50份；所述B组分包含以下重量份的原料：聚苯乙烯接枝改性的氧化石墨烯30‑50份、分散剂0.5‑1份和固化剂1‑2份；所述C组分包含以下重量份的原料：石蜡25‑30份、乳化剂8‑10份、表面活性剂1‑2份和去离子水65‑70份，本发明在管道内的大部分水流走部分之后，会有足够量的防冻剂留在管道内部，实现足够优良的防冻效果，且使用后不会有残留，消火栓管道每使用一次，便会更新一次防冻剂，使用更方便。
Description
技术领域
本发明涉及消火栓管道防冻技术领域，具体为一种消火栓系统用防冻剂及其制备方法。
背景技术
消防栓，正式叫法为消火栓，一种固定式消防设施，主要作用是控制可燃物、隔绝助燃物、消除着火源。分室内消火栓和室外消火栓。消火栓主要供消防车从市政给水管网或室外消防给水管网取水实施灭火，也可以直接连接水带、水枪出水灭火。隧道内的消火栓是用于隧道内的消防供水设备，其在使用时一般与灭火剂配合使用，通过灭火剂与水混合通过消火栓管道流出使用。在低温环境下，隧道消火栓管道内的残留水会将管道冻住，导致消火栓无法正常使用，这会造成极大的安全隐患，并且现有用作水的防冻剂在随消火栓使用时被一起被冲走，就算有部分防冻剂留下，也是极小的一部分，无法起到对消火栓管道内水防冻的效果。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种消火栓系统用防冻剂及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现一种消火栓系统用防冻剂，其特征在于：包括A组分、B组分和C组分，所述A组分包含以下重量份的原料：氯化钙10-20份和丙二醇或二甲基亚砜的任意一种或多种40-50份；
所述B组分包含以下重量份的原料：聚苯乙烯接枝改性的氧化石墨烯30-50份、分散剂0.5-1份和固化剂1-2份；
所述C组分包含以下重量份的原料：石蜡25-30份、乳化剂8-10份、表面活性剂1-2份和去离子水65-70份。
作为进一步优选，防冻剂包括按重量计的以下组分：A组分10-15份、B组分5-10份和C组分30-50份。
作为进一步优选，防冻剂包括按重量计的以下组分：A组分13份、B组分8份和C组分40份。
作为进一步优选，所述A组分包含以下重量份的原料：氯化钙10-20份和丙二醇40-50份。
作为进一步优选，所述A组分包含以下重量份的原料：氯化钙15份和丙二醇45份。
作为进一步优选，所述A组分包含以下重量份的原料：氯化钙10-20份和二甲基亚砜40-50份。
作为进一步优选，所述A组分包含以下重量份的原料：氯化钙15份和二甲基亚砜45份。
作为进一步优选，所述A组分包含以下重量份的原料：氯化钙10-20份和丙二醇和二甲基亚砜40-50份，其中丙二醇与二甲基亚砜的份数比例为5：1～2。
作为进一步优选，所述A组分包含以下重量份的原料：氯化钙15份和丙二醇和二甲基亚砜45份，其中丙二醇与二甲基亚砜的份数比例为5：1～2。
作为进一步优选，所述聚苯乙烯接枝改性的氧化石墨烯按照如下的方法制备：
(1)将氧化石墨烯超声分散去离子水中，加入过量的二异氰酸酯，与氧化石墨烯表面的羟基反应，使氧化石墨烯键接异氰酸酯基团；
(2)再将键接异氰酸酯基团的氧化石墨烯与端羟基三硫代酯反应，对键接异氰酸酯基团的氧化石墨烯表面接枝，再加入聚苯乙烯，同时滴加5％的氢氧化钠溶液，边滴加边搅拌，加热进行反应，静置12-16h，过滤洗涤，60摄氏度真空干燥得到，聚苯乙烯接枝改性的氧化石墨烯。
作为进一步优选，所述B组分的制备步骤如下：
m1：将聚苯乙烯接枝改性的氧化石墨烯和分散剂一同放入去离子水中超声分散1h，然后加入固化剂混合均匀，加热固化。
