CN116285902A - 低增湿长效稳定的新型多元醇弥雾剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低增湿长效稳定的新型多元醇弥雾剂及其制备方法，所述的弥雾剂其组分及质量百分含量为：吸湿剂25～30wt％，雾滴粒径控制剂3～5wt％，雾滴蒸发抑制剂2～5wt％，水60～70wt％。所述的新型多元醇弥雾剂具有安全、无毒、环保、高效、稳定等特点。所述低增湿长效稳定的新型多元醇弥雾剂在热力型弥雾机高温雾化所产生的弥雾稳定性好、消耗量低、对环境湿度要求低(RH≤30％能有效成雾)、增湿现象不明显(造雾后△RH≤10％，对高精电子设备基本无影响)且雾滴粒径在0.01‑20μm，成雾光谱属性与自然云雾类似，不易被探测识别，对可见光、激光、红外具有良好的遮蔽性能。

Description

低增湿长效稳定的新型多元醇弥雾剂及其制备方法

技术领域

本发明属于精细化工领域，涉及弥雾剂，尤其是低增湿长效稳定的新型多元醇弥雾剂。

背景技术

烟幕是由烟和雾组成的气溶胶体系，其中烟是固体微粒，雾是液体微粒。目前，国内外烟幕类型主要包括爆炸型烟幕、反应型烟幕、燃烧型烟幕和喷洒型烟幕。随着环保问题的重视，发烟材料的安全性和环保性备受关注。传统爆炸型烟幕、反应型烟幕、燃烧型烟幕等所使用的发烟剂(如磷类、六氯乙烷、六氯代苯、金属粉等)存在环境污染，对人和高精装备影响大，且遮蔽时间短、遮蔽性能不符合当前需求等一系列问题。

自然雾较常规烟幕具有极高的生态安全性以及自然的光谱属性，对可见光、红外光、微波均具有干扰性能，自20世纪40年代人们通过分析自然雾的遮蔽干扰性能原理，开始研制可以达到具有和自然雾相同甚至更好的遮蔽干扰效果的人工水雾，为己方军事装备保驾护航。但人工水雾存在稳定性差、耗水量大，对环境湿度要求高(RH≤60％不能有效成雾)，增湿现象显著(造雾后相对湿度可达到90％，对高精电子设备干扰影响大)且持续时间短，遮蔽效果不理想等一系列问题。

因此，研制一种稳定性好、消耗量低、对环境湿度要求低(RH≤30％能有效成雾)、增湿效果不明显(造雾后△RH≤10％，对高精电子设备基本无影响)，成雾光谱属性与自然云雾类似，对可见光、激光、红外具有良好的遮蔽性能的弥雾剂至关重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种成雾后完全模拟自然雾的低增湿长效稳定的新型多元醇弥雾剂，该弥雾剂具有安全、无毒、环保、高效、稳定等特点。在热力型弥雾机的加热和气流作用下，能瞬间产生大量对人体无毒无害、对环境无污染的浓厚弥雾，并且消耗量低、稳定性好、可在低湿度环境下(RH≤30％)成雾，增湿现象不明显(对高精电子设备基本无影响)，且持续时间长、遮蔽效果好等特点，降低暴露风险，可实现对重要军事目标的突击性转移或坚守提供隐蔽性防护。

实现本发明目的的技术方案为：

低增湿长效稳定的新型多元醇弥雾剂，其组分及质量百分含量为：

所述的吸湿剂为饱和蒸汽压低且含有大量羟基具有吸湿性的多元醇，

所述的雾滴粒径控制剂为能够显著降低物质表面能的表面活性剂，

所述的雾滴蒸发抑制剂为可在水面自发地铺展形成不溶性分子膜的短链、长链复合搭配的脂肪醇。

所述的水为海水、湖水、自来水中的一种。

所述的吸湿剂为饱和蒸汽压小于同温度下水的饱和蒸汽压，局部蒸汽过饱和度远大于水，能够优先冷凝成核的多元醇，包括1,2-丙二醇、丙三醇、异丙醇、聚乙二醇-200、聚乙二醇-300、聚乙二醇-400、聚乙二醇-600、聚乙二醇-800、一缩二乙二醇、二缩三乙二醇、三缩四乙二醇、四缩五乙二醇中的一种或两种以上的混合物。

更优选的，所述的吸湿剂为1,2-丙二醇，丙三醇、聚乙二醇-200、聚乙二醇-400、聚乙二醇-800按照5～10:60～80:5～10:5～10:5～10的质量比复配而成。

