CN113209540B - 一种可直接投放的缓释固体防灭火材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可直接投放的缓释固体防灭火材料，属于消防安全技术领域。其由下述原料组成：干冰、可溶性微溶物质和助剂。本发明缓释固体防灭火材料的密度高，强度大，能够长时间的持续释放二氧化碳，灭火效率较高。本发明还涉及一种可直接投放的缓释固体防灭火材料的制备方法，包括步骤：S1.称取干冰、可溶性微溶物质和助剂；S2.将可溶性微溶物质和助剂进行搅拌混合处理，得到第一混合物；S3.将第一混合物和干冰进行搅拌混合处理，得到第二混合物；S4.将第二混合物依次进行成型处理和包装，即可。本发明制备方法不需要特别的处理，操作步骤比较简便，且制备效果稳定。

Description

一种可直接投放的缓释固体防灭火材料及其制备方法
技术领域
本发明属于消防安全技术领域，特别涉及一种可直接投放的缓释固体防灭火材料及制备方法。
背景技术
防火阻燃一直是人类防止自然灾害、自我保护的一个重要课题。防灭火材料是是指各种对现代防火起到绝对性的作用的、具有防止或阻滞火焰蔓延性能的灭火材料。火灾能够持续发生，主要是因为同时具有三要素，即助燃剂、可燃物和高温，而通过使用灭火材料可以有效控制三要素中至少一个要素，便可以实现灭火。
目前，在森林火灾中，传统的灭火方法是利用直升机等机载工具在火灾区域上方投放灭火材料，灭火材料一般是水、干冰或干粉，以此帮助抑制火势。但是，直升机将水、干冰或干粉等灭火材料投于火灾区域上方时，受风力影响较大，且森林地理环境比较复杂，容易造成灭火材料的投放位置偏移，起不到实质的灭火效果。
因此，目前亟需一种可直接投放的缓释固体防灭火材料来解决上述技术问题。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题提供一种可直接投放的缓释固体防灭火材料，其能够解决目前森林火灾中投放的灭火材料容易偏移位置，灭火效率较低的技术问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种可直接投放的缓释固体防灭火材料，由下述质量份原料组成：10-90份的干冰、10-90份的可溶性微溶物质和5-50份的助剂。
本发明的可直接投放的缓释固体防灭火材料的有益效果是：
(1)本发明的防灭火材料呈固体状，平均密度为1.9t/m3，能够有效缓解空中投放过程中的风力影响，提高了投放精准性；
(2)本发明的防灭火材料释放二氧化碳的速度较缓，室温常压直径100mm球释放气体平均时间为155sec，使二氧化碳能够在空气中持续更长的时间，进而延长了阻燃持续时间，为大面积的火灾控制创造了时间优势；
(3)本发明在1.2m3隔离空间，火灾规模(热释放速率)为4.0kw，表面火灾的测试条件下，灭火平均时间为3.3sec，灭火效果优于大部分传统灭火材料。
本发明的可直接投放的缓释固体防灭火材料的工作原理：
本发明的防灭火材料中的干冰受热发生升华，释放出二氧化碳气体，二氧化碳气体能够降低空气中的氧气浓度，从而实现对火灾中助燃剂的控制；同时，生成附着于燃烧表面的覆盖物，可以物理隔离燃烧物与氧气的接触，从而实现对火灾中助燃剂的控制；同时，干冰升华过程为吸热反应，吸热反应吸收大量的热量，起到降温灭火作用；
干冰的吸热反应还会促进可溶性微溶物质的变化，使可溶性微溶物质变为浆液物质，浆液物质能够覆盖在可燃物表面，从而将可燃物隔开，起到灭火和防止复燃的作用；
工作原理及反应过程如下：
CO2(固)＝CO2↑-热量(吸热)
CaSO4.2H2O＝2H2O↑+CaSO4-热量(吸热)
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，由下述质量份原料组成：30-50份的干冰、20-30份的可溶性微溶物质和15-25份的助剂。