m2：当步骤(1)中的混合物完全固化后，将其打碎并通过研磨机研磨，过180-250目筛，取筛下物得到B组分。
作为进一步优选，所述B组分包含以下重量份的原料：聚苯乙烯接枝改性的氧化石墨烯35-45份、分散剂0.6-0.9份和固化剂1.2-1.8份。
作为进一步优选，所述B组分包含以下重量份的原料：聚苯乙烯接枝改性的氧化石墨烯40份、分散剂0.8份和固化剂1.5份。
作为进一步优选，所述C组分的制备步骤如下：
A：将石蜡、乳化剂、表面活性剂和部分去离子水一起水浴加热，直至石蜡加热至融化，在同一水浴锅内加入剩余去离子水水浴加热。
B：将融化后的石蜡与乳化剂、表面活性剂和少量去离子水混合均匀搅拌为水、油型乳化液，再加入另一份去离子水继续搅拌，直至得到，石蜡乳液。
作为进一步优选，所述C组分包含以下重量份的原料：石蜡26-29份、乳化剂8-10份、表面活性剂1.2-1.8份和去离子水66-69份。
作为进一步优选，所述C组分包含以下重量份的原料：石蜡28份、乳化剂9份、表面活性剂1.5份和去离子水68份。
作为进一步优选，一种消火栓系统用防冻剂的制备方法，包括以下步骤
S1：量取C组分30℃水浴恒温；
S2：称取B组分与恒温好的C组分一起加入搅拌器中搅拌均匀；
S3：称取A组分混合后加入含有B组分和C组分的搅拌器中搅拌30min。
(三)有益效果
本发明提供了一种消火栓系统用防冻剂及其制备方法，具备以下有益效果：
本发明通过采用氯化钙、丙二醇和二甲基亚砜的组合，阻碍了水分子间的氢键作用，降低了水的冰点，进而在低温环境下，消火栓管道内的水不易结冰，同时通过将氯化钙、丙二醇和二甲基亚砜与氧化石墨烯粉末以及石蜡乳液混合，石墨烯具有很大的接触表面，可附着很多的防冻剂，接枝聚苯乙烯的石墨烯具有很好的分散性，使得防冻剂分布更均匀，石蜡乳液可很好的在附着在管道内壁，三者混合后，在管道内的大部分水流走部分之后，会有足够量的防冻剂留在管道内部，即残留的水中防冻剂的占比会足够多，实现足够优良的防冻效果，并且石蜡乳液可在镀锡钢管内壁附着，但是在其用水时，消火栓管道内的水压力足够将通过石蜡附着的防冻剂冲走，进而实现防冻效果，且使用后不会有残留，消火栓管道每使用一次，便会更新一次防冻剂，使用更方便。
具体实施方式
本发明公开了一种消火栓系统用防冻剂及其制备方法，以下通过具体实施例对本发明作进一步详述。
实施例1
本实施例提供一种消火栓系统用防冻剂，其特征在于：包括A组分、B组分和C组分，所述A组分包含以下重量份的原料：氯化钙15份和丙二醇45份；
所述B组分包含以下重量份的原料：聚苯乙烯接枝改性的氧化石墨烯40份、分散剂0.8份和固化剂1.5份；
所述C组分包含以下重量份的原料：石蜡28份、乳化剂9份、表面活性剂1.5份和去离子水68份。
其中，防冻剂包括按重量计的以下组分：A组分13份、B组分8份和C组分40份。
在本实施例中，所述聚苯乙烯接枝改性的氧化石墨烯按照如下的方法制备：
(1)将氧化石墨烯超声分散去离子水中，加入过量的二异氰酸酯，与氧化石墨烯表面的羟基反应，使氧化石墨烯键接异氰酸酯基团；
(2)再将键接异氰酸酯基团的氧化石墨烯与端羟基三硫代酯反应，对键接异氰酸酯基团的氧化石墨烯表面接枝，再加入聚苯乙烯，同时滴加5％的氢氧化钠溶液，边滴加边搅拌，加热进行反应，静置12-16h，过滤洗涤，60摄氏度真空干燥得到，聚苯乙烯接枝改性的氧化石墨烯。
其中，所述B组分的制备步骤如下：
(1)将聚苯乙烯接枝改性的氧化石墨烯和分散剂一同放入去离子水中超声分散1h，然后加入固化剂混合均匀，加热固化。
