一种热气溶胶灭火剂及其制备方法与流程

1.本发明涉及灭火剂领域，具体涉及一种热气溶胶灭火剂及其制备方法。


背景技术：

2.热气溶胶灭火剂属于烟火型药剂，是20世纪80年代中期研发出的一种新型灭火剂，以其优越的性能成为目前应用最为广泛、最受关注的一类灭火剂。灭火剂燃烧产生的微粒一般在1μm左右，这些微粒会通过无规则的布朗运动，绕过障碍物弥漫到整个火灾区域，进行全淹没灭火。
3.热气溶胶灭火剂由氧化剂、还原剂、粘合剂、性能调节剂构成，也会因原材料的不同而有一些差异，但是大致是由40％(质量分数)的固体微粒和60％(质量分数)的气体两部分组成。固体微粒主要是碳酸盐、金属氧化物、碳酸氢盐等，气体主要是n2、co2、h2o和碳氢化合物等。其中固体微粒可以吸收火焰中的自由基中断链反应，气体可以用来降低空气中的氧浓度，在两者协同作用下达到灭火的目的。
4.现有方案中：
5.201610825471.5(公开号cn106621165 a)公开了一种低温s型气溶胶灭火剂，由氧化剂、还原剂、粘合剂、性能调节剂组成，氧化剂采用硝酸锶为主、硝酸钾为辅，还原剂采用双氰胺，粘合剂采用酚醛树脂，调节剂选用草酸钾、镁粉、六次甲基四胺。该灭火剂中，镁粉能够控制气溶胶灭火剂的燃烧速度，使其稳定燃烧。但是镁粉属易燃易爆物质，有生产储存安全问题。
6.申请人为了降低灭火剂的温度和避免使用镁粉，进行了大量研究，最终提出了本技术。


技术实现要素：

7.为了降低灭火剂的残渣率、反应温度等，本技术提供了一种生产安全性高、成本低廉的热气溶胶灭火剂。
8.本技术提供的一种热气溶胶灭火剂，包括如下重量份配比的组份：硝酸钾50～75份，硝酸锶5～20份，双氰胺1～25份，环氧树脂1～10份，酚醛树脂5～10份，草酸钾1～10份。
9.优选地，所述热气溶胶灭火剂包括如下重量份配比的组份：硝酸钾55～75份，硝酸锶5～15份，双氰胺12～18份，环氧树脂1～10份，酚醛树脂5～10份，草酸钾1～10份。
10.进一步优选，所述热气溶胶灭火剂包括如下重量份配比的组份：硝酸钾55～75份，硝酸锶10～15份，双氰胺10～15份，环氧树脂5～10份，酚醛树脂5～10份，草酸钾1～10份。
11.更进一步优选，所述热气溶胶灭火剂包括如下重量份配比的组份：硝酸钾59～79份，硝酸锶10～15份，双氰胺10～15份，环氧树脂5～7份，酚醛树脂8～9份，草酸钾3～6份。
12.本发明还提供了一种热气溶胶灭火剂的生产工艺，包括如下步骤：
13.1)将各原料分别粉碎过筛；
14.2)按照配方称取各成分，将硝酸锶、硝酸钾混合，然后加入溶剂，混合搅拌均匀；
15.3)加入环氧树脂、酚醛树脂、草酸钾和双氰胺，继续混和均匀，控制水分含量≤1％；
16.4)造粒、过筛，即得。
17.上述方法中：
18.步骤1)中的过筛时筛网目数是100目-200目；
19.步骤2)中的溶剂为乙醇，以浓度为95％最好；
20.步骤4)中过筛时筛网为20-60目。
21.本发明提供的热气溶胶灭火剂具有以下优异效果：
22.1.本发明提供了一种灭火效果好、生产安全、节能环保、成本低廉的热气溶胶灭火剂，该灭火剂使用后不会对电气设备造成腐蚀和损坏，且能有效避免电气设备的二次燃烧。
23.2.基于现有灭火剂中镁粉生产储存不安全的缺点，发明人尝试去除镁粉，但是去除镁粉后的灭火效果差，导致灭火性能不佳、残渣物堵塞气孔或残渣率增加。为了改进上述缺点，发明人进行了大量的实验，对配方进行了调整：
