CN1824344A - 聚磷酸铵为基材的超细干粉灭火剂及其制法 - Google Patents

Abstract

本发明是以聚磷酸铵为基材的超细干粉灭火剂，重量组成：聚磷酸铵∶抗振实性添加剂∶分散助剂∶疏水性二氧化硅∶聚醚改性聚硅氧烷非离子型乳化剂＝75～90∶5～15∶3～8∶1～5∶0.1～0.3；疏水性二氧化硅和聚醚改性聚硅氧烷非离子型乳化剂包覆在聚磷酸铵、抗振实性添加剂和分散助剂混匀的粉体表面；性能：平均粒径≤5μm；粉体松密度≤0.4g/ml抗结块性，以针入度表示≥30mm；吸湿率≤0.3％；水分≤0.2％；流动性，以耐低温性表示≤5S；喷射性≥95％；电绝缘性≥7.5kv；灭A、B及聚丙烯火效能均≤65g/m³。对环境友好；ODP及GWP均为零；对人畜无毒、无腐蚀。

Description

聚磷酸铵为基材的超细干粉灭火剂及其制法

技术领域

本发明属于消防用灭火组合物技术领域，尤其涉及聚磷酸铵为基材的超细干粉灭火剂。

背景技术

因效果较好，曾经在消防行业广泛使用的卤代烷灭火剂，主要是哈龙(HALON)灭火剂。

卤代烷1211灭火剂，化学名称为二氟一氯一溴甲烷，分子式为CF2ClBr，俗称哈龙1211；卤代烷1301灭火剂的化学名称为三氟一溴甲烷，分子式为CF3Br，俗称哈龙1301。

科学研究证明，哈龙灭火剂是破坏臭氧层的主要元凶之一，被联合国环境署规定要限期淘汰。中国政府规定2005年12月31日起不准生产、销售、使用哈龙系列产品。

目前还在使用的灭火剂有二氧化碳灭火剂、七氟丙烷灭火剂、混合气体(IG541)灭火剂、热气溶胶灭火剂、普通ABC干粉灭火剂等，它们各有弊端。二氧化碳灭火剂储存压力高，装置罐体笨重，且灭火效率低；七氟丙烷灭火剂在灭火过程中裂解出氢氟酸，具有很强的腐蚀性；混合气体灭火剂(IG541，商品名烟烙尽)是由52％氮、40％氩、8％二氧化碳三种气体组成，属于惰性气体灭火剂，其储存压力为15Mpa，属被动灭火，其灭火效果较差；气溶胶灭火剂是由含钾的无机氧化剂如氯酸盐和硝酸钾等和有机还原剂如树脂、增塑剂和硬化剂等组成的，气溶胶的灭火机理，主要是生成的大量惰性气体，使局部空间内的含氧量下降，同时还有吸热分解反应的降温作用和气相、固相的化学抑制燃烧作用，但使用场所受到限制，使用安全性不理想；普通ABC干粉灭火剂，由于受物料特性和生产工艺的制约，目前制备的干粉粒径在10～75μm之间；消防理论与实践证明，40μm以下的干粉粒子参与火场反应，40μm以上的干粉粒子不参与火场反应，所以普通ABC干粉灭火剂灭火效率低。