(2)当步骤(1)中的混合物完全固化后，将其打碎并通过研磨机研磨，过180-250目筛，取筛下物得到B组分。
作为进一步优选，所述C组分的制备步骤如下：
A：将石蜡、乳化剂、表面活性剂和部分去离子水一起水浴加热，直至石蜡加热至融化，在同一水浴锅内加入剩余去离子水水浴加热。
B：将融化后的石蜡与乳化剂、表面活性剂和少量去离子水混合均匀搅拌为水、油型乳化液，再加入另一份去离子水继续搅拌，直至得到，石蜡乳液。
该消火栓系统用防冻剂的制备方法，包括以下步骤
S1：量取C组分30℃水浴恒温；
S2：称取B组分与恒温好的C组分一起加入搅拌器中搅拌均匀；
S3：称取A组分混合后加入含有B组分和C组分的搅拌器中搅拌30min。
实施例2
本实施例提供一种消火栓系统用防冻剂，其特征在于：包括A组分、B组分和C组分，所述A组分包含以下重量份的原料：氯化钙15份和二甲基亚砜45份；
所述B组分包含以下重量份的原料：聚苯乙烯接枝改性的氧化石墨烯40份、分散剂0.8份和固化剂1.5份；
所述C组分包含以下重量份的原料：石蜡28份、乳化剂9份、表面活性剂1.5份和去离子水68份。
其中，防冻剂包括按重量计的以下组分：A组分13份、B组分8份和C组分40份。
在本实施例中，所述聚苯乙烯接枝改性的氧化石墨烯按照如下的方法制备：
(1)将氧化石墨烯超声分散去离子水中，加入过量的二异氰酸酯，与氧化石墨烯表面的羟基反应，使氧化石墨烯键接异氰酸酯基团；
(2)再将键接异氰酸酯基团的氧化石墨烯与端羟基三硫代酯反应，对键接异氰酸酯基团的氧化石墨烯表面接枝，再加入聚苯乙烯，同时滴加5％的氢氧化钠溶液，边滴加边搅拌，加热进行反应，静置12-16h，过滤洗涤，60摄氏度真空干燥得到，聚苯乙烯接枝改性的氧化石墨烯。
其中，所述B组分的制备步骤如下：
(1)将聚苯乙烯接枝改性的氧化石墨烯和分散剂一同放入去离子水中超声分散1h，然后加入固化剂混合均匀，加热固化。
(2)当步骤(1)中的混合物完全固化后，将其打碎并通过研磨机研磨，过180-250目筛，取筛下物得到B组分。
作为进一步优选，所述C组分的制备步骤如下：
A：将石蜡、乳化剂、表面活性剂和部分去离子水一起水浴加热，直至石蜡加热至融化，在同一水浴锅内加入剩余去离子水水浴加热。
B：将融化后的石蜡与乳化剂、表面活性剂和少量去离子水混合均匀搅拌为水、油型乳化液，再加入另一份去离子水继续搅拌，直至得到，石蜡乳液。
该消火栓系统用防冻剂的制备方法，包括以下步骤
S1：量取C组分30℃水浴恒温；
S2：称取B组分与恒温好的C组分一起加入搅拌器中搅拌均匀；
S3：称取A组分混合后加入含有B组分和C组分的搅拌器中搅拌30min。
实施例3
本实施例提供一种消火栓系统用防冻剂，其特征在于：包括A组分、B组分和C组分，所述A组分包含以下重量份的原料：氯化钙12份和丙二醇和二甲基亚砜45份，其中丙二醇与二甲基亚砜的份数比例为5：1～2；
所述B组分包含以下重量份的原料：聚苯乙烯接枝改性的氧化石墨烯40份、分散剂0.8份和固化剂1.5份；
所述C组分包含以下重量份的原料：石蜡28份、乳化剂9份、表面活性剂1.5份和去离子水68份。
其中，防冻剂包括按重量计的以下组分：A组分13份、B组分8份和C组分40份。
在本实施例中，所述聚苯乙烯接枝改性的氧化石墨烯按照如下的方法制备：
(1)将氧化石墨烯超声分散去离子水中，加入过量的二异氰酸酯，与氧化石墨烯表面的羟基反应，使氧化石墨烯键接异氰酸酯基团；
(2)再将键接异氰酸酯基团的氧化石墨烯与端羟基三硫代酯反应，对键接异氰酸酯基团的氧化石墨烯表面接枝，再加入聚苯乙烯，同时滴加5％的氢氧化钠溶液，边滴加边搅拌，加热进行反应，静置12-16h，过滤洗涤，60摄氏度真空干燥得到，聚苯乙烯接枝改性的氧化石墨烯。
