CN116570874A

CN116570874A - 一种气溶胶灭火剂用的化学冷却剂及制备方法

Info

Publication number: CN116570874A
Application number: CN202310536503.XA
Authority: CN
Inventors: 卢发贵; 黄瑞; 刘心宇; 邹蓓蓓; 杨非; 王祺
Original assignee: Hubei Jiandun Fire Technology Co Ltd
Current assignee: Hubei Jiandun Fire Technology Co Ltd
Priority date: 2023-05-12
Filing date: 2023-05-12
Publication date: 2023-08-11

Abstract

本发明公开了一种气溶胶灭火剂用的化学冷却剂及制备方法，通过选择能发生分解反应的K/Na/Mg/Ca/Sr无机盐与有机阻燃剂和粘结剂组合制备得到化学冷却剂，利用金属无机盐在高温下会发生分解反应产生K/Na/Mg/Ca/Sr氧化物等活性金属物质，在吸收燃烧热的同时提高灭火能力；有机阻燃剂在高温下也会发生汽化或分解反应，产生NH₃、N₂、CO₂、水蒸气等不燃性气体，消焰降温的同时增强气溶胶的含量，提高灭火能力；同时有机阻燃剂还具有一定的粘结性能，辅助粘结剂对化学冷却剂进行粘结，提高稳定性，避免化学冷却剂中的金属无机盐在储存、运输、使用过程中粉化。

Description

一种气溶胶灭火剂用的化学冷却剂及制备方法

技术领域

本发明属于化学冷却剂技术领域，具体涉及一种气溶胶灭火剂用的化学冷却剂及制备方法。

背景技术

热气溶胶灭火剂燃烧后会产生大量的N₂、CO₂和水蒸气等不燃性气体以及钾和锶等的氧化物固体颗粒，不燃性气体可以降低火场中可燃性气体和氧气的浓度，抑制火焰；而氧化物固体颗粒可以捕获HO·、H·和O·自由基，降低火场活性自由基的浓度实现化学抑制灭火，多维度进行灭火，并且随着技术的发展制备得到的热气溶胶灭火剂的腐蚀性和对环境的污染越来越小，其应用范围也越来越广泛。但是热气溶胶灭火剂在进行灭火时需要进行燃烧，属于强放热反应，喷放时其最高温度可以达到1000℃左右，造成很大的安全隐患和次生灾害，因此为了降低安全隐患，需要对热气溶胶灭火剂燃烧过程中产生的热进行阻断或吸收。

目前一般采用将热气溶胶灭火剂冷却剂搭配使用以降低喷放温度的方法，常用的冷却剂分为物理冷却剂和化学冷却剂，中国专利CN102872557B公开了一种替代气溶胶灭火装置化学冷却剂的物理冷却方法，通过在药筒上方装有物理降速剂和物理冷却剂，替代了化学冷却剂实现了快速降温并保证气流的快速流通；中国专利CN101716404B公开了热气溶胶灭火器材的冷却过滤层，在冷却层模块上负载化学冷却剂，使化学冷却剂在参加反应时又不使冷却模块的结构层受到破坏。美国专利US20120273714A1公开了气溶胶的催化化学冷却剂及其制备方法，其采用草酸锰、高锰酸钾等吸热冷却材料与金属氧化物或氢氧化物，硬脂酸盐等加工助剂以及碱金属硅酸盐和水溶性高分子的符合溶液组成的粘结剂制备得到催化化学冷却剂，其还包括羟甲基或羟乙基纤维素薄膜制成的表面涂层剂，催化化学冷却剂具有较高的强度和较佳的冷却效果并消除灭火剂产品中的有毒气体。中国专利CN110755776B公开了一种热气溶胶冷却剂和热气溶胶发生剂的装配方法，其将铸铁、陶瓷或石墨物理冷却剂和碱式碳酸镁、碳酸钙等化学冷却剂组合或单一使用，使热气溶胶冷却剂在热气溶胶发生剂发生强烈的放热反应式及时、充分的发挥吸热降温的效果，降低对燃烧喷射性能产生的影响。

但是目前制备得到的适用于热气溶胶灭火剂的化学冷却剂只考虑到了其消焰降温的功能，而在灭火过程中产生的大量热量并没有得到的充分利用，造成了一定的能量浪费。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种气溶胶灭火剂用的化学冷却剂及制备方法，根据热气溶胶灭火剂在燃烧喷放过程中会产生大量的热量，充分利用该热量产生新的具有灭火能力的气溶胶这一思路，制备了一种新的化学冷却剂，可以在保证消焰降温效果的同时提高灭火能力。