24.1)为了缓解残渣物堵孔导致的烟气量减少，考虑使用蔗糖、淀粉，但是蔗糖灭火后残渣物依然会黏在出气孔处，灭火性能较差；淀粉不会黏住出气孔，且灭火后，残渣物呈现黑色粉末状，但产烟量小。
25.因此，进一步探讨淀粉的用量，查看其灭火效果与剂量关系，发现随着淀粉含量的增加，燃烧时间增加，但是灭火性能并没有显著变化。
26.为了改进淀粉的灭火效果，尝试将双氰胺和淀粉两者混用，发现残渣率较高，灭火性能不显著。
27.2)为了降低残渣率，并考虑到喷射时间短有可能会导致残渣率高，因此尝试添加其他成分如草酸铵、草酸钾等增加喷射时间，进而降低产物的温度和速度。但是草酸铵吸湿性强，气味刺鼻，不利于储存，因此采用草酸钾替换草酸铵。
28.采用草酸钾后，随着灭火剂中钾离子的增加，烟气量能变大，温度显著降低，灭火性能提高，但是残渣物有所增多。
29.3)结合淀粉作还原剂，加入草酸钾或草酸铵做调节剂后，灭火性能不够优异。因此，选用双氰胺作为还原剂。
30.4)发明人发现，硝酸锶和硝酸钾的配比也影响灭火效果。现有技术中硝酸钾和硝酸锶两者大多数是硝酸锶占主导地位，在20-48：30-48重量比范围内，随着硝酸锶用量增加，温度急剧升高，残渣物呈现团状白色固体，灭火性能不够理想。调整硝酸锶和硝酸钾的配比发现，按照5-20：59-75组合，灭火效果较好，残渣率有所降低。
31.5)在双氰胺作还原剂的基础上，添加了六次甲基四胺后，会增加残渣率，不添加六次甲基四胺，残渣率反而降低。
32.最终确定本发明采用硝酸锶、硝酸钾、酚醛树脂、环氧树脂、双氰胺、草酸钾组合。
33.3.相对于现有灭火剂来说，本技术具有以下特点：
34.没有使用镁粉和六次甲基四胺，但是单独使用双氰胺，残渣率高。搭配使用环氧树脂，增加反应时间，有利于降低残渣率。
35.以硝酸钾为主，硝酸锶为辅的氧化剂，通过调节硝酸锶和硝酸钾的比例制得的灭火剂，能够保证燃烧产物腐蚀性减弱的同时，又能保证生产安全以及节约生产成本。
36.酚醛树脂和环氧树脂的结合，会增加反应时间，使燃烧充分。
37.草酸钾能够降低热气溶胶灭火剂的燃烧温度，防止喷口温度过高。
38.4.与传统的热气溶胶灭火剂相比，本发明的热气溶胶灭火剂原材料简单、残渣率低、温度较低、灭火性能好、生产安全、价格低廉、生产工艺简单、工人劳动强度小等优点。
附图说明
39.图1：对比例1的灭火结果；
40.图2：对比例2的灭火结果；
41.图3：对比例3的灭火结果；
42.图4：对比例4的灭火结果；
43.图5：对比例5的灭火结果
44.图6：对比例6的灭火结果；
45.图7：本技术实施例1的灭火效果。
具体实施方式
46.以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
47.实施例1：热气溶胶灭火剂
48.1.分别将硝酸锶、硝酸钾、酚醛树脂、环氧树脂(粘合剂)、双氰胺(还原剂)、草酸钾置于粉碎机，粉碎15min，确保粒径为100目。
49.2.分别按质量百分比称取如下组份：硝酸钾55％、硝酸锶15％、双氰胺11％、环氧树脂5％、酚醛树脂8％、草酸钾6％。
50.3.将硝酸锶、硝酸钾混合，然后放入混药机内，开机后将混药搅拌桨转速调整为40转/min，逐步加入浓度为95％的酒精混合搅拌20min；停机打开混药机加入环氧树脂、酚醛树脂、草酸钾和双氰胺，继续以40转/min的速度混合搅拌15min。将混和好的药剂取出，测其含水量≤1.5％为合格。
51.4.将热气溶胶灭火剂放入造粒机中，选择筛网20目，造粒4-5min，此时热气溶胶灭火剂制备结束。