所述的雾滴粒径控制剂为非离子表面活性剂与阴离子表面活性剂中的一种或两种的组合，可以有效降低表面张力至20～40mN/m(20℃)。

优选的，所述的非离子表面活性剂包含聚氧乙烯型非离子表面活性剂和多元醇型非离子表面活性剂的一种或二种的组合。聚氧乙烯型非离子表面活性剂为：高级脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)、烷基酚聚氧乙烯醚(APEO)、脂肪胺聚氧乙烯醚(AN)、脂肪酸聚氧乙烯醚(AE)。多元醇型非离子表面活性剂为：失水山梨醇酯(Span)、蔗糖酯(SE)、烷基糖苷(APG)。阴离子表面活性剂为硫酸盐。

更优选的，所述的雾滴粒径控制剂为AEO-7、AEO-9、TX-100、Span-20、十二烷基硫酸钠(SDS)按照5～10:10～15:40～65:15～25:5～10的质量比复配而成。

所述的雾滴蒸发抑制剂熔点＜60℃，雾滴蒸发抑制率在100min时间内维持在60％以上。

优选的，所述的雾滴蒸发抑制剂为正丙醇、正丁醇、壬醇、十六醇、十八醇中的一种或两种以上的混合物。

更优选的，所述的雾滴蒸发抑制剂为正丙醇、正丁醇、十六醇、十八醇按照40～70:10～20:10～20:10～20的质量比复配而成。

低增湿长效稳定的新型多元醇弥雾剂制备方法，步骤如下：

步骤一、按质量百分比称取水和吸湿剂于容器中，搅拌溶解配制第一溶液；

步骤二、按质量百分比称取雾滴粒径控制剂加入第一溶液中，搅拌配制第二溶液；

步骤三、按质量百分比称取雾滴蒸发抑制剂加入第二溶液中，混合均匀，得到低增湿长效稳定的新型多元醇弥雾剂。

本发明的优点和积极效果是：

1、本弥雾剂含饱和蒸汽压低于或远低于水的吸湿剂，可自身优先冷凝成核，降低成雾能垒，加速弥雾形成。其次，吸湿剂均为多羟基化合物，其丰富的羟基能和水形成氢键，快速吸收空气中的水分，进一步加速多元醇弥雾的形成。

3、本弥雾剂引入雾滴粒径控制剂，其可以有效降低弥雾剂中的表面张力，有利于分散成细小的液滴。经过热力型弥雾机加热气化喷出后，雾滴粒径范围在0.01-20μm，降低了雾滴碰并降落的概率。

4、本弥雾剂引入雾滴蒸发抑制剂，经过热力型弥雾机加热气化喷出后，将雾滴包裹其中，从而改变雾滴直接于空气接触的状态，减缓了雾滴的蒸发、增加了弥雾的稳定性，持续时间大大延长。

5、本弥雾剂中的吸湿剂可以做助表面活性剂，助表面活性剂可以改变雾滴粒径控制剂的表面活性和亲水亲脂平衡。在油水界面，由于两者的混合吸附作用，界面张力降低使得雾滴尺寸减小，由于雾滴尺寸减小，使雾滴在空中存留时间变成，从而进一步提升弥雾的稳定性。

6、本弥雾剂在吸湿剂、雾滴粒径控制剂、雾滴蒸发抑制剂的共同作用下，经过热力型弥雾机加热气化后喷出，所成雾的光谱属性与自然云雾完全一样，现有探测手段无法鉴别，不存在暴露我方目标问题，适用于重要军事目标的突击性转移或坚守提供隐蔽性防护。

7、本弥雾剂在吸湿剂、雾滴粒径控制剂、雾滴蒸发抑制剂的共同作用下，经过热力型弥雾机加热气化后喷出，消耗量低、可在低环境湿度下(RH≤30％)成雾、增湿效果不明显(造雾后△RH≤10％，对高精电子设备基本无影响)，且持续时间长、遮蔽效果好等特点。

附图说明

附图1为在初始相对湿度30％的条件下，本发明实施例1、2、3弥雾剂所成弥雾和对比例1-8弥雾剂所成弥雾的持续时间和对可见光的遮蔽情况；

附图2为在初始相对湿度30％的条件下，本发明实施例1、2、3弥雾剂所成弥雾和对比例1-8弥雾剂所成雾成弥雾前后相对湿度的变化情况。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。

