一種中性水系滅火藥劑及其製備方法與流程
2023-05-21 08:30:46
本發明涉及滅火藥劑的製造技術領域，具體涉及一種中性水系滅火藥劑及其製備方法。
背景技術：
滅火劑是指能夠有效地破壞燃燒條件，終止燃燒的物質。水是無嗅無味的液體，是人類賴以生存的基本物質。水取用方便，分布廣泛，同時水在化學上呈中性，無毒，比熱容和汽化熱都較大，冷卻效果好。水可以直接帶走火焰高溫燃燒產物以及燃料表面的熱量；水在汽化階段可以非常有效的吸收熱能；水產生的蒸汽佔據燃燒區，能夠阻止新鮮空氣進入燃燒區，從而降低燃燒區氧氣的濃度，導致燃燒強度減弱直至終止。因此，水成為最常使用的滅火劑，其熱特性使它可用於大多數類型火災的滅火過程。
水作為經常使用的滅火劑，其熱特性使它可用於大多數類型火災的滅火過程。水作為不燃液體，是最充足的天然滅火劑，但是水易於流動，實際滅火過程中只有小部分發揮了滅火作用，浪費率較高，抗復燃的效能也差，因此在水中添加某些具有特殊作用的物質，以改善水的性能，同時滿足各種功能的需求，即發展成為水系滅火劑。
然而，由於水的流動性很強，在通常情況下，滅火使用的大部分水在與火接觸的瞬時，還來不及起作用就流失了，這就導致了水滅火的利用率較低，而且易於造成次生損失。比如，在撲滅森林火災時，水噴灑到樹的枝葉上，停留時間很短，大部分水很快滴到地面，起不到應有的滅火作用。在撲滅建築物火災時，流失的水順著樓梯或縫隙向下層流動，不但失去滅火作用，而且導致對未著火的下層區域造成二次損失。在煤炭防滅火中，難以將常規水基滅火劑較好地覆蓋到擬處理區域內所有鬆散煤體表面，大大降低了防滅火效果。
現有的技術開發完成的森林火災用滅火藥劑主要是用97%的水兌上3%的afff（水成膜泡沫）然後由直升機搭載從高空拋灑，但是藥劑可能添加有毒有害的防凍劑，且無法一年四季都使用，尤其是在冬季寒冷的地區使用困難，適用溫度範圍小。現有技術中水系滅火劑阻燃性不好，滅火所需時間長。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種中性水系滅火藥劑及其製備方法，解決了滅火溫度適應範圍低、阻燃性能弱的問題。
本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：
一種中性水系滅火藥劑，由如下組分組成：
含磷阻燃劑23-25%；
含氮阻燃劑20-24%；
凝膠劑4-6%；
表面活性劑5-8%；
水玻璃8-12%；
ph調節劑2-5%；
其餘量為蒸餾水。
將含磷阻燃劑和含氮阻燃劑兩種阻燃劑結合作為滅火藥劑的主要功能成分，阻燃性能優於單獨使用相同含量的含磷阻燃劑或含氮阻燃劑，在水系阻燃劑中加入凝膠劑和水玻璃，使得阻燃劑的均勻度和粘稠度增加，其中ph調節劑用於調節滅火藥劑為中性，蒸餾水中雜質離子含量少，並不會對滅火藥劑的功能成分產生不利影響。
進一步地，所述含磷阻燃劑為三磷酸鈉、磷酸二氫銨、三(2，3-二溴丙基)磷酸酯和硫代磷酸三異氰酸酯中至少一種。
含磷阻燃劑可以選用無機含磷阻燃劑或有機含磷阻燃劑，或者兩者混合使用，選用的四種含磷阻燃劑成本較低，可工業化；其中無機含磷阻燃劑在阻燃過程中有害氣體產生量少，更環保安全，有機含磷阻燃劑在阻燃過程中阻燃性能明顯優於常規阻燃劑。