52.实施例2：热气溶胶灭火剂
53.1.分别将硝酸锶、硝酸钾、酚醛树脂、环氧树脂、双氰胺和草酸钾置于粉碎机，粉碎10min，确保粒径大小为100目。
54.2.分别按质量的百分比称取如下组份：硝酸钾60％、硝酸锶10％、双氰胺11％、环氧树脂7％、酚醛树脂9％、草酸钾3％。
55.3.将硝酸锶、硝酸钾混合，然后放入混药机内，开机后将混药搅拌桨转速调整为25转/min，逐步加入浓度为95％酒精混合搅拌30min；停机打开混药机加入环氧树脂、双氰胺、草酸钾和酚醛树脂，继续以25转/min混合搅拌20min。将混和好的药剂取出，测其含水量≤1％合格。
56.4.将热气溶胶灭火剂放入造粒机中，选择筛网60目，造粒2-3min，此时热气溶胶灭火剂制备结束。
57.实验例1：配方筛选
58.1.试验方法
59.1.1试验模型
60.试验模型为钢质圆罐，燃料罐内径为80mm，高不小于100mm，壁厚不小于3mm。燃料为商业级正庚烷。
61.1.2灭火试验
62.将灭火装置布置在试验空间内，其喷口方向不正对燃料罐，使灭火装置处于正常工作状态。
63.试验空间内布置四只燃料罐，将四个燃料罐分别置于试验空间四墙面对角位置，置于试验空间地面上。
64.燃料罐内加入50mm的正庚烷，液面距燃料罐罐口不小于50mm，底部以清水作垫层。点燃燃料罐内正庚烷，预燃30s，关闭试验空间所有开口，手动启动灭火装置。
65.2.实验配方及结果：
66.2.1硝酸锶、硝酸钾与蔗糖、淀粉等的筛选实验：
67.1)硝酸锶、硝酸钾与蔗糖或淀粉合用：见表1
68.表1：硝酸锶、硝酸钾与蔗糖合用的筛选实验
[0069][0070][0071]
由于残渣物容易堵住出气孔，尝试使用蔗糖、淀粉代替双氰胺作为可燃物，从表1可以看出：蔗糖作为有机燃料，残渣物呈现黑色状，质地疏松，由于残渣物黏在出气孔处，产烟量小，灭火性能没有双氰胺性能强。
[0072]
淀粉作为有机燃料，残渣物呈现黑色粉末状，质地疏松，残渣物未堵住出气孔，产烟量小于双氰胺作为还原剂的情况。
[0073]
2)淀粉含量的筛选：见表2
[0074]
表2：硝酸锶、硝酸钾与淀粉合用的筛选实验
[0075][0076]
由于表1显示的灭火性能不强，故尝试采用不同配比淀粉观察其灭火情况，由表2看出随着淀粉含量的增加，燃烧时间增加，但是灭火性能并没有显著变化。
[0077]
3)双氰胺和淀粉的使用：见表3
[0078]
表3：硝酸锶、硝酸钾与淀粉、双氰胺合用的筛选实验
[0079][0080][0081]
从表3可以看出：由于单独使用淀粉灭火效果不好，便采用将双氰胺和淀粉两者混用，残渣率较高，灭火性能不显著。
[0082]
4)草酸铵的添加：见表4
[0083]
考虑到喷射时间短可能导致残渣率高，因此，尝试在灭火剂中添加草酸铵、草酸钾降低产物的温度，使反应更加充分。
[0084]
表4：硝酸锶、硝酸钾与淀粉、双氰胺合用的筛选实验
[0085][0086]
从表4可以看出：由于淀粉与双氰胺合用，灭火性能不够优异，故考虑添加草酸铵和草酸钾提高灭火性能。草酸铵作为调节剂，分解为气体时能够吸收热量，反应温度显著降低，残渣率降低，灭火性能提高。草酸钾作为调节剂，分解为固体氧化物，不利于残渣率的降低，但是由于钾离子的增多，有利于灭火性能。
[0087]
5)草酸铵和草酸钾的筛选：见表5
[0088]
表5：硝酸钾、双氰胺与草酸钾或草酸铵的筛选实验
[0089][0090][0091]