其中，所述B组分的制备步骤如下：
(1)将聚苯乙烯接枝改性的氧化石墨烯和分散剂一同放入去离子水中超声分散1h，然后加入固化剂混合均匀，加热固化。
(2)当步骤(1)中的混合物完全固化后，将其打碎并通过研磨机研磨，过180-250目筛，取筛下物得到B组分。
作为进一步优选，所述C组分的制备步骤如下：
A：将石蜡、乳化剂、表面活性剂和部分去离子水一起水浴加热，直至石蜡加热至融化，在同一水浴锅内加入剩余去离子水水浴加热。
B：将融化后的石蜡与乳化剂、表面活性剂和少量去离子水混合均匀搅拌为水、油型乳化液，再加入另一份去离子水继续搅拌，直至得到，石蜡乳液。
该消火栓系统用防冻剂的制备方法，包括以下步骤
S1：量取C组分30℃水浴恒温；
S2：称取B组分与恒温好的C组分一起加入搅拌器中搅拌均匀；
S3：称取A组分混合后加入含有B组分和C组分的搅拌器中搅拌30min。
实施例4-8
实施例4-8的A组分用量与实施例3的A组分用量不同，具体见表1所示，其余均与实施例3相同。
表1实施例4-8中组分A的用量(质量份数)
| 氯化钙 | 丙二醇 | 二甲基亚砜 | |
| 实施例4 | 12 | 35 | 7 |
| 实施例5 | 14 | 35 | 8 |
| 实施例6 | 16 | 36 | 8 |
| 实施例7 | 18 | 37 | 9 |
| 实施例8 | 20 | 38 | 9 |
实施例9-13
实施例9-13的B组分用量与实施例3的B组分用量不同，具体见表2所示，其余均与实施例3相同。
表2实施例9-13中组分B的用量(质量份数)
| GO-g-PS | 分散剂 | 固化剂 | |
| 实施例9 | 30 | 0.8 | 1.2 |
| 实施例10 | 34 | 0.8 | 1.8 |
| 实施例11 | 38 | 0.8 | 1.8 |
| 实施例12 | 42 | 1 | 2 |
| 实施例13 | 46 | 1 | 2 |
实施例14-18
实施例4-8的C组分用量与实施例3的C组分用量不同，具体见表3所示，其余均与实施例3相同。
表3为实施例14-18中组分C的用量(质量份数)
对比例1
本实施例提供一种防冻剂具体为乙二醇。
需要说明的是，本申请在使用时是在给消火栓使用时，在向器管道供水时，与消火栓管道内的水混合。
防冻检测实验
将实施例1-18制成的防冻剂以及对比例1的防冻剂分别与水混合，且防冻剂与水的比例为1：100，再将与水混合后的防冻剂分别放入直径为20cm长1m的镀锡钢管内，其中镀锡钢管两端均安装有阀门，通过阀门将镀锡钢管内的水自然流出，此时镀锡钢管内还留有存水，将有存水的镀锡钢管并列埋在2m*4.6m*1m干燥的沙堆中，采用如下方法对防冻剂的性能进行测试，具体结果如表4所示。
降温测试：将沙堆分别降温至0℃、-5℃、-10℃和-15℃，降温至目标温度后维持30min，观察钢管内存水的结冰情况。
防冻剂残留测试：使用自来水对镀锡钢管内部冲洗10min，冲洗后在钢管内部选取1cm2的面积采集表面物质样本，检测样本中的防冻剂残留情况。
需要说明的是，在降温测试中，每组降温测试的镀锡钢管使用是单独的，埋在沙子中是为了模拟消火栓水管在混凝土下方的环境。
表4为实施例1-18以及对比例1的防冻剂性能测试结果。
其中微少结冰说明镀锡钢管内最大冰量小于0.5cm3，且结冰的总体积小于1cm3，少量结冰说明镀锡钢管内最大冰量大于0.5cm3小于1cm3或结冰的总体积大于1cm3且小于3cm3；防冻剂残留中微少残留说明镀锡钢管内防冻剂残留小于0.01mg/cm2。