发明内容

本发明的目的，是提供一种以聚合度大于50的聚磷酸铵(ammonium polyphosphate，APP)为基材的复合型超细干粉灭火剂。

本发明的另一目的，是提供一种聚磷酸铵为基材的超细干粉灭火剂制法和表面修饰包覆技术。

本发明的技术方案是：

研制一种以聚磷酸铵为基材的超细干粉灭火剂，其特征是：

(1)由以下重量的组分组成：

聚磷酸铵∶抗振实性添加剂∶分散助剂∶疏水性二氧化硅∶聚醚改性聚硅氧烷非离子型乳化剂＝75～90∶5～15∶3～8∶1～5∶0.1～0.3；

(2)所述的疏水性二氧化硅和聚醚改性聚硅氧烷非离子型乳化剂，包覆在聚磷酸铵、抗振实性添加剂和分散助剂混匀的粉体表面；

(3)所述的超细干粉灭火剂性能如下：

    平均粒径                   ≤5μm

    粉体松密度                 ≤0.4g/ml

    抗结块性，以针入度表示       ≥30mm

    吸湿率                       ≤0.3％

    水分                         ≤0.2％

    流动性，以耐低温性表示       ≤5S

    喷射性                       ≥95％

    电绝缘性                     ≥7.5kv

    灭B类火效能                  ≤65g/m³

    灭A类火效能                  ≤65g/m³

    灭聚丙烯火效能               ≤65g/m³。

上述的聚磷酸铵的聚合度n＝50～1000；

上述的抗振实性添加剂是云母粉、硅灰石、蛭石或活性白土；

上述的分散助剂是沸石、膨润土、轻质碳酸钙或珍珠岩粉；

上述的疏水性二氧化硅是经表面改性处理的粒径20～40nm，比表面积200～300m²/g的二氧化硅；

上述的疏水性二氧化硅是经表面改性处理的，是指经二甲基二氯硅烷单体进行化学改性，或经聚甲基硅氧烷进行掺混物理改性处理的；

上述的聚醚改性聚硅氧烷非离子型乳化剂是由低含氢硅油与带乙烯基的聚氧乙烯的加成物。

上述的聚磷酸铵为基材的超细干粉灭火剂的制法，其特征是步骤如下：

(1)将配量的聚磷酸铵、抗振实性添加剂和分散助剂混匀；

(2)经100～110℃干燥至水分≤0.2％；

(3)再粉碎至物料达到平均粒径≤5μm；

(4)加入配量的疏水性二氧化硅和聚醚改性聚硅氧烷非离子型乳化剂，经80～105℃，40～80min进行表面包覆处理，检验合格后包装。

聚磷酸铵(ammonium polyphosphate，APP)，目前主要用作添加型阻燃剂，是无机磷系阻燃剂中最重要的品种之一。APP的含磷量和含氮量都很高，它们之间又存在P-N协同效应，因而具有高的阻燃效能。

我国APP的研制和生产始于上世纪70年代，当时只能生产低聚合度(n＝10～20)的水溶性APP，主要用于农用复合肥料和防火涂料。上世纪90年代后，由于塑料工业的飞速发展，迫切需要高聚合度的APP产品。基于这种形势，国内许多研究和生产单位加快了研究进度。目前我国已试制成功高品质的APP，聚合度(Degree of Polymerization)可高达n＝1000以上。这也为新型灭火剂的研制提供了很好的原料资源。

以APP为基材的超细干粉灭火剂，其所具有优异的灭火效能和覆盖能力有效的解决了通用干粉灭火剂之不足和其它灭火剂对环境的不友好。

本发明提供的超细干粉灭火剂具有以下显著的优点和有益的效果：

1、具有广泛的适用性，本发明的超细干粉灭火剂可用于扑救下列类型的火灾：

(1)A类火灾，即固体表面火灾。如木、棉、麻、纸、橡胶、塑料等物质火灾；

(2)B类火灾，即液体或可熔化固体火灾。如汽油、柴油、重油、润滑油、植物油、动物油、有机溶剂、石蜡等物质火灾；

(3)C类火灾，即可燃气体火灾。如液化气、天然气及乙炔气等气体火灾；

(4)电设备火灾，即带电物体燃烧的火灾。如变电站、发电机房、电缆沟等带电设备火灾。

(5)对三乙基类(三乙基铝、三乙基锑、三乙基硼)或聚丙烯等火灾的扑救有特效。

2、具有优异的灭火效能和覆盖能力，本发明灭火剂充装在现有的灭火器或装置中灭火，其单位体积的灭火效率是哈龙灭火装置的2～3倍，是二氧化碳灭火装置的12倍，是七氟丙烷灭火装置的10～12倍、是热气溶胶灭火装置的2～3倍，是普通ABC干粉灭火装置的6～10倍。*

*灭火效能计算依据：(GA578-2005超细干粉灭火剂规定，灭火效能≤65～95g/m³≤1S；

哈龙灭火系统规范规定，灭火效能≤200～300g/m³≤2S；

DBJ01-76-2003气溶胶灭火系统设计施工验收规范规定，灭火效能≤65～100g/m³≤21S；

GB-ABC干粉灭火系统规范规定，灭火效能≤650g/m³≤2S；

《中国哈龙淘汰行动》公安部消防局，国家环境保护总局编，中国环境出版社版有关章节记载灭火剂用量计算(编委主任：汪纪武、副主任：孙伦；版号：ISBN7-80163-028-9)

M＝k₁×v+〔k₁×v×(1-95％)〕式中：M灭火剂用量；k₁灭火剂最低灭火浓度；v容积。)

3、本发明灭火剂是一种对环境友好灭火剂。对消耗臭氧潜能值(Ozone depleting potential，ODP)为零，温室效应潜能值(Global warming potential，GWP)为零，对人畜无毒，对保护物无腐蚀。

具体实施方式

实施例1

配比：聚磷酸铵∶抗振实性添加剂∶分散助剂∶疏水性二氧化硅∶聚醚改性聚硅氧烷非离子型乳化剂＝90∶15∶8∶5∶0.3；

原料：

(1)聚磷酸铵(APP)山东商品，工业品规格，聚合度为50～1000；其它技术指标应符合HG/T2770-1996标准要求；

(2)抗振实性添加剂采用云母，河北商品，细度为250目；

(3)分散助剂采用沸石，山东商品，细度为250目；

(4)疏水性二氧化硅采用化学改性法处理，

(5)聚醚改性聚硅氧烷非离子型乳化剂采用广州商品，工业品规格，外观浅黄色液体，含量≥98％，PH 5～7。(由低含氢硅油与带乙烯基的聚氧乙烯的加成物)

