CN110448851A - 一种核壳结构粉体灭火介质及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核壳结构粉体灭火介质及其制备方法和应用，涉及灭火技术领域，所述的核壳结构粉体灭火介质由包括以下重量份的组分制备得到：壳材料2～10份，核材料85～98份；所述核材料为钾盐水溶液或铁盐分散液。本发明提供的核壳结构粉体灭火介质是一种清洁、环保、安全、无毒的灭火介质，制备工艺简单，降温速度快，流动性好，对储存设备及输送管道腐蚀性低，且稳定性好，应用范围广，可快速扑灭气体、液体和固体火灾，在灭火过程中不会产生有害气体和造成环境污染，具有良好的经济效益和社会效益。

Description

一种核壳结构粉体灭火介质及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及灭火材料技术领域，具体涉及一种核壳结构粉体灭火介质及其制备方法和应用。

背景技术

传统灭火剂中，水与干粉以价格低廉、资源丰富、灭火迅速、适用多种类型火灾等特点，被视为哈龙灭火剂的主要替代品。但是水灭火仍属于物理作用范畴，效能较低，虽然可以通过向水中加入添加剂或以细水雾灭火的方式提高其灭火效能，但是，由于水的汽化温度较低，雾滴往往在临近甚至远离火焰的区域就发生汽化，难以输送到火焰反应核心区发挥冷却作用和化学灭火作用。另外，水不具有覆盖灭火作用，无法有效阻挡燃料液面与空气的接触，即便灭火，也随时可能复燃。干粉在灭火过程中具有一定的覆盖作用，但不具有冷却作用，并且流动性较差，导致其应用场所受其自身性能的限制。另外，水或干粉灭火剂的灭火效率和通用性也有待于进一步提高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种清洁、环保、安全、无毒，可快速扑灭气体、液体和固体火灾的核壳结构粉体灭火介质，本发明提供的核壳结构灭火介质具有较好的流动性，对储存设备及输送管道腐蚀性低，稳定性好，且具有较好的灭火和抑制复燃的作用。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种核壳结构粉体灭火介质，由包括以下重量份的组分制备得到：壳材料2～10份，核材料85～98份；

所述核材料为钾盐水溶液或铁盐分散液。

优选地，所述壳材料为二氧化硅、二氧化钛、碳酸钙、三氧化二铝、蒙脱土和膨润土中的一种或几种。

优选地，所述核材料中溶质的质量浓度为0.01～40％。

优选地，所述钾盐水溶液中的钾盐为无机钾盐和/或有机钾盐；所述铁盐分散液中的铁盐为二茂铁。

优选地，按照重量份数计，还包括添加剂0.1～2份。

优选地，所述添加剂为高含氢量甲基含氢硅油、海藻酸钠、环氧树脂、丙烯酰胺、N,N'－亚甲基双丙烯酰胺、丙三醇、聚乙二醇200，聚乙二醇300、聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚乙烯醇、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、壳聚糖、烷基苯磺酸钠、丙烯酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵和葡萄糖酸内酯中的一种或几种的混合物。

本发明提供了上述技术方案所述核壳结构粉体灭火介质的制备方法，将壳材料和核材料混合后，壳材料包覆在核材料表面，得到所述核壳结构粉体灭火介质。

优选地，将壳材料和核材料混合后，还包括向所得体系中加入添加剂。

优选地，所述混合在搅拌或震荡条件下进行，所述搅拌的速度为8000～15000r/min，时间为10～40s；所述震荡频率为100～600rpm，时间为1～20min。

本发明还提供了上述技术方案所述核壳结构粉体灭火介质或上述技术方案所述制备方法制备得到的核壳结构粉体灭火介质在扑灭气体、液体和固体火灾中的应用。

本发明提供了一种核壳结构粉体灭火介质，由包括以下重量份的组分制备得到：壳材料2～10份，核材料85～98份；所述核材料为钾盐水溶液或铁盐分散液。相对于传统灭火剂，本发明核壳结构粉体灭火介质具有如下优点：

