CN107497089A - 一种复合型气溶胶灭火剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合型气溶胶灭火剂及其制备方法，其按照重量份百分比包括：8.6％～20.3％的过氧化钙、15.8％～27.7％的亚硫酸钙、8.4％～14.6％的改性淀粉、9.2％～15.3％的碳粉、2.1％～8.3％的纳米纤维素、9.6％～26.4％的碱式碳酸铜、3.5％～23.8％的碳酸氢钠、0.6％～3.8％的海藻酸钠与0.9％～4.6％的环氧树脂；及其制备方法。本发明的气溶胶灭火剂各组份之间具有明显的协同作用，使得气溶胶灭火剂整体上具有良好的灭火能力与灭火效率，具有用药量少、灭火速度快、灭火效率高等优点，特别适于油类火源的灭。

Description

一种复合型气溶胶灭火剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及油类火源灭火领域，尤其涉及一种复合型气溶胶灭火剂及其制备方法。

背景技术

当前，普遍使用的灭火剂大致可分为如下几类：水基类灭火剂、气体类灭火剂、粉体类灭火剂、气溶胶类灭火剂以及哈龙灭火剂，各类灭火剂适用范围不尽相同、性能指标也各有优劣，其中：哈龙灭火剂具有灭火效果好、灭火效率高的特点。

但是，哈龙灭火剂中存在对臭氧层较大的破坏作用的化学成分，从1987年开始，各国在《关乎破坏臭氧物质的蒙特利尔协定书》限制下，逐步淘汰哈龙灭火剂的生产和使用，我国政府也在2010年起全面停止生产1211、1301灭火剂。

在哈龙灭火剂被淘汰的背景下，其他类灭火剂得到了更广泛的发展应用，水基类灭火剂的原理主要是通过细水雾的冷却、窒息和隔绝热辐射作用达到灭火目的；气体类灭火剂主要是通过喷射惰性气体减少火区的氧含量达到窒息火灾的目的；粉体类灭火剂主要原理是通过高压气体作用下喷射出粉末，消耗火焰中的自由基、产生惰性气体等达到灭火目的。但是，这些灭火剂使用过程中都需要高压环境的存在，造成设备体积较大，存储使用过程中具有物理***危险性，文献“气体灭火***的安全性分析”中，分析了气体灭火***的危险性。

现有气溶胶类灭火剂主要可分为S型和K型，这类灭火剂主要是利用氧化还原反应释放的惰性气体、自由基等作用于火区，通过惰性气体的窒息、自由基的化学反应来达到灭火的目的。其不足主要是表现在：氧化还原反应放热量大，使得气溶胶灭火装置结构喷口温度较高；一些气溶胶灭火剂产生气溶胶效率较低，时间长，不利于及时控制初期火灾。

因此，现有技术有待于更进一步的改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提一种复合型气溶胶灭火剂及其制备方法，在降低成本的前提下，提高灭火效率。

为解决上述技术问题，本发明技术方案包括：

一种复合型气溶胶灭火剂，其按照重量份百分比包括：

所述的复合型气溶胶灭火剂，其按照重量份百分比包括：

所述的复合型气溶胶灭火剂，其中，上述改性淀粉为丁二酸丁二醇酯接枝改性淀粉，结构式为(C₆H₁₀O₅)6nHO(CO(CH₂)₂COO(CH₂)₄O)nH，其中n＞2。

所述的复合型气溶胶灭火剂，其中，上述环氧树脂使用前用苯二甲酸二辛酯作稀料稀释，其中，环氧树脂与苯二甲酸二辛酯稀料的质量比为1-3:1。

一种制备所述复合型气溶胶灭火剂的方法，其包括以下步骤：

A、按对应比例分别称取上述原料组份，并将所取原料组份分别用磨机粉磨成粉体；然后，过500目筛，收集过筛的粉体，备用；

B、将所收集过筛的粉体分别加入旋转造粒机的料盘，将环氧树脂总量的1/3加入到旋转造粒机的储液罐；然后，启动旋转造粒机，待物料充分混合均匀后，开启旋转造粒机的喷浆泵，进行造粒得到物料；