进一步，所述可溶性微溶物质为石膏、硫酸镁和硫酸铁中的任意一种或任意质量比例的组合。
采用上述进一步方案的有益效果是：
(1)干冰的吸热反应会对石膏、硫酸镁和硫酸铁产生影响，例如石膏受火焰影响发生溶化，同时石膏中的水分受吸热影响会凝固成冰，经过反应，石膏最终会生成不燃烧的浆液物质，浆液物质主要是硫酸盐，浆液物质产生再结晶固化，会覆盖在其流经的可燃物表面；
(2)石膏、硫酸镁和硫酸铁能够有效改善防灭火材料的强度，浆液物质形成的硫酸盐对使用后的环境危害小，一般不需要进行特殊处理，简单方便。
进一步，所述石膏中的水分含量不高于20wt％。
进一步，所述助剂为第一类助剂和/或第二类助剂，所述第一类助剂为溶剂，所述第二类助剂为硅酸钠或硅酸钾。
进一步，所述助剂为第一类助剂和第二类助剂，所述第一类助剂与所述第二类助剂的质量比例为1：(2.5-10)。
采用上述进一步方案的有益效果是：
第一类助剂的溶剂能够帮助形成浆液物质，避免可溶性微溶物质受热直接形成粉末物质，为形成可燃物上的隔离面奠定基础；
第二类助剂硅酸钠和硅酸钾，均可与二氧化碳、水发生反应能够形成硅酸；硅酸在加热反应下能够生成石英晶体，石英晶体能够帮助浆液物质形成阻燃性更好的隔离面，提高灭火效果；另外，形成的浆液物质主要是硅酸钙、石英结晶、硫酸钠和碳酸钠等，对使用后的环境危害小，也不需要进行特殊处理，环境效益较好；
工作原理及反应过程如下：
CaSO4+Na2SiO3+H2O＝CaSiO3↓+Na2SO4+H2O
Na2SO3+CO2+H2O＝H2SiO3+Na2CO3
H2SIO3＝SiO2↓+H2O
进一步，所述溶剂为水或四氯化碳。
另外，本发明还提供一种可直接投放的缓释固体防灭火材料的制备方法，其能够解决目前未能够稳定制造干冰混合物类缓释固体防灭火材料的技术问题。
本发明提供一种可直接投放的缓释固体防灭火材料的制备方法，包括步骤：
S1.按如下质量份分别称取原料：10-90份的干冰、10-90份的可溶性微溶物质和5-50份的助剂；
S2.将步骤S1称取的可溶性微溶物质和助剂进行搅拌混合处理，得到第一混合物；
S3.在零下20℃至零下10℃的条件下，将步骤S2得到的第一混合物和步骤S1称取的干冰进行搅拌混合处理，得到第二混合物；
S4.将步骤S3得到第二混合物进行成型处理，再经包装后，即得可直接投放的缓释固体防灭火材料。
本发明的可直接投放的缓释固体防灭火材料的制备方法的有益效果是：
(1)在混合搅拌的条件下，可溶性微溶物质与助剂可以自然反应，制备时并不需要特别的处理，操作步骤简便；
(2)由于干冰的存在，对于制备温度有较高的要求，制备环境一般要求在零下20℃至零下10℃，有助于稳定地制备出缓释固体防灭火材料。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，步骤S2中，所述搅拌混合处理的速率为60-120RPM，时间为2-5min。
进一步，步骤S3中，所述搅拌混合处理的速率为100-150RPM，时间为1-3min。
采用上述进一步方案的有益效果是：在制备第二混合物的过程中，搅拌快一些，搅拌时间短一些，可以减少损耗。
进一步，步骤S4中，所述成型处理的压力为0.5-3.0MPa。
采用上述进一步方案的有益效果是：在此压力下能够制备出较高强度和密度的缓释固体防灭火材料。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明缓释固体防灭火材料的制备方法流程示意图；
图2为本发明砖块状的缓释固体防灭火材料结构示意图；
图3为本发明球体状的缓释固体防灭火材料结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
以下结合实施方式更加具体地说明本发明的技术方案，其中，干冰、石膏、硫酸镁、硫酸铁、水、硅酸钠和硅酸钾等原料可以市售购买，如干冰可以购自成都望瑞气体销售有限责任公司的颗粒干冰，石膏可以用烟气脱硫生成的副产品石膏，硅酸钠用速溶硅酸钠粉。
