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CN101426557A - 灭火剂及其制备方法和灭火方法 - Google Patents

灭火剂及其制备方法和灭火方法 Download PDF

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CN101426557A CNA2006800356490A CN200680035649A CN101426557A CN 101426557 A CN101426557 A CN 101426557A CN A2006800356490 A CNA2006800356490 A CN A2006800356490A CN 200680035649 A CN200680035649 A CN 200680035649A CN 101426557 A CN101426557 A CN 101426557A
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Abstract

包含碳酸盐材料的灭火剂及其制造方法，所述碳酸盐材料以细磨形态或晶体/沉淀形态存在于与含水载体介质的混合物中，优选为均匀分散液的形态。还公开了通过喷洒施加这种灭火剂来灭火的方法。

Description

灭火剂及其制备方法和灭火方法
背景技术
从起火发展到火无法控制取决于可燃材料中氧气或氧化剂的可用性使得氧化反应可能发生到无法控制的程度。氧化反应放出的热量使引燃材料转变为不稳定的化学成分，这些化学成分会再与不稳定过程中可获得的氧化剂反应并产生更多的热量，直到氧化剂的可用性变成对火势蔓延的限制因素。
起火可用三种方式之一进行控制：
1、减少氧化剂的可用性(窒息效应(choking effect))
2、通过添加化学成分到在高温下经历需要能量的化学反应或物理转变的着火位置来减少放热(冷却效应)。
3、通过添加与来自火的不稳定化学成分反应而形成稳定化学分子的化学化合物来终止氧化反应(终止效应)。该终止导致不稳定化学循环的中断：热量＝>不稳定物质＝>燃烧＝>热量。
传统的用水灭火主要是冷却类型2。从液态水到水蒸气的物理转变需要能量并降低了火中能量发展。借助不同种类的泡沫进行灭火通常是类型1，也就是窒息方式的操作。该泡沫在燃烧的物质和周围的空气氧之间形成只有部分可渗透的物理阻挡层，这会因减少通过该泡沫层的供氧而导致了火的窒息。CO2和水蒸汽是对火具有窒息效应的其他材料实例。水雾对火会具有冷却和窒息作用的组合。包含碳酸氢钠或卤化物的粉末是利用终止方式操作的灭火剂的例子。
石灰石粉形式的细磨石灰石(碳酸钙)是众所周知的煤矿开采中的安全预防措施。通过在空气中喷射这种石灰石粉会窒息爆炸状着火。该石灰石在强热下将化学分解：CaCO3＝>CaO+CO2。这个分解反应需要能量，因此具有冷却效应，此外，形成的CO2减少了空气中的氧浓度从而提供窒息效应。
碳酸盐物质也是已知的阻燃剂并用于可燃物的表面处理。
美国专利No.5,695,691是描述分散在水、有机液体或可熔融固体材料中的固体材料阻燃剂的胶体颗粒的例子。该专利涉及向纤维、纺织品、纸、涂料(paint)、绝缘物等提供阻燃性能的细磨材料颗粒。
日本专利No.JP2000107319描述一种“灭火化学制品(chemical)”，其中包含碳卤化物或卤代烃的终止类型的灭火剂与碱性成分例如碳酸钙混合。这种混合物旨在中和由使用卤化物作为灭火剂引起的有害卤化氢(例如HCl)。
标题为“救火粉末(Fire fighting powders)”的美国专利No.4,560,485介绍了包含各种碳酸盐-碳酸氢盐混合物(所谓的倍半碳酸盐)的灭火粉末。该美国专利描述了钠、钾或铵的倍半碳酸盐粉末的使用。
发明目的
本发明的一个目的是通过使用比先前已知的方法更有效的方式提供在许多看到起火的情况下有效的灭火剂，其综合了窒息效应、冷却效应和终止效应。此外另一目的是以简单的方式来实现该目的并且提供一种制造便宜、存储和操作简单、无危险且对环境友好的灭火剂。
发明内容
根据第一方面，本发明提供一种如权利要求1所述的灭火剂。
根据第二方面，本发明提供一种如权利要求10所述的用于制造灭火剂的方法。
根据第三方面，本发明提供一种如权利要求14所述的灭火方法。
本发明的优选实施方式由从属权利要求所公开。
具体实施方式