实施例1

在常温和常压下，按以下表1中指定的各组分进行弥雾剂配制，包括步骤如下：

步骤一、按质量百分比称取65wt％水、30wt％吸湿剂于容器中，搅拌溶解配制第一溶液，其中吸湿剂为1,2-丙二醇、丙三醇、聚乙二醇-200、聚乙二醇-400、聚乙二醇-800按照5:80:5:5:5的质量比复配而成；

步骤二、按质量百分比称取3wt％雾滴粒径控制剂于第一溶液中，搅拌配制第二溶液，其中雾滴粒径控制剂为AEO-7、AEO-9、TX-100、Span-20、SDS按5:15:55:15:10的质量比复配而成；

步骤三、按质量百分比称取2wt％雾滴蒸发抑制剂于第二溶液中，混合均匀，得到新型多元醇弥雾剂。其中雾滴蒸发抑制剂为正丙醇、正丁醇、十六醇、十八醇按照50:15:15:20的质量比复配而成。

将以上配制的15g多元醇弥雾剂用热力型弥雾机进行造雾，测试在初始湿度为30％的条件下，成雾初始时刻、成雾后100min、成雾后200min对可见光的遮蔽性能，记录相对湿度变化情况，在表1中列出了测试结果。

实施例2

按以下表1中指定的各组分含量重复实施例1的方法，在表1中列出了测试结果。

实施例3

按以下表1中指定的各组分含量重复实施例1的方法，在表1中列出了测试结果。

对比例1

在常温和常压下将200g纯水用热力型弥雾机进行造雾，测试在成雾初始时刻、成雾后100min、成雾后200min对可见光的遮蔽性能，记录相对湿度变化情况，在表1中列出了测试结果。

对比例2

与实施例2的区别在于，仅使用5wt％吸湿剂，按质量百分比称取95wt％水、5wt％吸湿剂于容器中，搅拌溶解制成弥雾剂，在表1中列出了测试结果。

对比例3

与实施例2的区别在于，吸湿剂用量为5wt％，水的用量为88wt％，在表1中列出了测试结果。

对比例4

与实施例2的区别在于，将1.2-丙二醇全部替换为丙三醇，在表1中列出了测试结果。

对比例5

与实施例2的区别在于，将SDS全部替换为Span-20，在表1中列出了测试结果。

对比例6

与实施例2的区别在于，雾滴蒸发抑制剂仅使用正丙醇，在表1中列出了测试结果。

对比例7

与实施例2的区别在于，吸湿剂仅使用丙三醇，在表1中列出了测试结果。

对比例8

与实施例2的区别在于，雾滴粒径控制剂仅使用TX-100，在表1中列出了测试结果。

下表1中各实施例和对比例，初始湿度为30％的条件下弥雾剂成雾初始时刻、成雾后100min遮蔽率、成雾后200min遮蔽率以及造雾前后相对湿度变化的数据说明，综合性能上本发明低增湿长效稳定的新型多元醇弥雾剂优于对比例的弥雾剂。遮蔽率的计算公式为

式中η表示遮蔽率，I_t表示入射光强度；I₀表示透射光强度，遮蔽率数值越大，表明多元醇弥雾光学遮蔽性能优异，遮蔽率数值越小表明多元醇弥雾光学遮蔽性能不佳。在初始相对湿度相同的条件下(RH≤30％)，成雾后相对湿度变化数值越大，即成雾后的最大相对湿度数值越大，表明成雾对环境的影响越大，进一步表明对同一环境下其他高灵敏设备的危害大；数值越小，表明成雾后对环境的影响越小，进一步表明同一环境下其他高灵敏设备的危害小。

表1

针对本发明低增湿长效稳定的新型多元醇弥雾剂，提供图1和图2显示该弥雾剂的遮蔽效果：

附图1为本发明在造雾前环境湿度为30％条件下实施例1、2、3低增湿长效稳定的新型多元醇弥雾剂所成弥雾和对比例1-8弥雾剂所成弥雾的持续时间和对可见光的遮蔽情况。具体实验条件为：将实施例1、2、3弥雾剂和对比例1-8弥雾剂分别通过热力型弥雾机进行造雾，记录光照强度并计算遮蔽率，得到遮蔽率随时间的变化曲线。

