新型復(fù)合粉體滅火介質(zhì)及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型復(fù)合粉體滅火介質(zhì)，其特征在于所述介質(zhì)包括以下組分：粒徑范圍在1～20μm的超細(xì)粉體，占滅火介質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的60～70%；粒徑范圍在200～500nm的納米粉體，占滅火介質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的25～35%；表面改性劑，占滅火介質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的2～3%；熱敏性物質(zhì)，占滅火介質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的3～5%。該介質(zhì)粒度小、流動性、分散性、漂浮好，應(yīng)用于全淹沒式滅火環(huán)境，能撲救A、B、C類火災(zāi)，尤其是對A類火滅火效率高、抑制復(fù)燃、無毒無害，可以作為哈龍滅火劑的替代品。
【專利說明】新型復(fù)合粉體滅火介質(zhì)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于安全防護(hù)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種新型復(fù)合粉體滅火介質(zhì)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]干粉滅火劑作為傳統(tǒng)滅火劑，由于具有滅火速度快、干粉基料來源廣泛、價格低廉、對人畜無毒或低毒、電絕緣性好、對環(huán)境影響小、適應(yīng)范圍廣等特點(diǎn)在當(dāng)今滅火劑領(lǐng)域占有相當(dāng)重要的地位。目前使用的常規(guī)干粉滅火劑粉末顆粒通常在10?75 μ m之間，這種粒子彌散性相對較差、比表面積也相對較低，因而定量的粉體所具有的總比表面積較小，單個粒子的質(zhì)量較大，沉淀速度較快，且粒子受熱分解的速率較慢，導(dǎo)致其捕獲自由基或活性基團(tuán)的能力有限，其滅火能力也就十分有限，進(jìn)而限制了干粉滅火劑的使用范圍，尤其是用于全淹沒滅火時效果不理想。
[0003]我國從上世紀(jì)90年代開始正式研制超細(xì)干粉滅火劑，并于2000年投入使用，2006年我國頒布實施了 GA578-2005《超細(xì)干粉滅火劑》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。超細(xì)干粉滅火劑粒徑小，粒子比表面積大，活性高，噴射后粒子在空氣中有較長的懸浮時間，并且能繞過障礙物進(jìn)入細(xì)小的空隙，因此超細(xì)干粉和常規(guī)干粉相比，滅火能力大為提高，并可在部分場所實現(xiàn)全淹沒滅火。
[0004]而將超細(xì)粉體加工到納米級粒徑范圍內(nèi)，微粒將表現(xiàn)出一些特殊性:如量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、久保理論,使得納米粉體比超細(xì)粉體具有更大的優(yōu)越性，表現(xiàn)在:(1)納米粉體滅火過程中，和空氣混合形成的氣溶膠穩(wěn)定性更好，氣溶膠穩(wěn)定性與膠體粒子的粒徑有關(guān)。納米顆粒粒徑小沉降速度慢，故納米氣溶膠穩(wěn)定性好，作為滅火劑在火災(zāi)現(xiàn)場懸浮時間更長，性能比超細(xì)粉體顆粒更為優(yōu)越。(2)納米顆粒吸附作用強(qiáng)。顆粒的吸附能力與比表面積有關(guān)，比表面積越大顆粒吸附能力越強(qiáng)。納米粒徑比微米粒徑小1000倍，吸附能力必然強(qiáng)。(3)納米顆?；瘜W(xué)反應(yīng)能力強(qiáng)。當(dāng)粒子尺寸下降到納米數(shù)量級時，一個粒子包含十幾個或幾十個分子，破損鍵驟然增多，化學(xué)活性增強(qiáng)，這是小尺寸效應(yīng)的表現(xiàn)之一。(4)納米顆粒滅火效能高。干粉顆粒與活性傳遞物碰撞，吸收其能量，使其失活，達(dá)到滅火的作用。研制成功的冷氣溶膠平均粒徑為3 μ m,其滅火效能已是哈龍滅火劑的4?6倍。若采用平均粒徑為IOOnm的納米級冷氣溶膠，由理論計算可知其滅火效能是微米冷氣溶膠的30倍。由于納米粉體的優(yōu)越性，制備出粒徑達(dá)到納米量級的滅火粉體成為了提高干粉滅火劑效果的一種有效途徑，也是干粉滅火劑的一個發(fā)展方向。