在本发明的一个方面，本发明提供一种可直接投放的缓释固体防灭火材料，其由下述质量份原料组成：10-90份的干冰、10-90份的可溶性微溶物质和5-50份的助剂。
根据本发明的实施例，所述可溶性微溶物质为石膏、硫酸镁、硫酸铁中的一种或任意组合。石膏、硫酸镁、硫酸铁均微溶物质，且在高温下可溶化，有助形成浆液；同时，石膏、硫酸镁、硫酸铁所产生的硫酸根溶入溶剂中，浆液物质产生再结晶固化，能够起到隔离作用，灭火和防止复燃的作用。
根据本发明的实施例，所述石膏中的水分含量不高于20wt％，石膏含水过高，容易形成板结硬块，不利于后续混合。
根据本发明的实施例，所述助剂为第一类助剂和/或第二类助剂，所述第一类助剂为溶剂，所述第二类助剂为硅酸钠或硅酸钾。
根据本发明的实施例，所述助剂为第一类助剂和第二类助剂，所述第一类助剂与所述第二类助剂的质量比例为1：(2.5-10)。
第一类助剂的溶剂能够帮助形成浆液物质，避免可溶性微溶物质受热直接形成粉末物质，为形成可燃物上的隔离面奠定基础。
另外，发明人发现，第一类助剂和第二类助剂的选择和用量形式较为多样，主要参考的因素在于可溶性微溶物质。例如，若可溶性微溶物质为石膏，石膏本身含有一定水分，即可以形成浆液物质，那么第一类助剂的用量可以减少，甚至可以不需要使用，具有较高经济价值；若可溶性微溶物质为硫酸镁，为了确保形成浆液物质，一般会适当使用第一类助剂。
第二类助剂硅酸钠和硅酸钾，均可与二氧化碳、水发生反应能够形成硅酸；硅酸在加热反应下能够生成石英晶体，石英晶体能够帮助浆液物质形成阻燃性更好的隔离面，提高灭火效果。
根据本发明的实施例，所述溶剂为水或四氯化碳。水作为常见的强极性无机溶剂，无色无毒，适宜提取的成分较多，价廉易得，使用安全。四氯化碳作为有机溶剂，不溶于水，且不易燃，本身便可以用作灭火剂，但是四氯化碳在高温下容易产生有毒气体，因此使用情景应该较为严苛。
在本发明的另一个方面，本发明提供一种可直接投放的缓释固体防灭火材料的制备方法，包括步骤：
S1.称取干冰、可溶性微溶物质和助剂，备用；
S2.将可溶性微溶物质和助剂进行搅拌混合处理，得到第一混合物；
根据本发明的实施例，步骤S2中，所述搅拌混合处理的速率为60-120RPM，时间为2-5min。
S3.在零下20℃至零下10℃的条件下，将第一混合物和干冰进行搅拌混合处理，得到第二混合物；
根据本发明的实施例，步骤S3中，所述搅拌混合处理的速率为100-150RPM，时间为1-3min。发明人发现，在制备第二混合物的过程中，搅拌快一些，搅拌时间短一些，可以减少损耗。
S4.将第二混合物进行成型处理，再经包装后，即得到可直接投放的缓释固体防灭火材料。
根据本发明的实施例，成型处理的压力并不受特别限制，步骤S4中，所述成型处理是在0.5-3MPa的压力下进行的。若压力过高，会出现过压现象，增加生产能耗，而压力过低，防灭火材料压不密实，不能保持形态，导致强度变差。
另外，经过成型处理后的第二混合物可以具有多种形状，发明人发现，通过液压式压块机对第二混合物料进行干压成型，可以得到砖块状的防灭火材料，砖块状的防灭火材料应用更加广泛，例如，在洪涝灾害发生时的临时加高水渠、堰坝，也可以作为决堤的临时加固物资；也通过辊式压球机对第二混合物料进行干压成型，可以得到球体状的防灭火材料，在灭火过程中直接投放使用。
保存可直接投放的缓释固体防灭火材料，一般可以选择在零下20℃至零下10℃的条件进行存放，保存效果较为稳定。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
方式1
一种可直接投放的缓释固体防灭火材料，由下述质量份原料组成：2.5t的干冰、2.0t的石膏和0.3t的硅酸钠。
本方式可直接投放的缓释固体防灭火材料的制备方法，包括步骤：