C、将上述物料在防爆烘箱内进行干燥，防爆烘箱按照15℃/h的速率从室温升温至40℃，然后在40℃下恒温干燥，直至物料含水率小于或者等于0.8％，得到干物料；

D、将所得干物料入搅拌机，然后将剩余的环氧树脂用苯二甲酸二辛酯进行稀释，稀释后环氧树脂加入搅拌机的拌和均匀，得到半成品；

E、将所制得的半成品装入药筒内，置于压力机工作台上，在5MPa压力下压实，得到上述气溶胶型灭火剂。

所述的制备方法，其中，上述步骤A具体的还包括：收集过筛锅中的筛余物料掺入下一批次固体原料中，并充填回磨机粉磨。

所述的制备方法，其中，上述步骤B具体的还包括：旋转造粒机的喷气压力为0.5Mp，喷浆泵转速为5～25r·min^-1，供料机转速为5～25r·min^-1，稀释零密度为0.64g/ml，休止角为32°；造粒的粒径控制指标为最终28-32目的得料得率大于90％。

所述的制备方法，其中，上述步骤E中的药筒内径为40mm，高100mm，装料量为50-100g。

本发明提供的一种复合型气溶胶灭火剂及其制备方法，具有用药量少、灭火速度快、灭火效率高等优点，特别适于油类火源的灭火，含有氧化剂、可燃剂、燃烧调节剂、添加剂、改性剂和粘合剂；其中，氧化剂为过氧化钙和亚硫酸钙的混合物，可燃剂为改性淀粉和碳粉，燃烧调节剂为纳米纤维素，添加剂为碱式碳酸铜和碳酸氢钠，改性剂为海藻酸钠，粘合剂为环氧树脂。组合物中的碱式碳酸铜和碳酸氢钠在高温下受热分解，释放出大量的二氧化碳，二氧化碳用于灭火；在碱式碳酸铜和碳酸氢钠受热分解过程(碱式碳酸铜和碳酸氢钠受热分解，一部分在气溶胶灭火装置内进行，一部分在喷出后再起火燃烧点进行)中，需要吸收大量的热，既可以将着火点的火焰温度降低，辅助灭火，又有利于降低气溶胶灭火装置喷口温度，有效保证灭火装置操作使用人的安全，带来使用上的便利与安全。

如前所述的碱式碳酸铜和碳酸氢钠受热分解过程，吸热所致着火点温度的降低，这将进一步导致燃烧物燃烧过程中用于气化可燃物分子和将已气化的可燃烧分子裂解成自由基的热量减少，使得着火点(继续)燃烧反应的速度得到一定抑制。并且，由于碱式碳酸铜分解后生成的氧化铜，可与燃烧物中的碳元素发生化学反应，生成二氧化碳。即，将燃烧物中的可燃成分(碳粉)转化成不可燃烧惰性气体(二氧化碳)，有利于延缓燃烧物的燃烧速度、降低燃烧空间的氧含量，促进灭火速度和效率的提高。

此外，燃烧物在起火燃烧过程中(即，维持燃烧反应持续进行的过程中)，将会持续不断裂解生成大量的、燃烧持续进行所不可缺少的·H、·O、·OH等活性基团。而，碱式碳酸铜和碳酸氢钠高温下分解，生成的氧化铜和氧化钠，将分别与上述这些活性基团(即，·H、·O、·OH等活性基团)发生化学反应，从而部分消耗掉这些活性基团、抑制这些活性基团彼此之间的反应，进而中断燃烧链、抑制火焰燃烧的继续进行。

组合物中的氧化剂与还原剂在气溶胶灭火装置内，经气溶胶灭火装置的电启动器点火后，将发生剧烈的氧化还原反应，并释放出大量的热，组合物中的过氧化钙、亚硫酸钙、碳粉和改性淀粉随后开始不完全燃烧，产生大量的烟气，与空气混合后形成气溶胶；组合物中的纳米纤维素成分，由于其可燃、着火点低，且比表面积大，主要作燃烧调节剂用。即，用于引燃/加快组合物中可燃组分的燃烧速度，以促进气溶胶灭火装置工作初期，容器内快速形成大量的气溶胶。灭火剂组合物中，在高温下分解所生成的无机氧化物固体微粒，覆盖在着火物体表面，进一步起到着火物体表面隔绝氧气的作用，促使火焰因缺氧窒息熄灭进程的加快。

具体实施方式

本发明提供了一种复合型气溶胶灭火剂及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种复合型气溶胶灭火剂，其按照重量份百分比包括：8.6％～20.3％的过氧化钙、15.8％～27.7％的亚硫酸钙、8.4％～14.6％的改性淀粉、9.2％～15.3％的碳粉、2.1％～8.3％的纳米纤维素、9.6％～26.4％的碱式碳酸铜、3.5％～23.8％的碳酸氢钠、0.6％～3.8％的海藻酸钠与0.9％～4.6％的环氧树脂。