[0005]雖然在理論上納米粉體滅火劑性能優(yōu)異，具有極好的應(yīng)用前景，但在大規(guī)模生產(chǎn)與實際應(yīng)用中還存在一些問題，限制了納米粉體滅火劑的推廣與應(yīng)用。這些問題主要有:(I)制備工藝復(fù)雜:傳統(tǒng)物理粉碎技術(shù)制得的粉末粒徑尺寸最小可達(dá)微米級，但對于納米顆粒，它就無能為力了。而其它一些納米材料制備方法，普遍存在制備工藝過程過于復(fù)雜，難以實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的缺陷。(2)納米粒子的不穩(wěn)定性:當(dāng)固體顆粒變小，尤其是達(dá)到納米量級時，顆粒已不再是一個惰性體，而是一個能供給電子和捕獲電子的物體，是一個化學(xué)活性物質(zhì)。由于納米微粒結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，其化學(xué)活性很高；又由于納米微粒巨大的表面能，使納米微粒極易聚合，形成軟團(tuán)聚或硬團(tuán)聚。納米粉體高的化學(xué)活性和表面能嚴(yán)重地影響了納米粉末滅火劑在貯存、使用過程中的穩(wěn)定性、分散性和流動性，因而也限制了納米粉體滅火劑的發(fā)展。(3)生成成本高:目前，由于納米粉體制備工藝較為特殊、復(fù)雜，制得的納米顆粒還需進(jìn)行表面改性處理。因此納米粉末滅火劑的生產(chǎn)成本大大高于普通干粉滅火劑，這也是限制納米粉末滅火劑發(fā)展的一個原因。本發(fā)明因此而來。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提出一種新型復(fù)合粉體滅火介質(zhì)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)干粉滅火器滅火效率低，納米粉體成本高等問題。
[0007]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的這些問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:
[0008]一種新型復(fù)合粉體滅火介質(zhì)，其特征在于所述介質(zhì)包括以下組分:
[0009]粒徑范圍在I?20 μ m的超細(xì)粉體，占滅火介質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的60?70% ；
[0010]粒徑范圍在200?500nm的納米粉體，占滅火介質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的25?35% ；
[0011]表面改性劑，占滅火介質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的2?3% ；
[0012]熱敏性物質(zhì)，占滅火介質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的3?5%。
[0013]優(yōu)選的技術(shù)方案中:所述超細(xì)粉體為磷酸銨鹽或者碳酸鹽的一種或兩種以上的任意組合；所述納米粉體為磷酸銨鹽或者碳酸鹽的一種或兩種以上的任意組合。
[0014]優(yōu)選的技術(shù)方案中:所述磷酸銨鹽選自磷酸二氫胺、磷酸氫鈉、磷酸氫鉀、磷酸胺、磷酸鈉、磷酸鉀；所述碳酸鹽選自碳酸氫銨、碳酸氫鉀、碳酸銨、碳酸鉀。
[0015]優(yōu)選的技術(shù)方案中:所述熱敏性物質(zhì)為尿素；所述表面改性劑為有機(jī)硅烷。