通过实施例1-3与对比例1并结合表4可看出，本申请的防冻剂可在明显降低水的冰点，可以满足管道在低温下的使用。
通过实施例1-3与对比例1并结合表4可看出，对比例1的防冻剂由于与水混合后会随水一起流走，进而使其比重降低，进而很难留存在管道内，无法实现对管道的防冻效果。
通过实施例3、8、13和18与对比例1并结合表4可看出当防冻剂中的A组分和C组分量提高后，经过水冲洗之后在管道内壁还会有细微的防冻剂残留，这种微量的残留对钢管无明显的腐蚀性。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.一种消火栓系统用防冻剂，其特征在于：包括A组分、B组分和C组分，所述A组分包含以下重量份的原料：氯化钙10-20份和丙二醇或二甲基亚砜的任意一种或多种40-50份；
所述B组分包含以下重量份的原料：聚苯乙烯接枝改性的氧化石墨烯30-50份、分散剂0.5-1份和固化剂1-2份；
所述C组分包含以下重量份的原料：石蜡25-30份、乳化剂8-10份、表面活性剂1-2份和去离子水65-70份。
2.根据权利要求1所述的一种消火栓系统用防冻剂，其特征在于：防冻剂包括按重量计的以下组分：A组分10-15份、B组分5-10份和C组分30-50份。
3.根据权利要求1所述的一种消火栓系统用防冻剂，其特征在于：所述A组分包含以下重量份的原料：氯化钙10-20份和丙二醇40-50份。
4.根据权利要求1所述的一种消火栓系统用防冻剂，其特征在于：所述A组分包含以下重量份的原料：氯化钙10-20份和二甲基亚砜40-50份。
5.根据权利要求1所述的一种消火栓系统用防冻剂，其特征在于：所述A组分包含以下重量份的原料：氯化钙10-20份和丙二醇和二甲基亚砜40-50份，其中丙二醇与二甲基亚砜的份数比例为4：1。
6.根据权利要求1所述的一种消火栓系统用防冻剂，其特征在于：所述聚苯乙烯接枝改性的氧化石墨烯按照如下的方法制备：
(1)将氧化石墨烯超声分散去离子水中，加入过量的二异氰酸酯，与氧化石墨烯表面的羟基反应，使氧化石墨烯键接异氰酸酯基团；
(2)再将键接异氰酸酯基团的氧化石墨烯与端羟基三硫代酯反应，对键接异氰酸酯基团的氧化石墨烯表面接枝，再加入聚苯乙烯，同时滴加5％的氢氧化钠溶液，边滴加边搅拌，加热进行反应，静置12-16h，过滤洗涤，60摄氏度真空干燥得到，聚苯乙烯接枝改性的氧化石墨烯。
7.根据权利要求1所述的一种消火栓系统用防冻剂及其制备方法，其特征在于：所述B组分的制备步骤如下：
m1：将聚苯乙烯接枝改性的氧化石墨烯和分散剂一同放入去离子水中超声分散1h，然后加入固化剂混合均匀，加热固化。
m2：当步骤(1)中的混合物完全固化后，将其打碎并通过研磨机研磨，过180-250目筛，取筛下物得到B组分。
8.根据权利要求1所述的一种消火栓系统用防冻剂及其制备方法，其特征在于：所述C组分的制备步骤如下：
A：将石蜡、乳化剂、表面活性剂和部分去离子水一起水浴加热，直至石蜡加热至融化，在同一水浴锅内加入剩余去离子水水浴加热。
B：将融化后的石蜡与乳化剂、表面活性剂和少量去离子水混合均匀搅拌为水、油型乳化液，再加入另一份去离子水继续搅拌，直至得到，石蜡乳液。
9.根据权利要求1-5任一项所述的一种消火栓系统用防冻剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤
S1：量取C组分30℃水浴恒温；
S2：称取B组分与恒温好的C组分一起加入搅拌器中搅拌均匀；
S3：称取A组分混合后加入含有B组分和C组分的搅拌器中搅拌30min。
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