有機磷系阻燃劑大都具有低煙、無毒、低滷、無滷等優點，符合阻燃劑的發展方向，具有很好的發展前景。有機磷系阻燃劑包括磷酸酯、亞磷酸酯、磷酸酯、有機磷鹽，還有磷雜環化合物及聚合物磷（膦）酸酯等，但應用最廣的是磷酸酯和膦酸酯。磷添加劑的作用機理，是阻燃劑受熱時能產生結構更趨穩定的交聯狀固體物質或碳化層。碳化層的形成一方面能阻止聚合物進一步熱解，另一方面能阻止其內部的熱分解產生物進入氣相參與燃燒過程。含磷阻燃劑形成磷酸配作為脫水劑，並促進成炭，炭的生成降低了從火焰到凝聚相的熱傳導；其次，磷酸可吸熱，因為它阻止了co氧化為co2，降低了加熱過程；最後，對凝聚相形成一層薄薄的玻璃狀的或液態的保護層，因此降低了氧氣擴散和氣相與固相之間的熱量和質量傳遞，抑制了炭氧化過程，降低了含磷阻燃劑受熱分解發生如下變化:磷系阻燃劑→磷酸偏→磷酸→聚偏磷酸，聚偏磷酸是不易揮發的穩定化合物，具有強脫水性，在聚合物表合物與空氣隔絕;脫出的水氣吸收大量的熱，使聚合物表面阻燃劑受熱分解釋放出揮發性磷化物，經質譜分析表明，存氫原子濃度大大降低，表明po·捕獲h·，即po·+h·=hpo。
進一步地，所述含氮阻燃劑為磷酸氫二銨、3-嗎啉-4-氯-1,2,5-噻二唑和氰尿酸三聚氰胺中至少一種。
含氮阻燃劑中採用有機含氮阻燃劑或無機含氮阻燃劑，或者兩者混合使用；含氮阻燃劑與含磷阻燃劑的用量相近，其中使用的部分阻燃劑中既含氮又含磷，具有更加優良的阻燃性能；其中無機含氮阻燃劑為磷酸二氫銨，既含氮又含磷，且成本低廉，阻燃性能十分優良；有機含氮阻燃劑為3-嗎啉-4-氯-1,2,5-噻二唑和氰尿酸三聚氰胺，兩者含氮量都非常高，阻燃性能十分優良，成本在可控範圍內，可工業化程度高。
含氮阻燃劑受熱時發生分解反應。含氮阻燃劑主要是三聚氰胺及其衍生物和相關的雜環化合物，主要有、三聚氰胺磷酸鹽等，因為它的化學性質與尼龍相似，所以它比含滷阻燃劑和紅磷更優越。三聚氰胺本身就能使尼龍的混合物達到v-o級。與各種滷系衍生物、金屬氧化物、某些有機磷酸或鹼金屬、鹼土金屬鹽一起使用，阻燃非常有效。有用於玻璃增強的尼龍66的melapur2o0(三聚氰胺磷酸鹽)，加入後，使聚酞胺的熱穩定性降低，因此在擠壓模型時要注意溫度控制。與含滷添加劑和紅磷不同，含氮物使得聚醯胺滴落。
進一步地，所述凝膠劑為聚甘油或羧甲基纖維素鈉。
凝膠劑選用聚甘油或羧甲基纖維素鈉，兩者均屬於十分常見的凝膠劑，具有十分優良的性能。
進一步地，所述表面活性劑為十六烷基三甲基銨或十二烷基苯磺酸鈉。
表面活性劑是指加入少量能使其溶液體系的界面狀態發生明顯變化的物質。具有固定的親水親油基團，在溶液的表面能定向排列。表面活性劑的分子結構具有兩親性：一端為親水基團，另一端為疏水基團；親水基團常為極性基團，如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其鹽，羥基、醯胺基、醚鍵等也可作為極性親水基團；而疏水基團常為非極性烴鏈，如8個碳原子以上烴鏈。表面活性劑通過分子中不同部分分別對於兩相的親和，使兩相均將其看作本相的成分，分子排列在兩相之間，使兩相的表面相當於轉入分子內部。從而降低表面張力。由於兩相都將其看作本相的一個組分，就相當於兩個相與表面活性劑分子都沒有形成界面，就相當於通過這種方式部分的消滅了兩個相的界面，就降低了表面張力和表面自由能。
選用的表面活性劑均為常規表面活性劑，對滅火藥劑的功能成分無抑制作用。
進一步地，所述ph調節劑為三乙醇胺或磷酸。
ph調節劑將滅火藥劑的ph值調節至中性，對容器的腐蝕性能低，使用安全性能增加；其中三乙醇胺中含有碳氫氧氮四種元素，磷酸含有氫氧磷三種元素，在阻燃過程中產生的有害氣體較少，兩者未給滅火藥劑引入新元素，且對阻燃功能物質無不利影響。
一種中性水系滅火藥劑的製備方法，包括如下步驟：