为了实现上述目的，本发明提供一种气溶胶灭火剂用的化学冷却剂，由30％-69％有机阻燃剂、30％-69％金属无机盐和1％-10％粘结剂组成。

优选的，所述有机阻燃剂为双氰胺、三聚氰胺、氰尿酸三聚氰胺、正磷酸三聚氰胺、硼酸三聚氰胺、聚焦磷酸三聚氰胺或焦磷酸三聚氰胺中的任一种。

优选的，所述金属无机盐为可发生分解反应的K/Na/Mg/Ca/Sr无机盐。

优选的，所述K/Na/Mg/Ca/Sr可发生分解反应的无机盐为碳酸钾、碳酸氢钾碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸镁、碳酸氢镁、碳酸钙、碳酸氢钙、碳酸锶或碳酸氢锶中的任一种。

优选的，所述粘结剂为乙基纤维素、酚醛树脂、环氧树脂、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇或糊精中的任一种。

本发明还提供一种气溶胶灭火剂用的化学冷却剂的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)称取有机阻燃剂、金属无机盐和粘结剂多次过筛混匀，得到混合物；

(2)向混合物中加入无水甲醇，混合后得到湿料；

(3)将湿料过筛造粒，干燥后二次过筛得到冷却剂颗粒；

(4)将冷却剂颗粒压制得到冷却剂成品。

优选的，步骤(1)所述的筛网为100目，过筛次数为3-5次。

优选的，步骤(2)所述的无水甲醇的质量占混合物重质量的10-20％。

优选的，步骤(3)所述的筛网为20目，干燥条件为55-65℃下干燥12-24h，直至挥发分含量低于1％。

优选的，步骤(4)所述的压制条件为10MPa，冷却剂成品的直径为6mm，高度为5.5mm。

本发明的有益效果在于：利用可以发生分解反应的K/Na/Mg/Ca/Sr无机盐作为冷却剂主要成分，其发生吸热的分解反应的同时产生灭火活性金属物质，在消烟降温的同时提高气溶胶灭火剂的灭火能力。同时搭配使用的有机阻燃剂，其在300℃左右也会发生热分解反应进行吸热，同时产生NH₃、N₂、CO₂、水蒸气等不燃性气体，可以降低可燃气和氧气的浓度并对火焰进行覆盖，增强冷却能力和灭火能力；此外选用的有机阻燃剂还具有一定的粘结性，与粘结剂协同对金属无机盐进行粘结，提高化学冷却剂的粘结性，避免金属无机盐粉化，提高化学冷却剂成品在储存、运输和使用过程中的稳定性，从而保证对气溶胶灭火剂的冷却效果。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步解释说明，值得注意的是，下述实施例仅为本发明的优选实施例，而不应理解为对本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的内容为准。本领域技术人员在没有做出创造性劳动而对本发明的技术方案做出的修改、替换均落入到本发明的保护范围之内。