按照石膏的进料流量为2.0t/h、硅酸钠的进料流量为0.3t/h，将石膏和硅酸钠持续倒入滚筒式搅拌机中，搅拌2min，搅拌速率为120RPM，得到第一混合物；其后，在零下15℃的条件下，按照干冰的进料流量为0.3t/h，将第一混合物和干冰持续倒入滚筒式搅拌机中，搅拌1min，搅拌速率为150RPM，得到第二混合物；最后，将第二混合物加入液压式压块机内，在2.0MPa的条件下机压成型，再经包装后，即得可直接投放的缓释固体防灭火材料。
方式2
一种可直接投放的缓释固体防灭火材料，由下述质量份原料组成：2.0t的干冰、2.0t的硫酸镁和1.0t的水。
本方式可直接投放的缓释固体防灭火材料的制备方法，包括步骤：
按照硫酸镁的进料流量为2.0t/h、水的进料流量为1.0t/h，将硫酸镁和水持续倒入滚筒式搅拌机中，搅拌5min，搅拌速率为60RPM，得到第一混合物；其后，在零下20℃的条件下，按照干冰的进料流量为2.0t/h，将第一混合物和干冰持续倒入滚筒式搅拌机中，搅拌2min，搅拌速率为100RPM，得到第二混合物；最后，将第二混合物加入液压式压块机内，在2.5MPa的条件下机压成型，再经包装后，即得可直接投放的缓释固体防灭火材料。
方式3
一种可直接投放的缓释固体防灭火材料，由下述质量份原料组成：3.2t的干冰、3.2t的硫酸铁、0.6t的水和1.2t的硅酸钠。
本方式可直接投放的缓释固体防灭火材料的制备方法，包括步骤：
按照硫酸铁的进料流量为3.2t/h、水的进料流量为0.6t/h、硅酸钠的进料流量为1.2t/h，将硫酸铁、水和硅酸钠持续倒入滚筒式搅拌机中，搅拌3min，搅拌速率为120RPM，得到第一混合物；其后，在零下10℃的条件下，按照干冰的进料流量为3.2t/h，将第一混合物和干冰持续倒入滚筒式搅拌机中，搅拌1min，搅拌速率为120RPM，得到第二混合物；最后，将第二混合物加入液压式压块机内，在0.7MPa的条件下机压成型，再经包装后，即得可直接投放的缓释固体防灭火材料。
方式4
一种可直接投放的缓释固体防灭火材料，由下述质量份原料组成：3.2t的干冰、0.4t的硫酸铁、0.4t的水和1.0t的硅酸钠。
本方式可直接投放的缓释固体防灭火材料的制备方法，包括步骤：
按照硫酸铁的进料流量为0.4t/h、水的进料流量为0.4t/h、硅酸钠的进料流量为1.0t/h，将硫酸铁、水和硅酸钠持续倒入滚筒式搅拌机中，搅拌4min，搅拌速率为110RPM，得到第一混合物；其后，在零下18℃的条件下，按照干冰的进料流量为3.2t/h，将第一混合物和干冰持续倒入滚筒式搅拌机中，搅拌2min，搅拌速率为120RPM，得到第二混合物；最后，将第二混合物加入液压式压块机内，在2.0MPa的条件下机压成型，再经包装后，即得可直接投放的缓释固体防灭火材料。
方式5
一种可直接投放的缓释固体防灭火材料，由下述质量份原料组成：1.2t的干冰、2.0t的硫酸铁、1.2t的四氯化碳和0.2t的硅酸钠。
本方式可直接投放的缓释固体防灭火材料的制备方法，包括步骤：
按照硫酸铁的进料流量为2.0t/h、四氯化碳的进料流量为1.2t/h、硅酸钠的进料流量为0.2t/h，将硫酸铁、四氯化碳和硅酸钠持续倒入滚筒式搅拌机中，搅拌4min，搅拌速率为100RPM，得到第一混合物；其后，在零下20℃的条件下，按照干冰的进料流量为1.2t/h，将第一混合物和干冰持续倒入滚筒式搅拌机中，搅拌1min，搅拌速率为100RPM，得到第二混合物；最后，将第二混合物加入液压式压块机内，在3.0MPa的条件下机压成型，再经包装后，即得可直接投放的缓释固体防灭火材料。
方式6
一种可直接投放的缓释固体防灭火材料，由下述质量份原料组成：3.0t的干冰、3.0t的石膏、0.3t的水和0.6t的硅酸钾。
本方式可直接投放的缓释固体防灭火材料的制备方法，包括步骤：