1)本发明提供的核壳结构粉体灭火介质既能发挥水的冷却降温和稀释氧窒息作用，又能发挥含有灭火活性组分的核材料的化学自由基湮灭和覆盖隔绝氧气的灭火作用，提高了灭火效率；

2)本发明提供的核壳结构粉体灭火介质用壳材料将含有灭火活性组分的核材料包裹起来，形成微米级的小颗粒，增大了灭火活性组分与火焰接触的面积，减少了灭火剂的用量；

3)本发明提供的核壳结构粉体灭火介质在壳体的保护下，可以有效控制壳内灭火组分在未到达火焰附近前的析出和蒸发，提高了灭火效率；

4)本发明提供的核壳结构粉体灭火介质可快速扑灭气体、液体和固体火灾，应用范围广，通用性好；

5)本发明提供的核壳结构灭火介质制备方法简便，具有较好的流动性，对储存设备及输送管道腐蚀性低，稳定性好，且具有较好的灭火和抑制复燃的作用；

6)本发明提供的核壳结构灭火介质清洁、环保、安全、无毒。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的核壳结构灭火材料的扫描电镜图；

图2为本发明实施例2制备的核壳结构灭火材料的扫描电镜图；

图3为本发明实施例3制备的核壳结构灭火材料的扫描电镜图；

图4为本发明实施例4制备的核壳结构灭火材料的扫描电镜图；

图5为本发明试验例灭火效果图；

图6为灭火实验装置结构图。

具体实施方式

本发明提供了一种核壳结构粉体灭火介质，由包括以下重量份的组分制备得到：壳材料2～10份，核材料85～98份；

所述核材料为钾盐水溶液或铁盐分散液。

在本发明中，若无特殊说明，所有的原料组分均为本领域技术人员熟知的市售商品。

在本发明中，按重量份数计，制备所述核壳结构粉体灭火介质的原料包括壳材料2～10份，优选为4.5～5份。在本发明中，所述壳材料为二氧化硅、二氧化钛、碳酸钙、三氧化二铝、蒙脱土和膨润土中的一种或几种。在本发明中，所述壳材料的粒径优选为小于100μm，更优选为小于30μm。在本发明中，所述壳材料优选经疏水处理后制备所述核壳结构粉体灭火介质，在本发明的具体实施例中，将二氧化硅经六甲基二硅氯烷处理后，得到疏水二氧化硅，用于制备核壳结构粉体灭火介质。在本发明中，壳材料经过疏水处理后，有利于在核材料表面的粘附和分散，本发明采用的壳材料具有优异的耐高温性能，可以提高核壳结构灭火材料在火焰区域的停留时间，至火焰中心区时释放液滴，从而达到更优、更高效的灭火效果。

在本发明中，以所述壳材料的重量份数为基准，制备所述核壳结构粉体灭火介质的原料包括核材料85～98份，优选为90～98份。在本发明中，所述核材料为钾盐水溶液或铁盐分散液，溶质的质量浓度优选为0.01～40％，更优选为0.1～30％。在本发明中，所述钾盐水溶液中的钾盐优选为无机钾盐和/或有机钾盐，更优选为硝酸钾、醋酸钾、氯化钾、磷酸二氢钾、碳酸钾、乙二酸钾、联四唑钾盐、偶氮四唑钾盐、苯甲酸钾盐、对苯二甲酸钾、邻苯二甲酸钾、山梨酸钾、硬脂酸钾和二羟基乙二肟钾盐中的一种或几种的混合物。在本发明中，所述铁盐分散液中的铁盐优选为二茂铁。

在本发明中，以所述壳材料的重量份数为基准，制备所述核壳结构粉体灭火介质的原料优选包括添加剂0.1～2份，更优选为0.5～2份。在本发明中，所述添加剂优选为高含氢量甲基含氢硅油、海藻酸钠、环氧树脂、丙烯酰胺、N,N'－亚甲基双丙烯酰胺、丙三醇、聚乙二醇200，聚乙二醇300、聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚乙烯醇、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、壳聚糖、烷基苯磺酸钠、丙烯酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵和葡萄糖酸内酯中的一种或几种的混合物。在本发明中，所述添加剂具有分散和密封作用，能够将含有灭火活性组分的核材料更加紧密地密封于壳材料中。