当然更为优选的是，其按照重量份百分比包括：10.5％～18.3％的过氧化钙、17.6％～25.8％的亚硫酸钙、10.7％～12.6％的改性淀粉、10.2％～14.3％的碳粉、3.5％～6.2％的纳米纤维素、10.5％～22.3％的碱式碳酸铜、7.6％～19.7％的碳酸氢钠、1.6％～2.3％的海藻酸钠与1.9％～3.5％的环氧树脂。

更进一步的，上述改性淀粉为丁二酸丁二醇酯接枝改性淀粉，结构式为(C₆H₁₀O₅)6nHO(CO(CH₂)₂COO(CH₂)₄O)nH，其中n＞2。而且上述环氧树脂使用前用苯二甲酸二辛酯作稀料稀释，其中，环氧树脂与苯二甲酸二辛酯稀料的质量比为1-3:1，具有更好的使用上的性价比，既便于灭火剂的粘结、压制成型操作，又具有良好的压制成型质量。

本发明还提供了一种制备上述复合型气溶胶灭火剂的方法，其包括以下步骤：

步骤一，按对应比例分别称取上述原料组份，并将所取原料组份分别用磨机粉磨成粉体；然后，过500目筛，收集过筛的粉体，备用；

步骤二，将所收集过筛的粉体分别加入旋转造粒机的料盘，将环氧树脂总量的1/3加入到旋转造粒机的储液罐；然后，启动旋转造粒机，待物料充分混合均匀后，开启旋转造粒机的喷浆泵，进行造粒得到物料；

步骤三，将上述物料在防爆烘箱内进行干燥，防爆烘箱按照15℃/h的速率从室温升温至40℃，然后在40℃下恒温干燥，直至物料含水率小于或者等于0.8％，得到干物料；

步骤四，将所得干物料入搅拌机，然后将剩余的环氧树脂用苯二甲酸二辛酯进行稀释，稀释后环氧树脂加入搅拌机的拌和均匀，得到半成品；

步骤五，将所制得的半成品装入药筒内，置于压力机工作台上，在5MPa压力下压实，得到上述气溶胶型灭火剂。

更进一步的，上述步骤一具体的还包括：收集过筛锅中的筛余物料掺入下一批次固体原料中，并充填回磨机粉磨，进行重复利用。上述步骤二具体的还包括：旋转造粒机的喷气压力为0.5Mp，喷浆泵转速为5～25r·min^-1，供料机转速为5～25r·min^-1，稀释零密度为0.64g/ml，休止角为32°；造粒的粒径控制指标为最终28-32目的得料得率大于90％。上述步骤五中的药筒内径为40mm，高100mm，装料量为50-100g。

为了更进一步的描述本发明，以下列举更为详尽的实施例进行说明。以下各实施例，灭火剂产品的灭火应用实验，均采用GA 499.1-2010《气溶胶灭火***》第1部分：热气溶胶灭火装置规定的方法进行，灭火剂的使用量均为50g。

实施例1

复合型气溶胶灭火剂的原料配方为：按质量分数，过氧化钙12％、亚硫酸钙18％、改性淀粉10％、碳粉11％、纳米纤维素4％、碱式碳酸铜22％、碳酸氢钠19％、海藻酸钠2％、环氧树脂2％(按1:1的质量比，加入苯二甲酸二辛酯作稀料稀释)。

将压制成型的产品(随药筒一块)装入小型气溶胶灭火装置中，装入电启动器(气溶胶灭火装置中不加冷却剂、不加压缩气体)，进行实施面积为0.1m²油盘的灭火实验，燃料为商业级正庚烷。灭火实验所用产品质量为50g，实验结果见表1。

实施例2

复合型气溶胶灭火剂的原料配方为：按质量分数，过氧化钙15％、亚硫酸钙19％、改性淀粉10％、碳粉12％、纳米纤维素5％、碱式碳酸铜17％、碳酸氢钠18％、海藻酸钠2％、环氧树脂2％(按1:3的质量比，加入苯二甲酸二辛酯作稀料稀释)。

将压制成型的产品(随药筒一块)装入小型气溶胶灭火装置中，装入电启动器(气溶胶灭火装置中不加冷却剂、不加压缩气体)，进行实施面积为0.1m²油盘的灭火实验，燃料为商业级正庚烷。灭火实验所用产品质量为50g，实验结果见表1。