按照石膏的进料流量为3.0t/h、水的进料流量为0.3t/h、硅酸钾的进料流量为0.6t/h，将石膏、水和硅酸钾持续倒入滚筒式搅拌机中，搅拌5min，搅拌速率为120RPM，得到第一混合物；其后，在零下10℃的条件下，按照干冰的进料流量为3.0t/h，将第一混合物和干冰持续倒入滚筒式搅拌机中，搅拌3min，搅拌速率为140RPM，得到第二混合物；最后，将第二混合物加入液压式压块机内，在2.4MPa的条件下机压成型，再经包装后，即得可直接投放的缓释固体防灭火材料。
将上述方式1至方式6得到的缓释固体防灭火材料进行测试，测试标准为《GBJ16-87》，测试条件为：1.2m3隔离空间，火灾规模(热释放速率)为4.0kw，表面火灾；对比方式的防灭火材料是干冰，测试结果如下：
Figure BDA0003002276630000111
由上述测试结果可知，第一，本发明缓释固体防灭火材料的平均密度为1.9t/m3，可以有效减小受到的水平作用力，从而缓解空中投放过程中的风力影响，提高了投放精准性。第二，本发明室温常压直径100mm球释放气体平均时间为155sec，相比较于干冰，干冰的释放时间为145sec，因此本发明使二氧化碳能够在空气中持续更长的时间，进而延长了阻燃持续时间。第三，本发明灭火平均时间为3.3sec，相比较于干冰，干冰的灭火时间为3.6sec，因此本发明灭火效果能够与传统灭火材料持平，甚至超过传统灭火材料。
下面，我们还对本发明的缓释固体防灭火材料的使用方法及步骤进行具体说明：
首先，选择砖块状的缓释固体防灭火材料作为应用材料，在实验火灾区域构建封闭围坝，形成阻火带，阻火带位于着火区域与未燃烧区域之间；
其后，在实验火灾区放置可燃烧物，并投放火源；观察燃烧区域，并向燃烧剧烈的区域抛洒缓释固体防灭火材料；
最后，灭火后，将可燃烧体清理保存，巩固灭火成果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种可直接投放的缓释固体防灭火材料，其特征在于，由下述质量份原料组成：10-90份的干冰、10-90份的可溶性微溶物质和5-50份的助剂，所述可溶性微溶物质为石膏、硫酸镁和硫酸铁中的任意一种或任意质量比例的组合，所述助剂为第一类助剂和/或第二类助剂，所述第一类助剂为溶剂，所述第二类助剂为硅酸钠或硅酸钾，所述溶剂为水或四氯化碳。
2.根据权利要求1所述的可直接投放的缓释固体防灭火材料，其特征在于，由下述质量份原料组成：30-50份的干冰、20-30份的可溶性微溶物质和15-25份的助剂。
3.根据权利要求1所述的可直接投放的缓释固体防灭火材料，其特征在于，所述石膏中的水分含量不高于20wt％。
4.根据权利要求1所述的可直接投放的缓释固体防灭火材料，其特征在于，所述助剂为第一类助剂和第二类助剂，所述第一类助剂与所述第二类助剂的质量比例为1：(2.5-10)。
5.权利要求1所述的可直接投放的缓释固体防灭火材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.按如下质量份分别称取原料：10-90份的干冰、10-90份的可溶性微溶物质和5-50份的助剂；
S2.将步骤S1称取的可溶性微溶物质和助剂进行搅拌混合处理，得到第一混合物；
S3.在零下20℃至零下10℃的条件下，将步骤S2得到的第一混合物和步骤S1称取的干冰进行搅拌混合处理，得到第二混合物；
S4.将步骤S3得到的第二混合物进行成型处理，再经包装后，即得可直接投放的缓释固体防灭火材料。
6.根据权利要求5所述的可直接投放的缓释固体防灭火材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述搅拌混合处理的速率为60-120RPM，时间为2-5min。
7.根据权利要求5所述的可直接投放的缓释固体防灭火材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述搅拌混合处理的速率为100-150RPM，时间为1-3min。
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