从表5可以看出：草酸铵或草酸钾的加入能一定程度上增强灭火效果，但由于草酸铵吸湿性强，气味刺鼻，不利于长时间储存，故采用草酸钾。
[0092]
由于淀粉作为还原剂，再加入草酸钾、草酸铵等调节剂后，灭火性能不够优异，由筛选例22、24以及25结果显示，选择双氰胺作为还原剂为最佳选择。
[0093]
2.2硝酸钾和硝酸锶的配比筛选：见表6、表7
[0094]
表6：硝酸锶和硝酸钾配比筛选实验结果
[0095][0096]
表7：硝酸锶和硝酸钾配比筛选实验结果
[0097][0098][0099]
从表6、7可以看出：与双氰胺配组，硝酸锶和硝酸钾按照20-48：30-48组合，灭火效果差，甚至出现未反应的情况(如筛选例32)；按照5-20：59-75组合，灭火效果较好，但部分残渣率高。
[0100]
在双氰胺基础上，添加了六次甲基四胺后，会增加残渣率，如筛选例37、38所示。较添加六次甲基四胺相比，不添加该物质的灭火剂残渣率会降低。
[0101]
2.3酚醛树脂和环氧树脂的配比筛选：见表8、表9
[0102]
1)硝酸钾与酚醛树脂或环氧树脂合用：见表8
[0103]
表8：硝酸钾、双氰胺和酚醛树脂或环氧树脂筛选实验结果
[0104][0105]
从表8可以看出：酚醛树脂和六次甲基四胺组合，反应温度明显升高，并且残渣率提升；相较于单独加入酚醛树脂，或与六次甲基四胺、环氧树脂组合，加入环氧树脂，灭火性能有所提高。
[0106]
2)硝酸钾与酚醛树脂、环氧树脂合用的筛选：见表9
[0107]
表9：硝酸钾与酚醛树脂、环氧树脂筛选实验结果
[0108][0109][0110]
从表9可以看出：酚醛树脂与环氧树脂合用，灭火性能较为优异。
[0111]
小结：通过上述筛选方案可知，舍弃镁粉后，为了降低残渣率、降低反应温度、增加灭火效果，发明人在配方上进行筛选后发现不同配比的硝酸钾和硝酸锶与是否添加六次甲基四胺、草酸铵、草酸钾等物质，都会对灭火效果有一定的影响。发明人最终得到了本技术的方案：硝酸锶和硝酸钾组合、两种树脂(酚醛树脂和环氧树脂)组合，并添加了双氰胺、草酸钾。
[0112]
对比例1：灭火剂
[0113]
1.参考201610825471.5(公开号cn106621165 a)的实施例4(其酚醛树脂用量同实施例1，所以设立对比例1)，其组成见表10。
[0114]
表10：对比例1、2的组成(单位是重量百分比％)
[0115]
名称硝酸锶硝酸钾双氰胺酚醛树脂草酸铵镁粉六次甲基四胺
对比例14027263211对比例248301210///
[0116]
2.制备方法同实施例1。
[0117]
对比例2：灭火剂
[0118]
1.组成见表10；
[0119]
2.制备方法：同实施例1。
[0120]
对比例3-6：灭火剂
[0121]
1.组成：见表11
[0122]
表11：对比例3-6的组成(单位：百分比)
[0123]
名称硝酸钾双氰胺酚醛树脂六次甲基四胺环氧树脂对比例375196//对比例47515/46对比例575154/6对比例6751564/
[0124]
2.制备方法：同实施例1。
[0125]
实验例2：考察热气溶胶灭火剂1
[0126]
1.试验样品：实施例1、2和对比例1-6提供的灭火剂。
[0127]
2.具体实验方法：
[0128]
2.1试验模型
[0129]
试验模型为钢质圆罐，燃料罐内径为80mm，高不小于100mm，壁厚不小于3mm。
[0130]
燃料为商业级正庚烷。
[0131]
2.2灭火试验
[0132]
将灭火装置布置在试验空间内，其喷口方向不正对燃料罐，使灭火装置处于正常工作状态。