制法：(1)配料

将配量的聚磷酸铵、抗振实性添加剂和分散助剂，在混合设备中，混合0.5～1h，使充分混匀；经105±5℃干燥至水分≤0.2％；再粉碎至粉体达到粒径≤5μm；

(2)制备疏水性二氧化硅(化学改性法)

可以购买市售商品(例如，湖南衡阳市珠晖区东阳助剂厂产品)，或自行处理；自行处理时，按常规，将稀释净化的水玻璃进行离子交换除掉钠离子，然后加入盐酸进行酸热回流浓缩，加入二甲基二氯硅烷单体进行疏水处理，脱掉副产物，干燥。

处理后疏水性二氧化硅的质量达到：

          外观             白色粉末

          水分             ≤0.3％

          挥发分           ≤2％

          灼烧减量         ≤7％

          PH值             6.4～7

          比表面积         200～300m²/g

(3)加入配量的疏水性二氧化硅和聚醚改性聚硅氧烷非离子型乳化剂，经80～90℃，60～80min进行表面包覆处理，检验合格后包装。

(4)干燥可采用红外干燥法或气流干燥法；粉碎可以采用气流粉碎法、喷雾粉碎法、高频振动粉碎法。

获得的成品，按照参照公安部灭火剂规范制订的Q/HLK 02-2006规定检测，结果如下：

    平均粒径                   ≤5μm

    粉体松密度                 0.35g/ml

    抗结块性，以针入度表示     35mm

    吸湿率                     0.2％

    水分                       0.15％

    流动性，以耐低温性表示     4S

    喷射性                     96.5％

    电绝缘性                   8.5kv

    灭B类火效能                60g/m³

    灭A类火效能                60g/m³

    灭聚丙烯火效能             60g/m³。

质量符合要求，经试用效果满意，达到了预期的发明目的。

实施例2

配比：聚磷酸铵∶抗振实性添加剂∶分散助剂∶疏水性二氧化硅∶聚醚改性聚硅氧烷非离子型乳化剂＝75∶5∶3∶1∶0.1；

(1)聚磷酸铵(APP)山东商品，工业品规格，聚合度为50～1000；其它技术指标应符合HG/T2770-1996标准要求；

(2)抗振实性添加剂采用活性白土，山东商品，细度为250目；

(3)分散助剂采用膨润土，山东商品，细度为250目；

(4)疏水性二氧化硅采用物理掺混改性处理步骤：将平均粒径20～40nm，比表面积200～300m²/g，PH值5～7，含量为99.9％的二氧化硅97份，加入到带高速搅拌器的混合容器中，加入粘度为200～300mpa·S的聚甲基硅氧烷(俗名甲基硅油)3份，在室温条件下以800～1000rpm的高速搅拌30min。