s1物料混合：將蒸餾水首先加入攪拌機中，然後加入含磷阻燃劑和含氮阻燃劑攪拌1.5-1.8h，再加入凝膠劑、表面活性劑和水玻璃攪拌1.0-1.2h；
s2酸鹼度調節：將s1步驟混合物ph調節至6.5-7.5，得到混合液待用；
s3熟化：將s2步驟中的混合液靜置6-8h；
s4成品製作。
進一步地，所述s4步驟中成品製作為將熟化之後的混合液加入0.2-0.3%消泡劑，靜置20-25min，輸送至儲罐。
進一步地，所述s4步驟中成品製作為熟化之後加入矽粉攪拌混勻至不粘連，輸送至儲罐。
在滅火藥劑中加入消泡劑製備得到的是液態粘稠的滅火藥劑，加入消泡劑可以避免在運輸過程中振蕩產生的泡沫，從而避免泡沫過多產生的溢流或容器破損的情況，增強運輸過程的安全性能；在滅火藥劑中加入矽粉製備得到固態滅火藥劑，粉末狀的滅火藥劑具有優良的滅火性能，且矽粉燃點高，化學性質穩定，不屬於助燃劑，對滅火藥劑的有效成分無影響。
本發明的有益效果是：
1.將含磷阻燃劑和含氮阻燃劑兩種阻燃劑結合作為滅火藥劑的主要功能成分，阻燃性能優於單獨使用相同含量的含磷阻燃劑或含氮阻燃劑，在水系阻燃劑中加入凝膠劑和水玻璃，使得阻燃劑的均勻度和粘稠度增加，其中ph調節劑用於調節滅火藥劑為中性，蒸餾水中雜質離子含量少，並不會對滅火藥劑的功能成分產生不利影響；
2.含磷阻燃劑可以選用無機含磷阻燃劑或有機含磷阻燃劑，或者兩者混合使用，選用的四種含磷阻燃劑成本較低，可工業化；其中無機含磷阻燃劑在阻燃過程中有害氣體產生量少，更環保安全，有機含磷阻燃劑在阻燃過程中阻燃性能明顯優於常規阻燃劑；
3.含氮阻燃劑中採用有機含氮阻燃劑或無機含氮阻燃劑，或者兩者混合使用；含氮阻燃劑與含磷阻燃劑的用量相近，其中使用的部分阻燃劑中既含氮又含磷，具有更加優良的阻燃性能；其中無機含氮阻燃劑為磷酸二氫銨，既含氮又含磷，且成本低廉，阻燃性能十分優良；有機含氮阻燃劑為3-嗎啉-4-氯-1,2,5-噻二唑和氰尿酸三聚氰胺，兩者含氮量都非常高，阻燃性能十分優良，成本在可控範圍內，可工業化程度高；
4.ph調節劑將滅火藥劑的ph值調節至中性，對容器的腐蝕性能低，使用安全性能增加；其中三乙醇胺中含有碳氫氧氮四種元素，磷酸含有氫氧磷三種元素，在阻燃過程中產生的有害氣體較少，兩者未給滅火藥劑引入新元素，且對阻燃功能物質無不利影響；
5.在滅火藥劑中加入消泡劑製備得到的是液態粘稠的滅火藥劑，加入消泡劑可以避免在運輸過程中振蕩產生的泡沫，從而避免泡沫過多產生的溢流或容器破損的情況，增強運輸過程的安全性能；在滅火藥劑中加入矽粉製備得到固態滅火藥劑，粉末狀的滅火藥劑具有優良的滅火性能，且矽粉燃點高，化學性質穩定，不屬於助燃劑，對滅火藥劑的有效成分無影響。
具體實施方式
下面結合具體實施例進一步詳細描述本發明的技術方案，但本發明的保護範圍不局限於以下所述。
實施例1
一種中性水系滅火藥劑，由如下組分組成：
含磷阻燃劑23%；
含氮阻燃劑20%；
凝膠劑4%；
表面活性劑5%；
水玻璃8%；
ph調節劑2%；
其餘量為蒸餾水。
具體地，所述含磷阻燃劑為三磷酸鈉和硫代磷酸三異氰酸酯。
具體地，所述含氮阻燃劑為磷酸氫二銨和氰尿酸三聚氰胺。
具體地，所述凝膠劑為聚甘油。
具體地，所述表面活性劑為十六烷基三甲基銨。
具體地，所述ph調節劑為磷酸。
一種中性水系滅火藥劑的製備方法，包括如下步驟：
s1物料混合：將蒸餾水首先加入攪拌機中，然後加入含磷阻燃劑和含氮阻燃劑攪拌1.5h，再加入凝膠劑、表面活性劑和水玻璃攪拌1.0h，攪拌速度為130r/min；
