一种燃烧爆炸抑制剂的制作方法

1.本发明属于燃烧爆炸安全技术领域，涉及一种用于抑制控制燃烧爆炸的抑制剂组合物。


背景技术：

2.可燃气体和粉尘在合适的条件下会发生燃烧爆炸，进而引发火灾或爆炸损伤，造成人员伤亡、重大财产损失以及环境破坏。因此，对燃烧爆炸的抑制控制十分重要。
3.燃烧和爆炸有时分别单独发生，也有时同步发生或序贯发生。比如，燃烧在一定条件下会转变成破坏力更强的爆炸，是大家已经熟知的常识。
4.燃烧的抑制控制技术手段包括降低温度、移除燃料、隔绝空气（氧气）、中断燃烧链式反应等，这也是消防灭火的基本原理和方法。相应的灭火剂有水（含细水雾）、惰性气体、磷酸铵盐干粉、碳酸氢钠干粉、热气溶胶以及七氟丙烷、全氟己酮等含氟灭火剂。
5.而对爆炸的抑制控制则困难得多。由于爆炸反应极度迅速、猛烈，爆炸冲击波破坏性超强，对爆炸的抑制控制一直是困扰科技界的难题。现有爆炸抑制控制技术主要采用细水雾、abc干粉灭火剂或惰性矿粉等材料对爆炸冲击波进行衰减，以降低其破坏程度，但效果并不令人满意。
6.cn 105781605a“一种抑爆剂及其制备方法”、cn 107974257a“一种抑制煤尘爆炸的粉体抑爆剂及其制备方法”、cn 109897613a“一种抑制油页岩粉尘爆炸的复合型抑爆剂及其制备方法”等主要针对煤尘等特定粉尘爆炸发挥一定的抑爆作用，但未明确记载抑制燃烧的效果。
7.cn 110566264a“一种超细蒙脱土基核壳结构抑爆剂及其制备方法”、cn 112500883a“一种惰性气体驱动的冷气溶胶抑爆剂及其制备方法”及cn 114452582a“一种水基微包囊灭火降烟抑爆剂制备方法与应用”等虽然在抑爆的同时体现了抑燃作用，但其用于抑燃的材料主要是常用的灭火剂如磷酸铵盐、碳酸氢钠、碳酸氢钾、惰性气体、水等，这些灭火剂主要以降温、稀释或隔绝空气中氧的方式抑制燃烧，不仅抑燃效率较低，而且制备工艺复杂，较难大规模工业生产和推广应用。
8.现实中迫切需要能够同时抑制燃烧和爆炸的高效率燃烧爆炸抑制物料，不仅能适应于煤尘、瓦斯，而且能够对氢气、乙炔气、一氧化碳气等绝大多数燃爆气体进行高效的抑燃抑爆。


技术实现要素：

9.本发明的目的是提供一种燃烧爆炸抑制剂，该燃烧爆炸抑制剂作为一种全新的抑燃抑爆组合物，在具有良好阻断燃烧作用的同时，还可以大幅度降低爆炸冲击波的破坏力。
10.本发明在多年深入基础研究和实践探索的基础上，发现燃烧和爆炸虽然在化学反应速度、能量释放速率等外在表现上有很大的不同，但也有共同的特点，即燃烧和爆炸在化学上都属于自由基链式反应，只要能有效切断燃烧、爆炸链式反应，燃烧、爆炸速率就会大
幅下降甚至停止，从而使燃烧和爆炸得到根本的抑制和控制。
11.为此，本发明构建了一种特定的氧化物与特定含k化学物质的组合物，该组合物能够在燃烧、爆炸的高温条件下迅速产生大量的k