[0133]
试验空间内布置四只燃料罐，将四个燃料罐分别置于试验空间四墙面对角位置，置于试验空间地面上。
[0134]
燃料罐内加入50mm的正庚烷，液面距燃料罐罐口不小于50mm，底部以清水作垫层。点燃燃料罐内正庚烷，预燃30s，关闭试验空间所有开口，手动启动灭火装置。
[0135]
3.实验结果：见表12
[0136]
表12：燃料罐灭火试验表
[0137][0138]
(注，实施例1分别测了100g、70g灭火剂量，看是否能节约成本)
[0139]
结合实验现象分析表11结果：
[0140]
对比例1：有大量白色团状物质会集中堵塞在出烟口，见图1(没有进一步检测相关数据，所以表11中没有相关数据)。
[0141]
对比例2：残渣物呈现透明结晶状，4罐未灭，见图2。
[0142]
对比例3：残渣物为白色，残渣率高，见图3。
[0143]
对比例4：反应温度高，喷射时间长，反应不完全，有大量白色残渣物，见图4。
[0144]
对比例5：反应温度较高，有少量白色残渣物，见图5。
[0145]
对比例6：反应温度很高，残渣物为白色，见图6，因此没有进一步检测。
[0146]
实施例1、2的效果相似：反应完全，残渣物为少量黑色粉末状，见图7。
[0147]
小结：本技术提供的灭火剂反应完全、残渣率低、喷射时间短、温度低，总体来说效果好。
[0148]
实验例3：考察热气溶胶灭火剂2
[0149]
1.实验方法：按照ga 499.1-2010要求开展灭火试验：
[0150]
1.1试验模型
[0151]
b类火灭火模型为正方形燃料盘，燃料盘面积为0.1m3，燃料盘高度为100mm，用壁厚为6mm的钢板制成。
[0152]
燃料为商业级正庚烷。
[0153]
1.2灭火试验
[0154]
将灭火装置布置在试验空间内，其喷口方向不正对燃料盘，使灭火装置处于正常工作状态。
[0155]
燃料盘位于试验空间中央位置，燃料盘底部距地面高度200mm。向燃料盘内注入厚为30mm的正庚烷，液面距燃料盘沿口距离不大于50mm，底部以清水作垫层。
[0156]
点燃盘内正庚烷，预燃30s，关闭试验空间所有开口，手动启动灭火装置。
[0157]
采用实施例1进行了4次灭火实验。
[0158]
2.实验结果：
[0159]
2.1：实验结果：见表13
[0160]
表13：油盆灭火试验表
[0161]
灭火剂量(g)实验空间(m 3
)残渣率喷射时间(s)灭火时间(s)温度(℃)冷却球
100137.10％106153460g100137.20％105145460g100136.80％108156460g100137.20％107161460g
[0162]
实验结果显示：本技术提供的配方灭火性能稳定且优异，均在30s以内灭火，出口温度符合ga 499.1-2010要求。
[0163]
综合上述实验结果显示，本技术提供的方案灭火性能优异、残渣率低、出口温度低、性能好。
[0164]
本发明的意义在于向社会提供一种生产安全性高、价格低廉，且无毒、方便运输和贮存的热气溶胶灭火剂组合，该组合灭火效率高、原材料成本低、工艺制备简单、工人劳动强度小，且生产过程中没有废水废料，对环境不产生危害。
[0165]
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之做一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。