实施例3

复合型气溶胶灭火剂的原料配方为：按质量分数，过氧化钙16％、亚硫酸钙20％、改性淀粉11％、碳粉12％、纳米纤维素6％、碱式碳酸铜16％、碳酸氢钠14％、海藻酸钠3％、环氧树脂2％(按1:2的质量比，加入苯二甲酸二辛酯作稀料稀释)。

将压制成型的产品(随药筒一块)装入小型气溶胶灭火装置中，装入电启动器(气溶胶灭火装置中不加冷却剂、不加压缩气体)，进行实施面积为0.1m²油盘的灭火实验，燃料为商业级正庚烷。灭火实验所用产品质量为50g，实验结果见表1。

实施例4

复合型气溶胶灭火剂的原料配方为：按质量分数，过氧化钙16％、亚硫酸钙22％、改性淀粉12％、碳粉13％、纳米纤维素4％、碱式碳酸铜15％、碳酸氢钠14％、海藻酸钠2％、环氧树脂2％(按1:1.5的质量比，加入苯二甲酸二辛酯作稀料稀释)。

将压制成型的产品(随药筒一块)装入小型气溶胶灭火装置中，装入电启动器(气溶胶灭火装置中不加冷却剂、不加压缩气体)，进行实施面积为0.1m²油盘的灭火实验，燃料为商业级正庚烷。灭火实验所用产品质量为50g，实验结果见下表1。

对比实施例1

灭火剂为市售S型灭火剂，灭火实验所用质量为50g。

对比实施例2

灭火剂为市售K型灭火剂，灭火实验所用质量为50g。

表1为实施例1-实施例4以及对比实施例1、对比实施例2进行灭火对比试验的结果对照表。

表1

从上表1中可以看出，实施例1-实施例4灭火成功率均为100％，高于同类型的市售K型灭火剂和市售S型灭火剂产品(平均为62.5％)。

实施例1-实施例4灭火所需要的气溶胶持续喷射时间平均值约为11.4s，同类型的市售K型灭火剂和市售S型灭火剂产品灭火所需要的气溶胶持续喷射时间平均值约为19.1s。表明，实施例1-实施例4灭火所需要的气溶胶持续喷射时间，(平均值)缩短了40.3％左右。

本发明具体的灭火机理为：

组合物中的碱式碳酸铜和碳酸氢钠在高温下受热分解，释放出大量的二氧化碳，二氧化碳用于灭火；在碱式碳酸铜和碳酸氢钠受热分解过程(碱式碳酸铜和碳酸氢钠受热分解，一部分在气溶胶灭火装置内进行，一部分在喷出后再起火燃烧点进行)中，需要吸收大量的热，既可以将着火点的火焰温度降低，辅助灭火，又有利于降低气溶胶灭火装置喷口温度，有效保证灭火装置操作使用人的安全，带来使用上的便利与安全。

如前所述的碱式碳酸铜和碳酸氢钠受热分解过程，吸热所致着火点温度的降低，这将进一步导致燃烧物燃烧过程中用于气化可燃物分子和将已气化的可燃烧分子裂解成自由基的热量减少，使得着火点(继续)燃烧反应的速度得到一定抑制。并且，由于碱式碳酸铜分解后生成的氧化铜，可与燃烧物中的碳元素发生化学反应，生成二氧化碳。即，将燃烧物中的可燃成分(碳粉)转化成不可燃烧惰性气体(二氧化碳)，有利于延缓燃烧物的燃烧速度、降低燃烧空间的氧含量，促进灭火速度和效率的提高。

此外，燃烧物在起火燃烧过程中(即，维持燃烧反应持续进行的过程中)，将会持续不断裂解生成大量的、燃烧持续进行所不可缺少的·H、·O、·OH等活性基团。而，碱式碳酸铜和碳酸氢钠高温下分解，生成的氧化铜和氧化钠，将分别与上述这些活性基团(即，·H、·O、·OH等活性基团)发生化学反应，从而部分消耗掉这些活性基团、抑制这些活性基团彼此之间的反应，进而中断燃烧链、抑制火焰燃烧的继续进行。