s2酸鹼度調節：將s1步驟混合物採用磷酸調節ph至6.5，得到混合液待用；
s3熟化：將s2步驟中的混合液靜置6h；
s4成品製作。
具體地，所述s4步驟中成品製作為將熟化之後的混合液加入0.2%消泡劑，靜置20min，輸送至儲罐。
實施例2
一種中性水系滅火藥劑，由如下組分組成：
含磷阻燃劑24%；
含氮阻燃劑22%；
凝膠劑5%；
表面活性劑7%；
水玻璃10%；
ph調節劑4%；
其餘量為蒸餾水。
具體地，所述含磷阻燃劑為三磷酸鈉和磷酸二氫銨。
具體地，所述含氮阻燃劑為磷酸氫二銨和3-嗎啉-4-氯-1,2,5-噻二唑。
具體地，所述凝膠劑為聚甘油。
具體地，所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉。
具體地，所述ph調節劑為磷酸。
一種中性水系滅火藥劑的製備方法，包括如下步驟：
s1物料混合：將蒸餾水首先加入攪拌機中，然後加入含磷阻燃劑和含氮阻燃劑攪拌1.7h，再加入凝膠劑、表面活性劑和水玻璃攪拌1.1h，攪拌速度為120r/min；
s2酸鹼度調節：將s1步驟混合物採用磷酸調節ph至7.0，得到混合液待用；
s3熟化：將s2步驟中的混合液靜置7h；
s4成品製作。
具體地，所述s4步驟中成品製作為將熟化之後的混合液加入0.3%消泡劑，靜置23min，輸送至儲罐。
實施例3
一種中性水系滅火藥劑，由如下組分組成：
含磷阻燃劑25%；
含氮阻燃劑24%；
凝膠劑6%；
表面活性劑8%；
水玻璃12%；
ph調節劑5%；
其餘量為蒸餾水。
具體地，所述含磷阻燃劑為磷酸二氫銨和三(2，3-二溴丙基)磷酸酯。
具體地，所述含氮阻燃劑為磷酸氫二銨。
具體地，所述凝膠劑為聚甘油。
具體地，所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉。
具體地，所述ph調節劑為三乙醇胺。
一種中性水系滅火藥劑的製備方法，包括如下步驟：
s1物料混合：將蒸餾水首先加入攪拌機中，然後加入含磷阻燃劑和含氮阻燃劑攪拌11.8h，再加入凝膠劑、表面活性劑和水玻璃攪拌1.2h，攪拌速度為110r/min；
s2酸鹼度調節：將s1步驟混合物採用三乙醇胺調節ph至7.5，得到混合液待用；
s3熟化：將s2步驟中的混合液靜置8h；
s4成品製作。
具體地，所述s4步驟中成品製作為將熟化之後的混合液加入0.3%消泡劑，靜置25min，輸送至儲罐。
實施例4
一種中性水系滅火藥劑，由如下組分組成：
含磷阻燃劑24%；
含氮阻燃劑22%；
凝膠劑5%；
表面活性劑7%；
水玻璃10%；
ph調節劑3%；
其餘量為蒸餾水。
具體地，所述含磷阻燃劑為三(2，3-二溴丙基)磷酸酯。
具體地，所述含氮阻燃劑為3-嗎啉-4-氯-1,2,5-噻二唑和氰尿酸三聚氰胺。
具體地，所述凝膠劑為羧甲基纖維素鈉。
具體地，所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉。
具體地，所述ph調節劑為磷酸。
一種中性水系滅火藥劑的製備方法，包括如下步驟：
s1物料混合：將蒸餾水首先加入攪拌機中，然後加入含磷阻燃劑和含氮阻燃劑攪拌1.5h，再加入凝膠劑、表面活性劑和水玻璃攪拌1.1h，攪拌速度為100r/min；
s2酸鹼度調節：將s1步驟混合物採用磷酸調節ph至7.2，得到混合液待用；
s3熟化：將s2步驟中的混合液靜置7h；
s4成品製作。
具體地，所述s4步驟中成品製作為熟化之後加入矽粉攪拌混勻至不粘連，輸送至儲罐。
實施例5