实施例1

(1)称取小于100目的50％碳酸钾、45％双氰胺和5％酚醛树脂，过100目筛网3次干混，混合均匀后得到混合物；

(2)称取14％的无水甲醇加入至混合物中，混合均匀后得到湿料；

(3)将湿料过20目筛网造粒，然后置于55℃下干燥12h-24h直至挥发分的含量低于1％，得到化学冷却剂颗粒；

(4)将冷却剂颗粒置于压片机中，在10MPa下压制得到直径为6mm、高度为5.5mm的化学冷却剂成品，成品为圆柱状。

实施例2

方法、步骤同实施例1，其中将原料替换为50％碳酸氢钾、45％三聚氰胺和5％乙基纤维素，制备得到化学冷却剂成品。

实施例3

方法、步骤同实施例1，其中将原料替换为50％碳酸钠、45％氰尿酸三聚氰胺和5％环氧树脂，制备得到化学冷却剂成品。

实施例4

方法、步骤同实施例1，其中将原料替换为50％碳酸氢钠、45％正磷酸三聚氰胺和5％聚乙烯醇，制备得到化学冷却剂成品。

实施例5

方法、步骤同实施例1，其中将原料替换为50％碳酸镁、45％聚焦磷酸三聚氰胺和5％羟丙基甲基纤维素，制备得到化学冷却剂成品。

实施例6

方法、步骤同实施例1，其中将原料替换为50％碳酸氢镁、45％三聚氰胺和5％糊精，制备得到化学冷却剂成品。

实施例7

方法、步骤同实施例1，其中将原料替换为50％碳酸钾、45％双氰胺和5％乙基纤维素，制备得到化学冷却剂成品。

实施例8

方法、步骤同实施例1，其中将原料替换为50％氢氧化镁、45％双氰胺和5％乙基纤维素，制备得到化学冷却剂成品。

实施例9

方法、步骤同实施例1，其中将原料替换为30％碳酸钾，60％双氰胺和10％酚醛树脂，制备得到化学冷却剂成品。

实施例10

方法、步骤同实施例1，其中将原料替换为69％碳酸钾，30％双氰胺和1％酚醛树脂，制备得到化学冷却剂成品。

对比例1

方法、步骤同实施例1，其中将原料替换为95％双氰胺和5％乙基纤维素，制备得到化学冷却剂成品。

对比例2

方法、步骤同实施例1，其中将原料替换为99％三聚氰胺和1％酚醛树脂，制备得到化学冷却剂成品。

对比例3

方法、步骤同实施例1，其中将原料替换为95％碳酸钾和5％糊精，制备得到化学冷却剂成品。

对比例4

方法、步骤同实施例1，其中将原料替换为80％碳酸钾和20％糊精，制备得到化学冷却剂成品。

对比例5

方法、步骤同实施例1，其中将原料替换为20％碳酸氢钠、79％双氰胺和1％糊精，制备得到化学冷却剂成品。

对比例6

方法、步骤同实施例1，其中将原料替换为79％碳酸氢钠、20％双氰胺和1％糊精，制备得到化学冷却剂成品。

结果检测：

取实施例1-10和对比例1-6制备得到的化学冷却剂成品以及物理冷却剂(Φ6的陶瓷球)70g分别与50g K型气溶胶灭火剂药柱(自制，73％KNO3+27％还原剂)组装成小型灭火装置，进行喷放实验，实验前后称量装置重量，通过前后重量差得到喷放量。同时在喷放实验时测试距离装置喷口0.5cm处的温度。

取实施例1-10和对比例1-5制备得到的化学冷却剂成品置于湿度为85％、温度为25℃下进行高湿实验，12h、24h和1周后观察并记录化学冷却剂成品的粉化情况。

结果见下表：

结果如表1所示：与物理冷却剂相比，实施例1-10制备得到的化学冷却剂在进行喷放实验时，具有较低的喷放温度、较短的灭火时间和较高的喷放量，且经过高湿实验后，化学冷却剂成品并没有发生粉化，耐储存的性能有所提高。而对比例1和对比例2全部使用有机阻燃剂作为化学冷却剂的有效成分，不含有金属无机盐，虽然喷放量比对比例1-10的有所提升，但是喷放温度显著提高，冷却效果差，且灭火失败。对比例3和对比例4全部使用金属有机盐作为化学冷却剂的有效成分，而不加入有机阻燃剂，虽然都具有较好的降温和灭火效果，但是易发生粉化。对比例5和对比例6分别使用含量过低或过高的金属无机盐，制备得到的化学冷却剂，其中金属无机盐含量高的冷却剂具有较好的降温和灭火效果，而金属无机盐含量较低的冷却剂的降温和灭火效果相对较差，且这两种冷却剂都易发生粉化现象，无机盐含量越高越容易发生粉化。

Claims

1.一种气溶胶灭火剂用的化学冷却剂，其特征在于：由30%-69%有机阻燃剂、30%-69%金属无机盐和1%-10%粘结剂组成。

2.根据权利要求1所述的一种气溶胶灭火剂用的化学冷却剂，其特征在于：所述有机阻燃剂为双氰胺、三聚氰胺、氰尿酸三聚氰胺、正磷酸三聚氰胺、硼酸三聚氰胺、聚焦磷酸三聚氰胺或焦磷酸三聚氰胺中的任一种。

3.根据权利要求1所述的一种气溶胶灭火剂用的化学冷却剂，其特征在于：所述金属无机盐为可发生分解反应的K/Na/Mg/Ca/Sr无机盐。

4.根据权利要求3所述的一种气溶胶灭火剂用的化学冷却剂，其特征在于：所述K/Na/Mg/Ca/Sr可发生分解反应的无机盐为碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸镁、碳酸氢镁、碳酸钙、碳酸氢钙、碳酸锶或碳酸氢锶中的任一种。

5.根据权利要求1所述的一种气溶胶灭火剂用的化学冷却剂，其特征在于：所述粘结剂为乙基纤维素、酚醛树脂、环氧树脂、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇或糊精中的任一种。

6.一种包含权利要求1-5任一项所述的气溶胶灭火剂用的化学冷却剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）称取有机阻燃剂、金属无机盐和粘结剂多次过筛混匀，得到混合物；

（2）向混合物中加入无水甲醇，混合后得到湿料；

（3）将湿料过筛造粒，干燥后二次过筛得到冷却剂颗粒；

（4）将冷却剂颗粒压制得到冷却剂成品。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的筛网为100目，过筛次数为3-5次。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的无水甲醇的质量占混合物重质量的10-20%。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的筛网为20目，干燥条件为55-65℃下干燥12-24h，直至挥发分含量低于1%。

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述的压制条件为10MPa，冷却剂成品的直径为6mm，高度为5.5mm。