此处使用的“细磨颗粒材料”理解为数目(number basis)上至少50％的颗粒具有小于0.5mm的最大直径，优选小于0.1mm。该颗粒实际上决不是完全球形的，且术语“最大直径”应该理解为最大的一维尺度而不管实际的颗粒形状。颗粒尺寸的选择将影响该颗粒短期和长期的保持在悬浮液或分散液中有多容易。
具有所需尺寸的颗粒一般是研磨过的颗粒但也可能是沉淀的、晶体颗粒。混合物一般具有均匀的分散液或悬浮液的形式，在许多情况下这构成了优选的实施方式，但是该混合物可具有流变性能，这意味着当不受到搅动(剪切)时它呈现凝胶的形态而当搅动时又回到非粘性的分散液。这样确保了该颗粒在存储期间不沉降而是保持均匀分布在混合物中。
碳酸盐材料例如可来源于石灰石、大理石、贝壳砂和珊瑚沉积物(主要是碳酸钙)、白云石(碳酸钙和碳酸镁的复合物)或来源于苏打(soda)材料的沉积物(碳酸钠和/或碳酸氢钠)。
该碳酸盐材料应该被细磨或者微粉化以便在不搅动时避免沉淀或者应该使用搅动作为替换方式来在储藏和运输期间保持碳酸盐分散。表面活性化合物(分散剂)可以加到分散液中以帮助避免沉淀或促进发泡或向分散液提供凝胶结构。可加入生物杀灭剂以使生物稳定性长时间维持。耐热性纤维可以加到分散液中以当该分散液凝固/干燥时增加其机械强度。
根据本发明的第二方面，灭火剂是通过研磨包含碳酸盐的材料到数均最大直径小于或等于0.5mm、优选小于或等于0.1mm的细磨颗粒而制成。该细磨碳酸盐颗粒悬浮或分散在水或水溶液中。水可以是淡水或盐水、下述的海水。就这方面来说，水包含有其它成分如分散剂、阻燃剂纤维或其它活性或惰性成分，这些成分可以在加入碳酸盐材料之前就存在于水中，这些成分可与碳酸盐材料同时添加或者在碳酸盐材料已经添加和散布到水中之后添加。“惰性成分”在这里理解为不影响分散液灭火能力的成分。
当在本说明书里我们提及低粘度时，这应该解释为粘度足够低到允许使用普通的泵和喷洒设备来在着火场所上散布该分散液。
本发明的第三方面是一种灭火方法，其中特征是与本发明的第一方面即可用于该目的的灭火剂类似。
通过喷洒本发明的灭火剂获得了以下效果：
分散液或混合物中的含水量通过水蒸发迅速降低，从而获得冷却作用。
当足够量的水蒸发时，该分散液或混合物转化为固体碳酸盐材料的涂覆层，这将充当关于从周围空气到可燃材料的氧输送的阻挡层。这涉及一定的窒息效应。
在由涂覆层的火焰充分加热后，碳酸盐将分解并放出CO2。这既通过能量需要、化学分解提供了冷却效应，又通过在分解期间放出的CO2替换空气以及从而替换氧气提供窒息效应。
在若干可能实施方式中之一，本发明的灭火剂可以用与水一样的方式通过传统的泵以及消防水龙带供给到火中。与传统的灭火相比，施用一定量的灭火剂将具有与无碳酸盐含量的显著更大量的水相同的效果。试验表明该分散液对燃烧的汽车轮胎、住宅火灾以及各种物质的营火(bonfires)都具有立即的灭火作用。该碳酸盐分散液施用的替代方法包括雾化分散液形式的施用、凝胶形式的施用、泡沫形式的施用以及富纤维分散液形式的施用，但不排除此处未提及的其它方法。当碳酸盐分散液以雾化分散液加以施用时，它是通过雾化喷嘴以液态形式供给。当它以凝胶、泡沫或富集纤维的形式加以施用时，分别在加入胶凝剂、发泡剂以及纤维悬浮液的情况下将其供给，要么在其施用之前直接添加到悬浮液中要么在施用期间作为两成分分散液混合物的另一组分添加。
为了使添加的分散液没有颗粒沉淀的问题，可以使用颗粒尺寸足够小的细磨碳酸盐颗粒以便在即使无搅动时也能避免沉淀，或者可以用提供搅动的设备来实施储藏和运输以避免沉淀。大的颗粒表面对灭火剂的反应性具有积极的影响，因此除了颗粒尺寸外，颗粒的多孔性对它们的有效性具有影响。这意味着例如在合成碳酸盐的结晶/沉淀期间可能形成的较小颗粒的较大团聚体导致大的内表面，该较大团聚体可能与较细颗粒一样有效。
当没有提供搅动时，为了在储藏和运输期间避免沉淀，可以添加表面活性的分散剂。这种分散剂的例子是丙烯酸的衍生物或美国专利US 5,076,846中提到的组分，但并不限于所提及的分散剂。
为了避免分散液在储藏和运输期间生物劣化，可以添加生物杀灭剂。
碳酸盐的纯度对于本发明的使用不是决定性的。碳酸盐中通常的杂质是石墨、硅酸盐、无机氧化物或其它无机物以及来自工业处理过程中剩下的有机或无机化合物。应用领域的典型实例是隧道火灾、油气管道火灾、森林火灾、矿井火灾、住宅和建筑物中的火灾、以下的外部火灾、房间及其他内部隔室的火灾、电气装置及其它技术装置中的火灾、以及载荷承受结构中的火灾。本发明的灭火剂也非常适合于油气平台以及其它油气装置上的火灾、工业生产设备以及货仓的火灾、船上的火灾、列车中的火灾、飞机中的火灾以及汽车的火灾以及废物处理填埋场地中的火灾。