活性自由基，通过化学反应的方式快速消耗燃烧爆炸反应链中的自由基oh-和h

，并结合组合物粉体具有的很大比表面积和超强的自由基吸附效应，能够迅速中断燃烧爆炸链式反应，并阻碍爆炸冲击波的传播，从而达到抑燃抑爆的目的。基于上述原因，本发明组合物不仅具有良好的阻断燃烧作用，而且能够大幅度降低爆炸冲击波压力，并减轻其破坏效应。
12.具体地，本发明所述的燃烧爆炸抑制剂是由44～73wt%氧化物与27～56wt%特定含k化学物质混合并细化得到的组合物粉体。
13.具体地，所述的氧化物是mgo或al2o3与sio2的混合物。
14.其中，由于性质相似，本发明燃烧爆炸抑制剂中的氧化物mgo可以被al2o3替代。
15.更具体地，所述的氧化物中，mgo或al2o3占燃烧爆炸抑制剂总量的16～28wt%，sio2占燃烧爆炸抑制剂总量的22～57wt%。
16.具体地，所述的特定含k化学物质是k2s
·
5h2o、ch3cook或kno3中的任意一种。
17.同样，本发明燃烧爆炸抑制剂中的k2s
·
5h2o也可以被ch3cook或kno3替代，因为后者也能在燃烧爆炸的高温条件下产生出大量的活性自由基k