本发明提供的核壳结构粉体灭火介质的粒径小于200nm，优选为20～150nm。

本发明提供了述技术方案所述核壳结构粉体灭火介质的制备方法，将壳材料和核材料混合后，壳材料包覆在核材料表面，得到所述核壳结构粉体灭火介质。

在本发明中，当制备原料中包括添加剂时，优选将壳材料、核材料和添加剂混合后，壳材料包覆在核材料表面，得到所述核壳结构粉体灭火介质。

本发明对所述混合的具体方式没有特殊的要求，采用本领域常规的混合方式即可，以得到核壳结构的粉体灭火介质为宜。在本发明中，所述混合优选在搅拌或震荡条件下进行。当所述混合在搅拌条件下进行时，所述搅拌的速度优选为8000～15000r/min，更优选为12000～15000r/min；所述搅拌的时间优选为10～40s，更优选为20～30s。

当所述混合在震荡条件下进行时，所述震荡的频率优选为100～600rpm，更优选为300～600rpm；所述震荡的时间优选为1～20min。

在本发明中，所述混合优选采用液滴雾化的方式，本发明对所述液滴雾化的具体工艺没有特殊的要求，采用本领域常规的液滴雾化工艺即可。

在本发明中，所述混合优选在常温水中进行，制备方法简便，有利于节省能耗。

本发明还提供了上述技术方案所述核壳结构粉体灭火介质或上述技术方案所述制备方法制备得到的核壳结构粉体灭火介质在扑灭气体、液体和固体火灾中的应用。本发明提供的核壳结构灭火材料应用范围广，可快速扑灭气体、液体和固体火灾，可广泛应用于计算机房、大型油罐火灾现场和大型危险品仓储等场所；本发明提供的核壳结构粉体灭火材料具有降温速度快、流动性好、对储存设备及输送管道腐蚀性低；而且稳定性好，在室温条件下存放6个月，灭火效果无明显下降。本发明提供的核壳结构粉体灭火材料是一种清洁、环保、安全、无毒的灭火材料，在灭火过程中不会产生有害气体和造成环境污染。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例核壳结构粉体灭火介质由水、硝酸钾、二氧化硅、海藻酸钠和高含氢量甲基含氢硅油制备得到，各原料的质量百分含量为：

制备方法为：

室温下，将硝酸钾倒入水中进行搅拌，直至完全溶解后，加入海藻酸钠并搅拌均匀；

将上述液体倒入高速搅拌机的搅拌容器中，依次加入二氧化硅和高含氢量甲基含氢硅油，在15000r/min转速条件下连续搅拌30s，即制得核壳结构粉体灭火介质。

实施例2

与实施例1的制备方法基本相同，不同之处仅在于，制备原料及其质量百分含量为：

实施例3

与实施例1的制备方法基本相同，不同之处仅在于，制备原料及其质量百分含量为：

实施例4

与实施例1的制备方法基本相同，不同之处仅在于，制备原料及其质量百分含量为：

实施例5

与实施例1的制备方法基本相同，不同之处仅在于，制备原料及其质量百分含量为：

试验例

对实施例1～4制备得到核壳结构灭火剂以及传统灭火剂进行灭火性能检测，灭火效果如图5所示；其中，火源和具体检测方法为：

为最大限度地降低环境因素以及人为操作对实验结果的影响，灭火实验在1m³(1.2m×0.7m×1.2m)的箱体内进行，箱体顶部设置干水施放装置，包括储罐和喷嘴：储罐最大储粉量为500g，喷嘴内径1.8mm，锥角60°，喷射角范围为5°～7°；喷射口位于距油盘底部正中心上方1m处。实验用油盘直径为30cm，实验用燃料为环己烷(纯度＞99％)；4根镍铬合金K型热电偶用于测量不同火焰高度处的温度，接近油盘的1#热电偶设置在距离底部中心6cm处，距离1#热电偶由近及远分别为2-4#热电偶，且每根间隔为10cm；温度数据的采集选用拓普瑞TP700多路数据记录仪，每秒采集4个温度数据；箱体设有观察窗用于观察粉体作用下火焰的燃烧形态和熄灭过程；施放干水采用气动的形式，将高压氮气瓶与干水储罐直接相连，通过调节气瓶上的减压阀控制施加压力，实验装置的详细结构如图6所示。