一種中性水系滅火藥劑，由如下組分組成：
含磷阻燃劑46%；
凝膠劑5%；
表面活性劑7%；
水玻璃10%；
ph調節劑3%；
其餘量為蒸餾水。
具體地，所述含磷阻燃劑為三(2，3-二溴丙基)磷酸酯。
具體地，所述凝膠劑為羧甲基纖維素鈉。
具體地，所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉。
具體地，所述ph調節劑為三乙醇胺。
一種中性水系滅火藥劑的製備方法，包括如下步驟：
s1物料混合：將蒸餾水首先加入攪拌機中，然後加入含磷阻燃劑和含氮阻燃劑攪拌1.5h，再加入凝膠劑、表面活性劑和水玻璃攪拌1.1h，攪拌速度為100r/min；
s2酸鹼度調節：將s1步驟混合物採用三乙醇胺調節ph至7.2，得到混合液待用；
s3熟化：將s2步驟中的混合液靜置7h。
s4成品製作。
具體地，所述s4步驟中成品製作為熟化之後加入矽粉攪拌混勻至不粘連，輸送至儲罐。
實施例6
一種中性水系滅火藥劑，由如下組分組成：
含氮阻燃劑46%；
凝膠劑5%；
表面活性劑7%；
水玻璃10%；
ph調節劑3%；
其餘量為蒸餾水。
具體地，所述含氮阻燃劑為3-嗎啉-4-氯-1,2,5-噻二唑和氰尿酸三聚氰胺。
具體地，所述凝膠劑為羧甲基纖維素鈉。
具體地，所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉。
具體地，所述ph調節劑為磷酸。
一種中性水系滅火藥劑的製備方法，包括如下步驟：
s1物料混合：將蒸餾水首先加入攪拌機中，然後加入含磷阻燃劑和含氮阻燃劑攪拌1.5h，再加入凝膠劑、表面活性劑和水玻璃攪拌1.1h，攪拌速度為100r/min；
s2酸鹼度調節：將s1步驟混合物使用磷酸調節ph至7.2，得到混合液待用；
s3熟化：將s2步驟中的混合液靜置7h；
s4成品製作。
具體地，所述s4步驟中成品製作為熟化之後加入矽粉攪拌混勻至不粘連，輸送至儲罐。
其中實施例1-實施例4為本發明技術方案中製備得到的滅火藥劑，實施例5-實施例6為對比實驗，其中實施例5為僅僅含有含磷阻燃劑的滅火藥劑，實施例6為僅僅含有含氮阻燃劑的滅火藥劑；將實施例1-實施例6的滅火溫度以及實用火災類型實驗結果如表1所示：
從表1的實驗數據中可以看出實施例1-實施例4的使用溫度範圍明顯大於對比實驗組，適用溫度範圍更廣泛，使用火災季節更多；實施例4-實施例6為粉狀滅火劑，適用火災類型更多。
將實施例1-實施例6製備得到的滅火製劑進行滅火性能實驗，選取1m×1m×1cm的板材進行滅火實驗，將板材表面鋪放約1cm厚的稻草作為引燃物，點燃30s之後進行滅火，其中控制時間為燃燒時間，滅火時間為每種滅火製劑所需要的時間，實驗數據如表2所示：
從表2的數據中可以得出實施例1-實施例4的滅火時間明顯短於實施例5-實施例6，說明實施例1-實施例1製備得到的滅火製劑的阻燃性能優良於實施例5-實施例6；實施例1-實施例3為液態滅火製劑，實施例4-6為固態粉體滅火製劑，鑑於形態的不同，最終同種板材上液態滅火製劑的粘附水量明顯高於固態粉體滅火製劑。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當理解本發明並非局限於本文所披露的形式，不應看作是對其他實施例的排除，而可用於各種其他組合、修改和環境，並能夠在本文所述構想範圍內，通過上述教導或相關領域的技術或知識進行改動。而本領域人員所進行的改動和變化不脫離本發明的精神和範圍，則都應在本發明所附權利要求的保護範圍內。