由附图1可以看出，实施例1、2、3弥雾剂在成雾初始时刻对可见光的遮蔽率分别为99％、96％、97％，随时间增加对可见光的遮蔽率降低，实施例1在成雾后200min时对可见光的遮蔽率仍能达到61％。对比例1-8弥雾剂在成雾初始时刻对可见光的遮蔽率分别为43％、92％、94％、94％、93％、93％、95％、94％，对比例1对可见光几乎无遮蔽作用。在200min后，实施例1、2、3的弥雾剂成雾后遮蔽率依旧可以维持在60％左右，而对比例1在200min后遮蔽率不到25％，对比例2-8在200min后的遮蔽率不超过50％。由此说明低增湿长效稳定的新型多元醇弥雾剂可在初始相对湿度为30％的条件下成雾，且成雾效果好，性价比高，所成雾对可见光遮蔽性能好，稳定时间长。

附图2为本发明实施例1、2、3弥雾剂所成弥雾和对比例1-8弥雾剂所成弥雾造雾前后相对湿度的变化情况。具体实验条件为：将实施例1、2、3弥雾剂和对比例1-8弥雾剂分别通过热力型弥雾机进行造雾，记录造雾前后相对湿度变化情况。

由附图2可以看出，实施例1、2、3弥雾剂所成弥雾相对湿度由初始30％分别增长为34.0％、34.4、34.2，相对湿度变化(△RH)为4.0％、4.4％、4.2％，极大减轻了对设备的危害。而对比例1-8弥雾剂成雾后相对湿度由初始湿度30％分别增长至95.8％、54.1％、52.8％、35.4％、35.7％、35.1％、34.8％、35％，相对湿度变化(△RH)为65.8、24.1、22.8、5.4、5.7、5.1、4.8、5.0。由此说明，低增湿长效稳定的新型多元醇弥雾剂所成弥雾遮蔽性能好，增湿效果不明显(造雾后△RH≤10％)。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离发明构思的前提下，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。

Claims (8)

1.一种低增湿长效稳定的新型多元醇弥雾剂，其特征在于，组分及质量百分含量为：

所述吸湿剂为1,2-丙二醇、丙三醇、异丙醇、聚乙二醇-200、聚乙二醇-300、聚乙二醇-400、聚乙二醇-600、聚乙二醇-800、一缩二乙二醇、二缩三乙二醇、三缩四乙二醇、四缩五乙二醇中的一种或两种以上的混合物；

所述雾滴粒径控制剂为非离子表面活性剂与阴离子表面活性剂中的一种或两种的组合；

所述雾滴蒸发抑制剂为正丙醇、正丁醇、壬醇、正葵醇、十二醇、十六醇、十八醇中的一种或两种以上的混合物。

2.根据权利要求1所述低增湿长效稳定的新型多元醇弥雾剂，其特征在于，所述吸湿剂为：1,2-丙二醇，丙三醇、聚乙二醇-200、聚乙二醇-400、聚乙二醇-800按照5～10:60～80:5～10:5～10:5～10的质量比复配而成。

3.根据权利要求1所述低增湿长效稳定的新型多元醇弥雾剂，其特征在于，所述非离子表面活性剂为聚氧乙烯型非离子表面活性剂和多元醇型非离子型表面活性剂的一种或二种的组合。

4.根据权力要求3所述低增湿长效稳定的新型多元醇弥雾剂，其特征在于，所述聚氧乙烯型非离子表面活性剂为高级脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪胺聚氧乙烯醚或脂肪酸聚氧乙烯醚；所述多元醇型非离子表面活性剂为失水山梨醇酯、蔗糖酯或烷基糖苷。

5.根据权利要求4所述低增湿长效稳定的新型多元醇弥雾剂，其特征在于，所述阴离子表面活性剂为硫酸盐。

6.根据权利要求5所述低增湿长效稳定的新型多元醇弥雾剂，其特征在于，所述雾滴粒径控制剂为AEO-7、AEO-9、TX-100、Span-20、十二烷基硫酸钠按照5～10:10～15:40～65:15～25:5～10的质量比复配而成。

7.根据权利要求1所述低增湿长效稳定的新型多元醇弥雾剂，其特征在于，所述的雾滴蒸发抑制剂为正丙醇、正丁醇、十六醇、十八醇按照40～70:10～20:10～20:10～20的质量比复配而成。

8.根据权利要求1所述低增湿长效稳定的新型多元醇弥雾剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：

步骤一、按质量百分比称取水和吸湿剂于容器中，搅拌溶解配制第一溶液；

步骤二、按质量百分比称取雾滴粒径控制剂加入第一溶液中，搅拌配制第二溶液；

步骤三、按质量百分比称取雾滴蒸发抑制剂加入第二溶液中，混合均匀，得到低增湿长效稳定的新型多元醇弥雾剂。

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