组合物中的氧化剂与还原剂在气溶胶灭火装置内，经气溶胶灭火装置的电启动器点火后，将发生剧烈的氧化还原反应，并释放出大量的热，组合物中的过氧化钙、亚硫酸钙、碳粉和改性淀粉随后开始不完全燃烧，产生大量的烟气，与空气混合后形成气溶胶；组合物中的纳米纤维素成分，由于其可燃、着火点低，且比表面积大，主要作燃烧调节剂用。即，用于引燃/加快组合物中可燃组分的燃烧速度，以促进气溶胶灭火装置工作初期，容器内快速形成大量的气溶胶。灭火剂组合物中，在高温下分解所生成的无机氧化物固体微粒，覆盖在着火物体表面，进一步起到着火物体表面隔绝氧气的作用，促使火焰因缺氧窒息熄灭进程的加快。

从上述表1以及实施例1-实施例4的分析中不难理解，上述技术方案的复合型气溶胶灭火剂，装入气溶胶灭火装置中即可直接使用(在装置内燃烧产生气体、形成一定的压力)，无需压力储存。这有力地提高了灭火剂的存储和使用过程中的便利性与安全性，与现有技术的常规同类型产品比，具有十分突出的比较优势。

上述关于复合型气溶胶灭火剂灭火机理文字说明中，所涉及的主要化学反应方程式如下：

(C₆H₁₀O₅)_6nHO(CO(CH₂)₂COO(CH₂)₄O)_nH+Ca(MnO₄)₂→H₂O↑+CO₂↑+MnO₂

Cu₂(OH)₂CO₃→CuO+CO₂↑+H₂O

NaHCO₃→Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O

Na₂CO₃→Na₂O+CO₂↑

Na₂O+H₂O→NaOH

Na₂O+·H→NaOH

NaOH+·OH→H₂O+Na₂O

CuO+C→Cu+CO₂↑

Cu+·OH→Cu(OH)₂

Cu+·O→CuO

Cu(OH)₂+·H→H₂O+Cu

Cu(OH)₂+·OH→H₂O+CuO

CuO+·H→Cu(OH)₂。

综上所述，不难看出，上述技术方案的复合型气溶胶灭火剂的各组分之间，具有十分明显的“分工与协作”的功能和作用，各组分之间具有明显的协同作用，相互配合、相互促进，使得气溶胶灭火剂整体上具有良好的灭火能力与灭火效率说明本发明的复合型气溶胶灭火剂产品的灭火效率，明显高于同类型的市售K型灭火剂和市售S型灭火剂产品。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (8)

1.一种复合型气溶胶灭火剂，特征在于，其按照重量份百分比包括：

2.根据权利要求1所述的复合型气溶胶灭火剂，特征在于，其按照重量份百分比包括：

3.根据权利要求1所述的复合型气溶胶灭火剂，其特征在于，上述改性淀粉为丁二酸丁二醇酯接枝改性淀粉，结构式为(C₆H₁₀O₅)6nHO(CO(CH₂)₂COO(CH₂)₄O)nH，其中n＞2。

4.根据权利要求1所述的复合型气溶胶灭火剂，其特征在于，上述环氧树脂使用前用苯二甲酸二辛酯作稀料稀释，其中，环氧树脂与苯二甲酸二辛酯稀料的质量比为1-3:1。

5.一种制备如权利要求1所述复合型气溶胶灭火剂的方法，其包括以下步骤：

A、按对应比例分别称取上述原料组份，并将所取原料组份分别用磨机粉磨成粉体；然后，过500目筛，收集过筛的粉体，备用；

B、将所收集过筛的粉体分别加入旋转造粒机的料盘，将环氧树脂总量的1/3加入到旋转造粒机的储液罐；然后，启动旋转造粒机，待物料充分混合均匀后，开启旋转造粒机的喷浆泵，进行造粒得到物料；

C、将上述物料在防爆烘箱内进行干燥，防爆烘箱按照15℃/h的速率从室温升温至40℃，然后在40℃下恒温干燥，直至物料含水率小于或者等于0.8％，得到干物料；

D、将所得干物料入搅拌机，然后将剩余的稀释后的环氧树脂加入搅拌机的拌和均匀，得到半成品；

E、将所制得的半成品装入药筒内，置于压力机工作台上，在5MPa压力下压实，得到上述气溶胶型灭火剂。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，上述步骤A具体的还包括：收集过筛锅中的筛余物料掺入下一批次固体原料中，并充填回磨机粉磨。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，上述步骤B具体的还包括：旋转造粒机的喷气压力为0.5Mp，喷浆泵转速为5～25r·min^-1，供料机转速为5～25r·min^-1，稀释零密度为0.64g/ml，休止角为32°；造粒的粒径控制指标为最终28-32目的得料得率大于90％。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，上述步骤E中的药筒内径为40mm，高100mm，装料量为50-100g。