(5)加入配量的疏水性二氧化硅和聚醚改性聚硅氧烷非离子型乳化剂，经100～105℃，40～60min进行表面包覆处理。

获得的成品，按照参照公安部灭火剂规范制订的Q/HLK 02-2006规定检测，结果如下：

平均粒径                  ≤5μm

粉体松密度                0.4g/ml

抗结块性，以针入度表示    30mm

吸湿率                    0.2％

水分                      0.15％

流动性，以耐低温性表示    4S

喷射性                    95.5％

电绝缘性                  7.5kv

灭B类火效能               65g/m³

灭A类火效能               65g/m³

灭聚丙烯火效能            65g/m³。其余同实施例1。

实施例3

聚磷酸铵∶抗振实性添加剂∶分散助剂∶疏水性二氧化硅∶聚醚改性聚硅氧烷非离子型乳化剂＝80∶10∶5∶3∶0.2；

抗振实性添加剂采用硅灰石，山东商品，细度为250目；分散助剂采用珍珠岩粉，山东商品，细度为250目；其余同实施例1。

实施例4

聚磷酸铵∶抗振实性添加剂∶分散助剂∶疏水性二氧化硅∶聚醚改性聚硅氧烷非离子型乳化剂＝85∶12∶6∶2∶0.3；

抗振实性添加剂采用蛭石，山东商品，细度为250目；分散助剂采用轻质碳酸钙，山东商品，细度为250目；其余同实施例1。

实施例5

聚磷酸铵∶抗振实性添加剂∶分散助剂∶疏水性二氧化硅∶聚醚改性聚硅氧烷非离子型乳化剂＝78∶8∶7∶3∶0.2；

抗振实性添加剂采用云母粉，山东商品，细度为250目；分散助剂采用沸石，山东商品，细度为250目；其余同实施例2。

实施例6

聚磷酸铵∶抗振实性添加剂∶分散助剂∶疏水性二氧化硅∶聚醚改性聚硅氧烷非离子型乳化剂＝88∶14∶6∶4∶0.1；

抗振实性添加剂采用活性白土，山东商品，细度为250目；分散助剂采用膨润土，山东商品，细度为250目；其余同实施例2。

实施例7

聚磷酸铵∶抗振实性添加剂∶分散助剂∶疏水性二氧化硅∶聚醚改性聚硅氧烷非离子型乳化剂＝78∶8∶7∶3∶0.2；

抗振实性添加剂采用蛭石，山东商品，细度为250目；分散助剂采用沸石，山东商品，细度为250目；其余同实施例2。

实施例8

聚磷酸铵∶抗振实性添加剂∶分散助剂∶疏水性二氧化硅∶聚醚改性聚硅氧烷非离子型乳化剂＝86∶15∶6∶3∶0.15；

抗振实性添加剂采用活性白土，山东商品，细度为250目；分散助剂采用膨润土，山东商品，细度为250目；其余同实施例2。

实施例9

聚磷酸铵∶抗振实性添加剂∶分散助剂∶疏水性二氧化硅∶聚醚改性聚硅氧烷非离子型乳化剂＝82∶13∶7∶3∶0.2；

抗振实性添加剂采用云母粉，山东商品，细度为250目；分散助剂采用珍珠岩粉，山东商品，细度为250目；其余同实施例2。

实施例10

聚磷酸铵∶抗振实性添加剂∶分散助剂∶疏水性二氧化硅∶聚醚改性聚硅氧烷非离子型乳化剂＝82∶10∶8∶4∶0.1；

抗振实性添加剂采用活性白土，山东商品，细度为250目；分散助剂采用膨润土，山东商品，细度为250目；其余同实施例2。

Claims (8)

1.一种以聚磷酸铵为基材的超细干粉灭火剂，其特征是：

(1)由以下重量的组分组成：

聚磷酸铵∶抗振实性添加剂∶分散助剂∶疏水性二氧化硅∶聚醚改性聚硅氧烷非离子型乳化剂＝75～90∶5～15∶3～8∶1～5∶0.1～0.3；

(2)所述的疏水性二氧化硅和聚醚改性聚硅氧烷非离子型乳化剂，包覆在聚磷酸铵、抗振实性添加剂和分散助剂混匀的粉体表面；

(3)所述的超细干粉灭火剂性能如下：

平均粒径                   ≤5μm

粉体松密度                 ≤0.4g/ml

抗结块性，以针入度表示     ≥30mm

吸湿率                     ≤0.3％

水分                       ≤0.2％

流动性，以耐低温性表示     ≤5S

喷射性                     ≥95％

电绝缘性                   ≥7.5kv

灭B类火效能                ≤65g/m³

灭A类火效能                ≤65g/m³

灭聚丙烯火效能             ≤65g/m³。

2.根据权利要求1所述的聚磷酸铵为基材的超细干粉灭火剂，其特征是所述的聚磷酸铵的聚合度n＝50～1000。

3.根据权利要求1所述的聚磷酸铵为基材的超细干粉灭火剂，其特征是所述的抗振实性添加剂是云母粉、硅灰石、蛭石或活性白土。

4.根据权利要求1所述的聚磷酸铵为基材的超细干粉灭火剂，其特征是所述的分散助剂是沸石、膨润土、轻质碳酸钙或珍珠岩粉。

5.根据权利要求1所述的聚磷酸铵为基材的超细干粉灭火剂，其特征是所述的疏水性二氧化硅是经表面改性处理的粒径20～40nm，比表面积200～300m²/g的二氧化硅。

6.根据权利要求5所述的聚磷酸铵为基材的超细干粉灭火剂，其特征是所述的疏水性二氧化硅是经表面改性处理的，是指经二甲基二氯硅烷单体进行化学改性，或经聚甲基硅氧烷进行掺混物理改性处理的。

7.根据权利要求1所述的聚磷酸铵为基材的超细干粉灭火剂，其特征是所述的聚醚改性聚硅氧烷非离子型乳化剂是由低含氢硅油与带乙烯基的聚氧乙烯的加成物。

8.根据权利要求1所述的聚磷酸铵为基材的超细干粉灭火剂的制法，其特征是步骤如下：

(1)将配量的聚磷酸铵、抗振实性添加剂和分散助剂混匀；

(2)经100～110℃干燥至水分≤0.2％；

(3)再粉碎至物料达到平均粒径≤5μm；

(4)加入配量的疏水性二氧化硅和聚醚改性聚硅氧烷非离子型乳化剂，经80～105℃，40～80min进行表面包覆处理，检验合格后包装。