。
18.本发明所述燃烧爆炸抑制剂组合物粉体的粒度范围优选为600～3000目，粉体的粒度越细，其抑制燃烧爆炸的效果越好。
19.构成本发明燃烧爆炸抑制剂的关键组分包括mgo、al2o3、sio2、k2s
·
5h2o、ch3cook、kno3等，依据本发明燃烧爆炸抑制剂的抑燃抑爆原理，高岭土、滑石粉、石英砂、硅藻土、硝石（焰硝）等矿物原料的主体成分为本发明组合物的关键组分，将其进行适当的加工处理和组合，无疑也具有一定的抑燃抑爆能力。
20.进一步地，本发明还提供了一种所述燃烧爆炸抑制剂的制备方法，包括将所述各种原料分别粉碎至粒度600目以下，按照其质量百分含量混匀得到混合物料，于80～100℃下干燥30～60min，制备得到本发明燃烧爆炸抑制剂组合物粉体。
21.更进一步地，本发明所述制备方法还可以包括在所述混合物料中加入原料总质量1.2%的白炭黑和0.6%的甲基含氢硅油。
22.更具体地，本发明优选将加入白炭黑和甲基含氢硅油的混合物料以40～120rpm的转速混合包覆90min，并干燥至含水率低于0.2%。
23.本发明上述制备方法中，加入白炭黑和甲基含氢硅油的主要目的是为了使本发明的燃烧爆炸抑制剂组合物粉体在储存过程中不吸潮结块，使用时便于喷洒和施放，与本发明燃烧爆炸抑制剂的抑燃抑爆特性并无实质性关联。
24.因此，本发明的燃烧爆炸抑制剂组合物粉体也可以采用其它方法进行粉碎、包覆、混合、干燥，可以达到同样或类似的物理效果。
25.本发明燃烧爆炸抑制剂的具体使用方法包括采用喷洒的方式将本发明的组合物粉体快速施放到火场中，或者将本发明的组合物粉体提前掺入在爆炸气体或粉尘中，也可以将本发明的组合物粉体设置于燃烧火焰或爆炸冲击波传播的通道中。
26.本发明制备的燃烧爆炸抑制剂是一种能够快速抑制液体、气体燃烧爆炸的组合物。其中的抑制燃烧是指对诸如森林草原中树木、落叶、杂草火灾的大面积燃烧火焰；瓦斯、
煤气、乙炔等可燃气体火焰；汽油、煤油、柴油、酒精等各种碳氢化合物的可燃液体火焰的迅速抑制控制，甚至熄灭，以减少其火灾造成的损失。而抑制爆炸则是指将气体、粉尘等爆炸产生的冲击波压力迅速衰减，爆炸火球温度大幅下降，破坏力大大降低。
27.本发明的燃烧爆炸抑制剂不仅能够快速抑制可燃液体火焰和可燃气体火焰，对于由树木、杂草等引发的大规模森林草原火灾的大面积燃烧火焰，本发明燃烧爆炸抑制剂同样具有良好的抑制控制效果。
28.但是，本发明燃烧爆炸抑制剂的抑燃抑爆对象并不包括火炸药、烟火药等自供氧体系的燃爆。
29.本发明的燃烧爆炸抑制剂具有良好的抑制燃烧和爆炸的效果，组合物配比不同，抑制效果也会有所不同。典型的场景试验显示，在1m3的封闭空间内，只需要喷入5～12g的本发明燃烧爆炸抑制剂，即可使汽油、正庚烷等燃料的燃烧火焰在5s内完全熄灭；20l球形爆炸容器内的抑爆试验也证明，喷入5g本发明燃烧爆炸抑制剂，即可使氢气/空气、瓦斯/空气的爆炸冲击波最大压强下降约40～50%。
附图说明
30.图1是20l球形爆炸容器试验系统测试的氢气燃爆抑爆试验曲线。
具体实施方式
31.下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，从而使本领域技术人员能很好地理解和利用本发明，而不是限制本发明的保护范围。
32.本发明以下实施例和对照例中涉及到的生产工艺、实验方法或检测方法，若无特别说明，均为现有技术中的常规方法，且其名称和/或简称均属于本领域内的常规名称，在相关用途领域内均非常清楚明确，本领域内技术人员能够根据该名称理解常规工艺步骤并应用相应的设备，按照常规条件或制造商建议的条件进行实施。
33.本发明实施例中使用的各种仪器、设备、原料或试剂，并没有来源上的特殊限制，均为可以通过正规商业途径购买获得的常规产品，也可以按照本领域技术人员熟知的常规方法进行制备。
34.将3l氢气通入20l球型爆炸容器的罐体中，与空气混合形成气相混合物，延时90ms后点火，测得的氢燃爆压强随时间变化规律如图1中所示的空白曲线（
×
连线），其最大压强达到1.303mpa，最大压强上升速率为21.858mpa/s。
35.分别选取不同实施例的燃烧爆炸抑制剂进行抑爆试验，每次试验通入3l氢气后，称取各自的燃烧爆炸抑制剂5g，在高压空气的气动作用下通过喷头喷入罐体内，延时90ms后点火引发混合物燃爆，测得不同燃烧爆炸抑制剂加入后氢燃爆压强随时间的变化曲线如图1中的1#～5#曲线。
36.实施例1。
37.按照各种原料的质量百分数为：mgo 17%、sio
2 34%、k2s
·
5h2o 49%，将所述原料按照本发明所述制备方法制成平均粒度小于800目的燃烧爆炸抑制剂组合物粉体。
38.在一个1m
×
1m
×
1m的1m3封闭空间（设置有小门、底部进气小孔、直径2cm的喷粉小
孔以及观察窗）内放置规格0.4m
×
0.4m，高度6cm的方形燃料盘，向燃料盘内加入4cm深的水，1cm深的碳氢化合物燃料正庚烷，点火预燃30s，使火焰燃烧到高温稳定状态。
39.取上述燃烧爆炸抑制剂组合物粉体8g，以0.4mpa的压力从喷粉小孔喷入到封闭空间内，在2s的极短时间内，燃烧盘内的火焰即完全熄灭。
40.取出燃料盘，重新点火，其中的燃料仍然可以被点燃且剧烈燃烧。