[0016]優(yōu)選的技術(shù)方案中:所述有機(jī)娃燒選自苯基二甲氧基娃燒、苯基二乙氧基娃燒、正辛基三乙氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷的一種或者兩種以上的任意組合。
[0017]優(yōu)選的技術(shù)方案中:所述超細(xì)粉體中90%重量的粉體粒徑在I?5 μ m范圍內(nèi)；所述納米粉體中90%重量的粉體一維粒徑在300?500nm范圍內(nèi)。
[0018]本發(fā)明的另一目的在于提供一種所述的新型復(fù)合粉體滅火介質(zhì)的制備方法，其特征在于所述方法包括以下步驟:
[0019](I)將納米粉體分散到液體介質(zhì)中，然后按照預(yù)設(shè)比例加入有機(jī)硅烷回流加熱進(jìn)行表面改性；最后將改性后的納米粉體從液體介質(zhì)中分離干燥；
[0020](2)制備獲得超細(xì)粉體及熱敏性物質(zhì)；
[0021](3)將改性后的納米粉體、超細(xì)粉體及熱敏性物質(zhì)進(jìn)行球磨混合均勻得到新型復(fù)合粉體滅火介質(zhì)。
[0022]優(yōu)選的技術(shù)方案中:所述方法步驟(I)中液體介質(zhì)選自醇、醚或極性非質(zhì)子溶劑；加熱回流的溫度介于室溫和液體介質(zhì)的沸點(diǎn)之間。
[0023]優(yōu)選的技術(shù)方案中:所述方法步驟(2)中超細(xì)粉體及熱敏性物質(zhì)通過氣流粉碎法獲得。
[0024]本發(fā)明的又一目的在于提供一種所述的新型復(fù)合粉體滅火介質(zhì)作為滅火劑方面的應(yīng)用。
[0025]本發(fā)明為粉體滅火【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種新型超細(xì)-納米復(fù)合粉體滅火劑配方的設(shè)計及制備方法。本發(fā)明技術(shù)方案通過不同比例的超細(xì)粉體、納米粉體和其它添加劑組合，通過實驗驗證，得到一種滅火高效、成本合理的新型高效超細(xì)-納米復(fù)合粉體滅火劑配方及其制備方法。
[0026]本發(fā)明新型復(fù)合粉體滅火介質(zhì)包括超細(xì)粉體和納米粉體，根據(jù)粉體滅火劑滅火作用機(jī)理，由超細(xì)粉體、納米粉體、表面改性劑、熱敏性物質(zhì)組成。
[0027]進(jìn)一步的，所述具體組分和質(zhì)量分?jǐn)?shù)如下:
[0028](I >90%重量的磷酸銨鹽/碳酸鹽超細(xì)粉體粒徑小于I?5 μ m,占復(fù)合粉體質(zhì)量分?jǐn)?shù)的60?70% ;在該專利中，可使用的磷酸銨鹽和碳酸鹽包括磷酸二氫胺、磷酸氫鈉、磷酸氫鉀、碳酸氫銨、碳酸氫鉀等；
[0029](2) 90%重量的磷酸銨鹽/碳酸鹽納米粉體一維粒徑在300?500nm，占復(fù)合粉體質(zhì)量分?jǐn)?shù)的25?35% ；
[0030](3)表面改性劑為有機(jī)硅烷，占復(fù)合粉體質(zhì)量分?jǐn)?shù)的2?3% ;在該專利中，可使用
的有機(jī)硅烷包括苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷、正辛基三乙氧基娃燒等;
[0031](4)熱敏性物質(zhì)為尿素，占復(fù)合納米粉體質(zhì)量分?jǐn)?shù)的3?5%。
[0032]制備步驟:
[0033](I)選取通過溶劑-非溶劑法制備的質(zhì)量比25?35%磷酸銨鹽/碳酸鹽納米粉體。然后通過加入2?3%的有機(jī)硅烷，對其進(jìn)行表面改性；
[0034]表面改性過程:將納米粉體分散到液體介質(zhì)中(例如醇、醚或極性非質(zhì)子溶劑)，然后，可將有機(jī)硅烷表面改性劑加入所得到的分散體中并在回流下將所得的混合物加熱至介于室溫和液體介質(zhì)的沸點(diǎn)之間的溫度，通過任選的過濾等分離方式進(jìn)行分離、干燥等。
[0035](2)選取通過氣流粉碎法制備的質(zhì)量比為60-70%磷酸銨鹽/碳酸鹽超細(xì)粉體及熱敏性物質(zhì)；
[0036](3)通過球磨機(jī),混合10?15分鐘均勻得到樣品。
[0037]本發(fā)明技術(shù)方案的原理在于:
[0038]本發(fā)明的新型復(fù)合粉體滅火介質(zhì)各種原料在滅火中所起的作用如下:
[0039](I)超細(xì)粉體:粒徑在20 μ m以下的磷酸銨鹽大顆粒沉降過程中通過吸熱抑制機(jī)制和化學(xué)抑制機(jī)制(均相和異相反應(yīng))與燃燒物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，通過俘獲火場中的自由基中斷燃燒鏈反應(yīng)達(dá)到抑制、熄滅火焰。另外分解的偏磷酸和聚磷酸銨在燃燒固體表面的高溫下被熔化形成一個玻璃狀覆蓋層，它能起到隔絕作用，使火焰因窒息而滅。
[0040](2)納米粉體:粒徑在300nm的磷酸銨鹽小顆粒在攜帶氣體作用下以氣溶膠形態(tài)彌漫于燃燒空間，起到化學(xué)抑制和抑制復(fù)燃作用，并且由于粒徑小，容易越過障礙進(jìn)入到固體內(nèi)部，在燃燒的固體表面形成一層均勻的覆蓋層，起到隔絕滅火的作用，并且也容易滲入固體表面炭化后的縫隙深處，撲滅深層的火焰。
[0041]而將不同比例的超細(xì)粉體和納米粉體混合，相近的給料速率下，隨著納米粉體所占比例的增多，相應(yīng)的滅火時間縮短，但當(dāng)納米粉體的質(zhì)量百分比濃度增加至40%時，再增加納米粉體的量并不能顯著縮短滅火時間。這是因為在氣流的作用下，大顆粒的粉體在燃燒室內(nèi)的逗留時間更長，而小顆粒的粉體容易直接被氣流帶走，因此適當(dāng)?shù)拇嬖谝恍┐箢w粒的粉體有利于提高滅火效果。[0042](3)表面改性劑:主要用于改變復(fù)合納米粉體的表形態(tài)，減輕其吸濕性和表面團(tuán)聚。
[0043](4)熱敏性物質(zhì):在火場高溫中可以吸收熱量同時釋放出不助燃?xì)怏w，減少火場中
氧氣含量。
[0044]本發(fā)明新型復(fù)合粉體滅火介質(zhì)綜合考慮滅火效率和滅火成本。其基料磷酸銨或碳酸鹽易得、生產(chǎn)工藝簡單、價格便宜、無毒、無污染、電氣絕緣性能優(yōu)良。并且由于粒度小、流動性、分散性、漂浮好，應(yīng)用于全淹沒式滅火環(huán)境，能撲救A、B、C類火災(zāi)，尤其是對A類火滅火效率高、抑制復(fù)燃、無毒無害，可以作為哈龍滅火劑的替代品。
[0045]相對于現(xiàn)有技術(shù)中的方案，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0046]與現(xiàn)有干粉滅火劑和超細(xì)滅火劑相比，本發(fā)明新型復(fù)合粉體滅火介質(zhì)對已有的滅火劑成分進(jìn)行了整合改進(jìn)，在以下幾個方面體現(xiàn)出復(fù)合粉體滅火劑的優(yōu)點(diǎn):
[0047](I)新型復(fù)合粉體滅火介質(zhì)中的超細(xì)粉體能夠減少納米粉體用量，大幅降低生產(chǎn)成本；此外，和納米粉體相比，由于超細(xì)粉體具有較大的動量，有利于提高復(fù)合納米粉體穿透火羽流的能力，到達(dá)火焰表面實現(xiàn)有效的火災(zāi)撲救，故和單純的納米粉體相比，復(fù)合納米粉體的滅火能力更強(qiáng)；
[0048](2)新型復(fù)合粉體滅火介質(zhì)中的納米粉體，具有較大的比表面積，和單純的超細(xì)粉體相比，滅火能力大為提聞;
[0049](3)新型復(fù)合粉體滅火介質(zhì)在保證滅火性能基礎(chǔ)上為了成本盡量減少納米粉體成分，所使用的成分直接影響滅火效果，同時與現(xiàn)有制備方法相比，本發(fā)明各組分通過物理混合即可完成制備，且粉體比較穩(wěn)定，對于粉體的制備、運(yùn)輸、生產(chǎn)方面并沒有特殊要求，成本較為低廉。
【具體實施方式】
[0050]以下結(jié)合具體實施例對上述方案做進(jìn)一步說明。應(yīng)理解，這些實施例是用于說明本發(fā)明而不限于限制本發(fā)明的范圍。實施例中采用的實施條件可以根據(jù)具體廠家的條件做進(jìn)一步調(diào)整，未注明的實施條件通常為常規(guī)實驗中的條件。
[0051]實施例1新型復(fù)合粉體滅火介質(zhì)的制備
[0052]將各種原料組分按以下配方進(jìn)行配制:
【權(quán)利要求】
1.一種新型復(fù)合粉體滅火介質(zhì)，其特征在于所述介質(zhì)包括以下組分: 粒徑范圍在I?20 μ m的超細(xì)粉體，占滅火介質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的60?70% ； 粒徑范圍在200?500nm的納米粉體，占滅火介質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的25?35% ； 表面改性劑，占滅火介質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的2?3% ； 熱敏性物質(zhì)，占滅火介質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的3?5%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型復(fù)合粉體滅火介質(zhì)，其特征在于所述超細(xì)粉體為磷酸銨鹽或者碳酸鹽的一種或兩種以上的任意組合；所述納米粉體為磷酸銨鹽或者碳酸鹽的一種或兩種以上的任意組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型復(fù)合粉體滅火介質(zhì)，其特征在于所述磷酸銨鹽選自磷酸二氫胺、磷酸氫鈉、磷酸氫鉀、磷酸胺、磷酸鈉、磷酸鉀；所述碳酸鹽選自碳酸氫銨、碳酸氫鉀、碳酸銨、碳酸鉀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型復(fù)合粉體滅火介質(zhì)，其特征在于所述熱敏性物質(zhì)為尿素；所述表面改性劑為有機(jī)硅烷。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的新型復(fù)合粉體滅火介質(zhì)，其特征在于所述有機(jī)硅烷選自苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷的一種或者兩種以上的任意組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型復(fù)合粉體滅火介質(zhì)，其特征在于所述超細(xì)粉體中90%重量的粉體粒徑在I?5μηι范圍內(nèi)；所述納米粉體中90%重量的粉體一維粒徑在300?500nm范圍內(nèi)。
7.—種權(quán)利要求1?6任意一項所述的新型復(fù)合粉體滅火介質(zhì)的制備方法，其特征在于所述方法包括以下步驟: (1)將納米粉體分散到液體介質(zhì)中，然后按照預(yù)設(shè)比例加入有機(jī)硅烷回流加熱進(jìn)行表面改性；最后將改性后的納米粉體從液體介質(zhì)中分離干燥； (2)制備獲得超細(xì)粉體及熱敏性物質(zhì)； (3)將改性后的納米粉體、超細(xì)粉體及熱敏性物質(zhì)進(jìn)行球磨混合均勻得到新型復(fù)合粉體滅火介質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于所述方法步驟(I)中液體介質(zhì)選自醇、醚或極性非質(zhì)子溶劑；加熱回流的溫度介于室溫和液體介質(zhì)的沸點(diǎn)之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于所述方法步驟(2)中超細(xì)粉體及熱敏性物質(zhì)通過氣流粉碎法獲得。
10.一種權(quán)利要求1?6任意一項所述的新型復(fù)合粉體滅火介質(zhì)作為滅火劑方面的應(yīng)用。
【文檔編號】A62D1/06GK103550901SQ201310532529
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月31日
【發(fā)明者】肖修昆, 張青松, 孔維平, 廖光煊 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)蘇州研究院, 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)