Claims (16)

1、包含碳酸盐材料的灭火剂，其特征在于，碳酸盐材料以细磨形态或结晶/沉淀形态存在于与含水载体的混合物中。
2、如权利要求1所述的灭火剂，其特征在于，它具有基本上均匀的分散液或悬浮液形态。
3、如权利要求1所述的灭火剂，其特征在于，所述碳酸盐材料包含选自以下组中的无机物，该组包括石灰石、大理石、贝壳砂、珊瑚沉积物(主要是碳酸钙)、白云石(碳酸钙和碳酸镁的复合物)或来自苏打材料的沉淀物(碳酸钠和/或碳酸氢钠)或它们中的两个或更多个的任意组合。
4、如权利要求1所述的灭火剂，其特征在于，它进一步包含选自分散剂、生物杀灭剂、发泡剂、胶凝剂和耐热性纤维之中的本身已知的添加剂。
5、如权利要求1所述的灭火剂，其特征在于，所述碳酸盐材料的数均最大直径小于或等于0.5mm。
6、如权利要求1所述的灭火剂，其特征在于，所述碳酸盐材料的数均最大直径小于或等于0.1mm。
7、如权利要求1所述的灭火剂，其特征在于，在储藏期间它能呈现凝胶结构的形态，而在搅动下它呈现出低粘度分散液的形态。
8、如权利要求1所述的灭火剂，其特征在于，以分散液中水的重量计，所述碳酸盐材料的存在量范围为2％-90％，优选5-70％。
9、如权利要求1所述的灭火剂，其特征在于，它具有凝胶、泡沫、富纤维分散液、或雾化分散液的形态。
10、制造灭火剂的方法，其特征在于，将碳酸盐材料研磨为数均尺寸(最大直径)小于0.5mm的颗粒，并将水或水溶液形态的载体介质加入到所述研磨的颗粒中，或者由相应溶解的氧化物或氢氧化物通过添加二氧化碳和随后的结晶/团聚并脱水到所需的固体浓度来合成制造所述碳酸盐。
11、如权利要求10所述的方法，其特征在于，碳酸盐材料包含至少一种选自石灰石、大理石、贝壳砂、珊瑚沉积物(主要是碳酸钙)、白云石(碳酸钙和碳酸镁的复合物)中或选自苏打材料的沉淀物(碳酸钠和/或碳酸氢钠)的无机物。
12、如权利要求10所述的方法，其特征在于，将分散剂加入灭火剂中，可选地对灭火剂进行搅动以确保其具有碳酸盐材料在含水载体介质中基本上均匀分散的形态。
13、如权利要求10所述的方法，其特征在于，添加一种或多种碳酸盐材料，直到按分散液或混合物中水的重量计，其浓度为2％-90％。
14、灭火的方法，其特征在于，向着火位置施加细磨碳酸盐材料的含水混合物。
15、如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述水溶液具有分散液的形态，通过传统的用于水或含水液体的喷洒设备将所述分散液施加到着火位置。
16、如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述含水混合物具有雾化分散液的形态并通过合适的方法将其施加到着火位置。
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