41.上述试验证明，本发明燃烧爆炸抑制剂组合物对碳氢化合物燃料类的燃烧火焰具有强烈抑制作用，可以用作灭火材料使用。
42.本实施例对应氢燃爆抑爆试验的图1中1#曲线，与空白曲线相比，其的最大爆炸压强从1.303mpa下降到0.763mpa；爆炸压强上升速率从21.858mpa/s下降到11.793mpa/s，下降幅度均超过40%。
43.对照例。
44.为与本发明燃烧爆炸抑制剂的抑燃抑爆效果进行对照，选用美国3m公司发明，目前受到消防界高度关注的新型含氟灭火剂——全氟己酮进行抑燃抑爆试验比对。
45.与实施例1相同，在一个1m
×
1m
×
1m的1m3封闭空间（设置有小门、底部进气小孔、直径2cm的喷粉小孔以及观察窗）内放置规格0.4m
×
0.4m，高度6cm的方形燃料盘，向燃料盘内加入4cm深的水，1cm深的碳氢化合物燃料正庚烷，点火预燃30s，使火焰燃烧到高温稳定状态。
46.取全氟己酮1000g，以0.4mpa的压力将其从喷粉小孔不断喷入封闭空间内，在一直喷入达到760g时，燃烧盘内的火焰才能逐步熄灭。
47.取出燃料盘，重新点火，其中的燃料仍然可以被点燃。
48.上述试验证明，即使全球公认的高性能灭火剂全氟己酮，熄灭1m3封闭空间内的正庚烷火焰也需要约760g，较本发明燃烧爆炸抑制剂组合物对火焰的抑制能力相差很远。
49.同样，在20l球形爆炸容器内进行抑爆试验，对照例全氟己酮的抑爆曲线对应图1中的2#曲线，非但对氢燃爆没有抑制作用，反而使其最大压强和压强上升速率较空白曲线有明显增大，最大压强增加到1.454mpa，压强上升速率增加到了22.414mpa/s。
50.实施例2。
51.按照各种原料的质量百分数为：al2o
3 25%、sio
2 41%、k2s
·
5h2o 34%，将所述原料按照本发明制备方法制成平均粒度小于1500目的燃烧爆炸抑制剂组合物粉体。
52.与实施例1相同，在一个1m
×
1m
×
1m的1m3封闭空间进行碳氢化合物燃料正庚烷的灭火试验，完全熄灭燃料盘中火焰需要本实施例组合物粉体11g。
53.在氢燃爆抑爆试验中，本实施例对应图1中的3#曲线，最大压强为0.652mpa，压强上升速率为9.301mpa/s，均比空白曲线下降超过50%，是实施例中抑爆效果最好的。良好的抑爆效果既与组分中氧化物的含量增加有关，也与平均粒度更小密切相关。
54.在20l球形爆炸容器中充入体积浓度为8%的瓦斯气体形成瓦斯/空气混合气体，延时90s后点火，混合气体迅速燃爆，测得其爆炸最大压强为0.76mpa。
55.同样在20l球形爆炸容器中充入体积浓度为8%的瓦斯气体形成瓦斯/空气混合气体后，再以0.5mpa的压力从球形爆炸容器的粉体喷口喷入上述燃烧爆炸抑制剂5g，延时90ms后点火引发燃爆，测得其最大压强已经下降至0.35mpa，仅为未喷施燃烧爆炸抑制剂压强的46%。
56.上述试验证明，本发明燃烧爆炸抑制剂不仅对氢气，而且对瓦斯气体的燃爆也具有良好的抑制效果，可使燃爆冲击波压力大幅度下降。
57.上述试验结果证明，以al2o3替代mgo，不影响燃烧爆炸抑制剂的抑燃抑爆作用。
58.实施例3。
59.按照各种原料的质量百分数为：mgo 19%、sio
2 40%、ch3cook 41%，将所述原料按照本发明制备方法制成平均粒度小于600目的燃烧爆炸抑制剂组合物粉体。
60.称取100g燃烧爆炸抑制剂组合物粉体，装入0.5kg小型手提式灭火器中，充入n2作为驱动气体，设置压力为1.2mpa。
61.在水泥路面喷淋宽度1.2m，长度6.0m的汽油带，从一端点燃形成流淌火燃烧带。
62.打开小型手提式灭火器，从路面火焰一端喷射灭火并正常走行到另一端，6.0m长的汽油流淌火燃烧带被完全扑灭。
63.上述试验证明，本发明燃烧爆炸抑制剂对敞开空间汽油等液体燃料的燃烧火焰同样具有良好的抑制和熄灭作用。
64.在氢燃爆抑爆试验中，本实施例对应图1中的4#曲线，最大压强为0.739mpa，压强上升速率为11.105mpa/s，均比空白曲线下降接近50%。
65.本实施例说明，以ch3cook替代k2s
·
5h2o，不影响本发明燃烧爆炸抑制剂的抑燃抑爆作用。
66.实施例4。
67.按照各种原料的质量百分数为：mgo 28%、sio
2 45%、kno
3 27%，将所述原料按照本发明制备方法制成平均粒度小于1200目的燃烧爆炸抑制剂组合物粉体。
68.与实施例1相同，在一个1m
×
1m
×
1m的1m3封闭空间进行碳氢化合物燃料正庚烷的灭火试验，完全熄灭燃料盘中火焰需要本实施例组合物粉体10g。
69.在氢燃爆抑爆试验中，本实施例对应图1中的5#曲线，最大压强为0.745mpa，压强上升速率为9.888mpa/s，最大压强比空白曲线下降约43%，压强上升速率则下降约55%。
70.本实施例说明，以kno3替代k2s
·
5h2o，不影响本发明燃烧爆炸抑制剂的抑燃抑爆作用。
71.本发明以上实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制本发明仅为以上所述实施例。本领域普通技术人员在不脱离本发明原理和宗旨的情况下，针对这些实施例进行的各种变化、修改、替换和变型，均应包含在本发明的保护范围之内。