实验过程为：称量干水储罐的净质量M1，称取质量为M2＝200g的灭火剂装入储罐中，调节减压阀使储罐内的罐内的充装压力为1MPa；开启箱体门，将50mL环己烷装入油盘，点燃环己烷并保持箱体门开启状态预燃30s后关闭箱门，箱门关闭后5s施加灭火剂，至火焰熄灭后停止施加，并称量储罐的质量M3，则实际灭火剂用量M＝M1+M2-M3；实验过程用数码相机进行记录，每组实验至少重复5次并取平均值；若某种灭火剂出现灭火失败的情况，则增加储罐中灭火剂的质量直至得到成功灭火所需质量；考虑到灭火实验中时间和质量的不确定性，将实验结果的误差为±10％。

其中，ODP是普通干粉灭火剂，GDW是凝胶型干水灭火剂，UDP是超细干粉灭火剂。由图5可以看出，只需要使用37.09～46.47g实施例1提供的核壳结构灭火剂即可达到灭火效果；只需要使用38.61～47.03g实施例2提供的核壳结构灭火剂即可达到灭火效果；只需要使用44.5～46.98g实施例3提供的核壳结构灭火剂即可达到灭火效果；只需要使用42.26～45.36g实施例4提供的核壳结构灭火剂即可达到灭火效果。说明本发明能够在使用较少量核壳结构灭火材料的前提下即可实现灭火，相比于传统灭火材料具有更优的灭火效果。

本发明提供的核壳结构粉体灭火介质既能发挥水的冷却降温、稀释氧窒息作用，又能发挥灭火活性组分化学自由基湮灭和覆盖隔绝氧气的灭火作用，适用于扑灭各类常见火灾，是一种清洁、环保、安全、无毒的灭火介质，制备工艺简单，降温速度快，流动性好，对储存设备及输送管道腐蚀性低，应用范围广、灭火效率高，且稳定性好。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种核壳结构粉体灭火介质，其特征在于，由包括以下重量份的组分制备得到：壳材料2～10份，核材料85～98份；

所述核材料为钾盐水溶液或铁盐分散液。

2.根据权利要求1所述的核壳结构粉体灭火介质，其特征在于，所述壳材料为二氧化硅、二氧化钛、碳酸钙、三氧化二铝、蒙脱土和膨润土中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的核壳结构粉体灭火介质，其特征在于，所述核材料中溶质的质量浓度为0.01～40％。

4.根据权利要求3所述的核壳结构粉体灭火介质，其特征在于，所述钾盐水溶液中的钾盐为无机钾盐和/或有机钾盐；所述铁盐分散液中的铁盐为二茂铁。

5.根据权利要求1～4任一项所述的核壳结构粉体灭火介质，其特征在于，按照重量份数计，还包括添加剂0.1～2份。

6.根据权利要求5所述的核壳结构粉体灭火介质，其特征在于，所述添加剂为高含氢量甲基含氢硅油、海藻酸钠、环氧树脂、丙烯酰胺、N,N'－亚甲基双丙烯酰胺、丙三醇、聚乙二醇200，聚乙二醇300、聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚乙烯醇、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、壳聚糖、烷基苯磺酸钠、丙烯酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵和葡萄糖酸内酯中的一种或几种的混合物。

7.权利要1～6任一项所述核壳结构粉体灭火介质的制备方法，其特征在于，将壳材料和核材料混合后，壳材料包覆在核材料表面，得到所述核壳结构粉体灭火介质。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，将壳材料和核材料混合后，还包括向所得体系中加入添加剂。

9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，所述混合在搅拌或震荡条件下进行，所述搅拌的速度为8000～15000r/min，时间为10～40s；所述震荡频率为100～600rpm，时间为1～20min。

10.权利要求1～6任一项所述核壳结构粉体灭火介质或权利要求7～9任一项所述制备方法制备得到的核壳结构粉体灭火介质在扑灭气体、液体和固体火灾中的应用。